Auto-organiza¸c˜ao da Mem´oria Associativa

Os grupos neurais seriam formados a partir da massa neural j´a auto-organizada, isto ´e, a partir da estrutura base, atrav´es da amplifica¸c˜ao das conex˜oes excitat´orias (fracas) existentes. O agente possui diferentes tipos de dispositivos de entrada, cuja atividade d´a in´ıcio `a forma¸c˜ao dos grupos prim´arios, que comp˜oem o primeiro n´ıvel da mem´oria: o n´ıvel dos elementos dos alfabetos das diferentes linguagens de descri¸c˜ao do ambiente. Os grupos prim´arios s˜ao divididos em diversos tipos, e grupos de um mesmo tipo s´o podem ocorrer em regi˜oes espec´ıficas da massa neural, ou suas zonas. Os diferentes tipos s˜ao pr´e-programados atrav´es da conectividade entre as zonas. As zonas s˜ao caracterizadas pelo n´ıvel hier´arquico e pela modalidade dos grupos neurais existentes nelas, isto ´e, pela liga¸c˜ao (n˜ao necessariamente direta) com determinado grupo de receptores, que determina a orienta¸c˜ao da zona a um certo tipo de a¸c˜ao externa (visual, auditiva, etc.).

Os dispositivos de entrada do agente devem ser desenvolvidos de tal maneira que des- membram as percep¸c˜oes externas em uma seq¨uˆencia de partes elementares, chamadas de fone- mas externos. Por exemplo, textos s˜ao divididos em palavras, s´ılabas e letras. Cada fonema ex- terno est´a relacionado a um tipo espec´ıfico de receptores, e atrav´es destes, aos grupos prim´arios de sua modalidade. O surgimento e repeti¸c˜ao em situa¸c˜oes externas de determinado fonema externo leva `a forma¸c˜ao do grupo prim´ario correspondente a ele. Grupos prim´arios formados desta maneira formam o alfabeto ao qual os dispositivos de entrada traduzem ou desmembram as situa¸c˜oes externas. Grupos neurais de hierarquias superiores s˜ao respons´aveis pela reuni˜ao dos fonemas de forma a representarem novamente o todo.

Vejamos ent˜ao como ocorreria a auto-organiza¸c˜ao hier´arquica de uma rede neuroe- nerg´etica a partir da estrutura base, levando `a forma¸c˜ao de uma mem´oria associativa, dadas

as seguintes condi¸c˜oes: existˆencia de liga¸c˜oes inibit´orias; incapacidade dos neurˆonios de gerar pulsos na freq¨uˆencia ´otima por longos per´ıodos; e baixa intensidade das excita¸c˜oes provenientes dos receptores, insuficiente para prover a excita¸c˜ao necess´aria para a rede.

No primeiro est´agio de forma¸c˜ao da mem´oria, neurˆonios que recebem excita¸c˜oes de um mesmo receptor come¸cam a gerar pulsos em baixa freq¨uˆencia simultaneamente, aumentando a condutividade das conex˜oes (regra de treinamento), o que aumenta o potencial exitat´orio e os leva a gerar pulsos em alta freq¨uˆencia. Estes neurˆonios formar˜ao assim uma esp´ecie de “ampli- ficador” do receptor, de forma que basta que poucos sejam excitados para que todos consigam gerar pulsos em alta freq¨uˆencia. Isto significa que um grupo prim´ario est´a formado (Figura 5.1). Liga¸c˜oes inibit´orias entre diferentes grupos prim´arios tamb´em se formar˜ao, impedindo que eles gerem pulsos simultaneamente por muito tempo. Esta ´e a propriedade da alternatividade.

r r r n n n n n n n n n GP1 GP2 GPn

conex˜oes excitat´orias conex˜oes inibit´orias 1◦ _{n´ıvel da rede neuroenerg´etica}

. . .

Figura 5.1: Forma¸c˜ao de grupos prim´arios: r – receptores; n – neurˆonios; GP – grupos prim´arios.

