Aprendendo com os erros


Cientistas identificam células neurais que monitoram o funcionamento psíquico, detectam equívocos e governam a habilidade de melhorar o próprio desempenho com base nos enganos cometidos.

Revista Scientific American - por Markus UlIsperger

26 de abril de 1986 - Durante um procedimento de rotina, o reator número 4 da usina nuclear de Chernobyl explode, desencadeando a pior catástrofe na história do uso civil de energia nuclear.

22 de setembro de 2006 - Em um teste, o trem Maglev Transrapid 08 avança contra um veículo de manutenção a 201 km/h nas proximidades de Lathen, Alemanha, causando a morte de 23 passageiros e ferindo gravemente 10; os destroços se espalham por centenas de metros.

 O erro humano foi determinante nos dois casos. Obviamente, as pessoas diariamente cometem equívocos, grandes e pequenos. Monitorar e corrigir deslizes faz parte da vida saudável. Embora, compreensivelmente, todos prefiram evitar enganos graves, a maioria das tolices que fazemos por ignorância, descuido ou mesmo desatenção tem um lado bom: oferecem ao cérebro informações sobre como melhorar, fazendo um ajuste fino da percepção e do comportamento. Do ponto de vista evolutivo, aperfeiçoar-se por meio dos erros é essencial para a sobrevivência da espécie e ainda traz subsídios para o aprimoramento individual.

Nos últimos anos, neurocientistas descobriram que o córtex frontal medial desempenha papel fundamental na detecção de erros e no ajuste nas respostas a eles. Os neurônios frontais tornam-se ativos sempre que pessoas (ou macacos) alteram o comportamento depois de um feedback negativo ou de ter a recompensa diminuída por causa dos equívocos. Estudos recentes mostram que, desde a infância, desenvolvemos boa parte de nossas habilidades com base nas lições aprendidas com os fiascos. Características individuais, entretanto, podem tornar o erro mais ou menos útil no processo de aprendizagem. Variações genéticas que afetam a sinalização do neurotrans­missor dopamina colaboram para esclarecer essa diferença entre as pessoas. A tecnologia pode ajudar: alguns padrões de atividade cerebral frequentemente abrem possibilidades de prevenir disparates com o uso de aparelhos portáteis, capazes de detectar estados cerebrais que antecedem o engano ou nos tornam propensos a ele.

O equipamento de detecção de erros do cérebro surgiu por um feliz acidente no início da década de 90. O psicólogo Michael Falkenstein, pesquisador da Universidade de Dortmund, Alemanha, e um grupo de colegas desenvolviam um projeto de monito­ramento neural de voluntários utilizando eletro­encefalografla (EEG) durante um experimento, quando perceberam que sempre que a pessoa pressionava o botão errado, o potencial elétrico em seu lobo frontal subitamente caía cerca de 10 microvolts. O psicólogo William J. Gehring, da Universidade de Illinois, confirmou esse efeito, ao qual os pesquisadores se referem como "negatividade relacionada a erro", ou NRE.

Uma NRE pode aparecer depois de diversos desfechos desfavoráveis ou situ­ações de conflito. Os chamados "erros de ação" acontecem quando o comportamento de uma pessoa produz um resultado não intencional. Pressão do tempo, por exemplo, muitas vezes resulta em equívocos ortográficos durante a digitação ou na anotação de endereços incorretos em e-mails. Uma NRE rapidamente se segue a tais enganos de ação, com um pico em 100 milissegundos depois de a atividade muscular incorreta ter sido praticada.

Uma NRE ligeiramente mais demorada, que chega à marca de 250 a 300 milisse­gundos depois de seu desfecho, aparece em resposta a um feedback desfavorável ou a perdas que envolvem dinheiro. A NRE também pode aparecer em situações em que a pessoa enfrenta uma escolha difícil - incerteza de decisão - e continua em conflito mesmo depois de feita a escolha. Por exemplo, uma NRE de feedback pode ocorrer depois que o indivíduo escolheu um caixa no supermercado e, então, percebe que a fila está andando bem mais lentamente que a do lado.

Especialistas passaram a questionar qual região do cérebro origina a NRE. Por meio de ressonância magnética funcional (RMf) e outros métodos de obtenção de imagens, eles constataram repetidas vezes que o reco­nhecimento do erro ocorre no córtex frontal medial, uma área na superfície cerebral no meio do lobo frontal, que inclui o cingula­do anterior. Tais estudos mostraram que essa parte do cérebro funciona como uma espécie de monitor de feedback negativo, erros de ação e incerteza decisional - e, portanto, como um supervisor global do desempenho humano.

Em um artigo de 2005, escrito com o psicó­logo Stefan Debener, do Instituto de Pesquisa de Audição em Southampton, na Inglaterra, e nossos colegas, mostrei que o córtex frontal medial é a origem provável da NRE. Nesse estudo, os voluntários realizaram uma tarefa, na qual especificavam a direção de uma seta-alvo central em meio a se­tas-chamarizes circundantes enquanto moni­torávamos a atividade cerebral por EEG e RMf, simultaneamente. Verificamos que assim que ocorre uma NRE, a atividade no córtex frontal medial aumenta, e quanto maior a incidência do fenômeno, mais forte o sinal na MRf, suge­rindo que a região cerebral realmente produz o clássico sinal de detecção de erro.

Além de reconhecer enganos, o cérebro pre­cisa ter um meio de reagir adaptativamente a eles. Nos anos 70, o psicólogo Patrick Rabbitt, da Universidade de Manchester, Inglaterra, um dos primeiros a estudar sistematicamente essas reações, observou que erros de digitação são cometidos com uma pressão ligeiramente menor na tecla que as percussões corretas, como se o digitador estivesse tentando se refrear no &uacu ute;ltimo momento. Mais generica­mente, as pessoas muitas vezes reagem aos equívocos com uma desaceleração depois de cometê-Ios, supostamente para analisar com maior cuidado a questão e mudar de estratégia. Tais mudanças comportamentais revelam uma tentativa do cérebro de evitar deslizes seme­lhantes no futuro.

O córtex frontal medial parece também par­ticipar desse processo. Estudos com técnicas de imagem mostram que a atividade neural nessa região aumenta, por exemplo, antes de a pessoa desacelerar depois de um erro de ação. Além disso, os pesquisadores encontraram respostas de neurônios individuais do córtex frontal medial de macacos que implicam essas células na resposta comportamental de um animal a um feedback negativo, semelhante ao que resulta de um erro.

Empurrar e puxar

Em 1998, os neurocientistas Keisetsu Shima e Jun Tanji, da Escola de Medicina da Universidade de Tohoku, Japão, treinaram três macacos para apertar ou girar um botão em resposta a um sinal visual. Um primata escolheu a resposta com base na recompensa esperada: ele apertava o botão e em seguida recebia uma guloseima se tal ação fosse sistematicamente seguida de uma recompensa. Mas quando os pesquisadores reduziram sucessivamente a recompensa para essa ação do animal - um tipo de feedback ne­gativo ou sinal de erro -, os macacos trocavam o procedimento: tentavam puxar ou girar o botão, por exemplo. Enquanto isso, os pesquisadores registravam a atividade elétrica de neurônios isolados em parte do cingulado dos primatas.

Shima e Tanji descobriram que quatro tipos de neurônios tinham sua atividade alterada depois de uma redução na recompensa, mas isso acontecia se o macaco utilizasse essa redução como uma "deixa" para empurrar ou puxar em vez de girar. O grupo neural não se retraía caso a cobaia não tivesse decidido tro­car as ações ou se o fizesse em resposta a um tom, de uma recompensa menor. E quando os pesquisadores desativavam temporariamente os neurônios dessa região, o macaco não al­ternava mais os movimentos depois de uma queda no incentivo. Os cientistas concluíram, então, que esses neurônios retransmitem in­formações sobre o grau de recompensa com o propósito de alterar o comportamento e podem usar feedback negativo como um guia para o aperfeiçoamento.