A repeti¸c˜ao sequencial dos mesmos grupos prim´arios levaria `a cria¸c˜ao de conex˜oes exci- tat´orias entre grupos subseq¨uentes, formando uma cadeia de grupos prim´arios. Isto ocorre por dois motivos: em primeiro lugar porque um grupo prim´ario n˜ao interrompe a gera¸c˜ao de pulsos imediatamente ap´os cessar a excita¸c˜ao proveniente do receptor; e em segundo lugar, gra¸cas a uma propriedade especial do potencial inibit´orio W−_{: seu crescimento ´e inicialmente mais}

lento do que o crescimento do potencial excitat´orio W+_{, de forma que dois grupos prim´arios}

subseq¨uentes podem gerar pulsos simultaneamente por um pequeno intervalo de tempo, le- vando a condutividade de suas conex˜oes excitat´orias a crescer (Figura 5.2 na pr´oxima p´agina). Estas conex˜oes excitat´orias compensariam parcialmente as conex˜oes inibit´orias entre os grupos prim´arios, facilitando sua entrada em atividade na ordem correta, e diminuindo o intervalo entre a atividade de grupos subseq¨uentes.

Quando a gera¸c˜ao espontˆanea de pulsos por certos neurˆonios coincidir com a seq¨uˆencia de ativa¸c˜ao de uma cadeia de grupos prim´arios, formar-se-˜ao grupos de segundo n´ıvel, ou grupos secund´arios (GS) nas interse¸c˜oes entre os grupos prim´arios. Estes grupos secund´arios tˆem liga¸c˜oes excitat´orias provenientes de cada grupo prim´ario da cadeia, e entram em atividade simultaneamente com eles (Figura 5.3 na p´agina oposta).

A forma¸c˜ao dos grupos secund´arios deve iniciar-se durante a ativa¸c˜ao da cadeia de grupos prim´arios no regime de vig´ılia, mas para que se tornem uma mem´oria permanente

GP1 GP2 GP3

conex˜oes excitat´orias conex˜oes inibit´orias

Figura 5.2: Forma¸c˜ao da cadeia de grupos prim´arios: GP – grupos prim´arios.

´e necess´ario que a cadeia seja ativada de forma espontˆanea, sem excita¸c˜ao externa, durante o regime de subconsciˆencia. Ou seja, no agente neuroenerg´etico a mem´oria de curto prazo seria formada pelas cadeias de grupos prim´arios, e a mem´oria de longo prazo, por grupos de ordem superior. Para que determinada situa¸c˜ao possa passar para a mem´oria permanente, ´e necess´ario que a cadeia de grupos prim´arios seja preservada at´e o regime de subconsciˆenscia. Se as conex˜oes da cadeia se degenerarem antes, a situa¸c˜ao n˜ao ser´a memorizada.

1◦ _n´ıvel

2◦ _n´ıvel

GP1 GP2 GP3

GS

conex˜oes excitat´orias conex˜oes inibit´orias

Figura 5.3: Forma¸c˜ao do grupo secund´ario na interse¸c˜ao das conex˜oes excitat´orias dos grupos prim´arios de uma cadeia: GP – grupos prim´arios; GS – grupo secund´ario.

A gera¸c˜ao simultˆanea da cadeia de grupos prim´arios e do grupo secund´ario durante o regime de subconsciˆencia, levar´a ao fortalecimento das conex˜oes deste para com aqueles. Como resultado, tais conex˜oes compensam as conex˜oes inibit´orias entre os grupos prim´arios, e a seq¨uˆencia correta de excita¸c˜ao da cadeia pode ser iniciada com a excita¸c˜ao apenas do primeiro grupo prim´ario (Figura 5.4 na pr´oxima p´agina). Isto significa que o grupo secund´ario entraria no estado ativo antes que o objeto ou situa¸c˜ao externa que o formou tenha exercido toda sua influˆencia. Em outras palavras: o grupo secund´ario entrar´a no estado ativo gra¸cas a conex˜oes com outros grupos que estiveram ativos recentemente.

´

E razo´avel supor que processos semelhantes de hierarquiza¸c˜ao possam se repetir v´arias vezes, dando origem a estruturas hier´arquica com m´ultiplas camadas. O n´umero de cama- das formadas depende basicamente de duas circunstˆancias: o grau de ordem e regularidade

1◦ _n´ıvel

2◦ _n´ıvel

GP1 GP2 GP3

GS

conex˜oes excitat´orias conex˜oes inibit´orias

Figura 5.4: Forma¸c˜ao de conex˜oes excitat´orias compensat´orias do grupo secund´ario para os grupos prim´arios da cadeia: GP – grupos prim´arios; GS – grupo secund´ario.

das excita¸c˜oes provenientes dos receptores (presen¸ca de regularidades no ambiente externo), e diferen¸cas nas constantes temporais dos neurˆonios (diversidade de neurˆonios) ((Emelyanov- Yaroslavsky & Potapov, 1992b)).