Em 2004, o neurocirurgião Ziv M. Williams e colegas do Hospital Geral de Massachusetts relataram a descoberta de um conjunto de neurônios no cingulado anterior humano com propriedades semelhantes. Os pesquisadores obtiveram registros dessas células neurais de cinco pacientes que iriam se submeter à remoção cirúrgica dessa região cerebral. En­quanto esses neurônios eram estimulados, os pacientes efetuavam uma tarefa em que tinham de escolher uma de duas direções para mover um joystick, buscando recompensa monetária: R$ 0,09 ou R$ 0,15. Nos testes de R$ 0,09, os participantes deveriam mudar a direção em que moviam o joystick.

Incentivo químico

Similarmente às respostas dos neurônios de macacos, a atividade entre os neurônios do cingulado anterior subiu a níveis mais baixos quando a deixa indicava uma recompensa reduzida juntamente com uma mudança na direção do movimento. Além disso, o nível de atividade neuronal previu se uma pessoa agiria conforme instruída ou se cometeria um erro. Depois da remoção dessas células, os pacien­tes cometiam mais erros quando recebiam a deixa de mudar o comportamento diante de um pagamento reduzido. Esses neurônios, portanto, parecem vincular ao comportamento informações sobre recompensas. Depois da detecção de discrepâncias entre desfechos reais e desejados, as células determinam a ação corretiva necessária para garantir a obtenção da melhor recompensa.

A menos que instruídos a fazê-lo, os animais geralmente não alteram seu comportamento depois de um único contratempo mudam de estratégia somente depois de um
padrão de tentativas fracassadas. O cingulado anterior também parece funcionar dessa maneira mais prática na arbitragem da resposta aos erros. Em um estudo de 2006, os psicólogos experimentais Stephen Kennerley e Matthew Rushworth e colegas da Universidade de Oxford ensinaram macacos Rhesus a puxa uma alavanca para obter alimento. Depois de 25 testes, os pesquisadores mudaram a: regras, oferecendo guloseimas quando os primatas giravam a alavanca em vez de puxá-Ia. Os macacos se adaptaram e passaram a girar a alavanca. Depois de um tempo, os pesquisadores mudaram mais uma vez as regras os macacos voltaram a alterar o comportamento. Não o faziam imediatamente, mas se após alguns "ensaios". Depois de sofrerem uma lesão no cingulado anterior, entretanto os animais perderam essa visão de longo prazo e começaram a se orientar somente pelo sucesso ou fracasso mais recente. Esse resultado leva a crer que o cingulado anterior parece controlar a habilidade de avaliação de indícios e malogros como se tivesse um guia para decisões futuras.

Tais avaliações podem depender da dopamina, que transmite sinais de sucesso cerebral. O neurofisiologista Wolfram Schultz, atualmente na Universidade de Cambridge, e colegas mostraram nos últimos 15 anos que as células neurais produtoras de dopamina alteram a atividade quando uma recompensa é maior ou menor que o previsto. Quando um macaco é inesperadamente recompensado por uma resposta correta, as células se excitam, liberando dopamina, ao passo que a atividade cai quando ele não ganha guloseima depois de um erro. E se a quantidade de dopamina alterasse as conexões entre os neurônios de forma constante, a liberação diferencial poderia promover o aprendizado por meio de sucessos e fracassos.

De fato, alterações dos níveis de dopamina podem ajudar a explicar como aprendemos por reforço positivo e negativo. A dopamina excita a assim chamada via cerebral "ir", que promove uma resposta e, ao mesmo tempo, inibe a via "não ir", supressora de ações. Por­tanto, explosões de dopamina resultantes de reforço positivo promovem aprendizado tanto pela ativação do primeiro canal quanto pelo bloqueio do "não ir". Em contraste, depressões na dopamina depois de desfechos negativos deveriam promover o comportamento de es­quiva pela inativação da via "ir", liberando ao mesmo tempo a inibição de "não ir".

Em 2004, o psicólogo Michael J. Frank, en­tão na Universidade do Colorado, em Boulder, e colegas relataram evidências da influência da dopamina sobre o aprendizado em um estudo com pacientes que sofriam da doença de Parkinson - e produziam muito pouco do neurotransmissor. Frank teorizou que os pa­cientes com Parkinson podem ter difi l "ir", que promove uma resposta e, ao mesmo tempo, inibe a via "não ir", supressora de ações. Por­tanto, explosões de dopamina resultantes de reforço positivo promovem aprendizado tanto pela ativação do primeiro canal quanto pelo bloqueio do "não ir". Em contraste, depressões na dopamina depois de desfechos negativos deveriam promover o comportamento de es­quiva pela inativação da via "ir", liberando ao mesmo tempo a inibição de "não ir".

Em 2004, o psicólogo Michael J. Frank, en­tão na Universidade do Colorado, em Boulder, e colegas relataram evidências da influência da dopamina sobre o aprendizado em um estudo com pacientes que sofriam da doença de Parkinson - e produziam muito pouco do neurotransmissor. Frank teorizou que os pa­cientes com Parkinson podem ter dificuldade na produção da dopamina necessária para aprender por feedback positivo, mas talvez os baixos níveis de dopamina facilitem o treino fundamentado em respostas negativas.

No estudo, os pesquisadores mostraram pares de símbolos numa tela de computador e pediram a 19 voluntários saudáveis e a 30 pacientes com Parkinson que escolhessem um símbolo de cada par. Embora nenhum símbolo fosse invariavelmente certo, a palavra "correto" aparecia sempre que uma pessoa tivesse esco­lhido, arbitrariamente, uma imagem, enquanto a palavra "incorreto" piscava depois de cada seleção "errada". Uma das figuras era conside­rada certa 80% do tempo, e a outra, 20%. Para outros pares, as probabilidades foram 70 para 30 e 60 para 40. Esperava-se que os participan­tes do teste aprendessem com esse feedback e, assim, aumentassem o número de escolhas corretas nas avaliações posteriores.

De fato, as pessoas sadias aprenderam a preferir os símbolos corretos e a evitar os incorretos. Já os pacientes com Parkinson exibiram uma tendência mais forte de rejeitar símbolos negativos que selecionar os positivos - ou seja, aprenderam mais com os erros que com os acertos. Esse resultado mostra que a falta de dopamina interferiu no processo de aprendizagem. Depois que os pacientes tomaram a medicação que elevou os níveis cerebrais de dopamina, sua habilidade de aprender por feedback positivo foi mais acentuada que por retorno negativo - o que destacou a importância do efeito da química cerebral.

As discrepâncias na habilidade de aprendi­zado baseadas na dopamina também aparecem na população saudável. Em dezembro de 2007, juntamente com o aluno de pós-graduação em psicologia Tilmann A. Klein e nossos colegas, mostrei que tais variações se baseiam parcialmente nas diferenças individuais em um gene do receptor de dopamina D2. Um variante desse gene, chamado A 1, resulta em uma redução de até 30% na densidade daqueles receptores em membranas neuronais.

Pedimos a 12 homens com o variante A1 e a 14 homens com a forma mais comum desse gene que realizassem um teste de aprendizado baseado em símbolos, como aquele utiliza­do por Michael Frank. Constatamos que os portadores de A1 eram menos capazes de lembrar e de evitar os símbolos negativos que os participantes que não tinham essa forma do gene. As pessoas com A1 também evitavam as imagens negativas com frequência menor que aquela com que escolhiam as positivas. Os não portadores aprendiam igualmente bem por meio dos tipos de símbolos.

É possível concluir que menos receptores D2 podem comprometer a habilidade de uma pessoa de aprender por meio dos erros ou por desfechos negativos - embora essa sutileza molecular seja apenas um dos fatores que influenciam no aprendizado. Nossos resultados mostram de RMf mostram que o córtex frontal medial dos portadores de A1 produz uma resposta aos erros mais fraca que em outras pessoas, sugerindo que a dopamina exerce seu efeito sobre o aprendizado por feedback negativo nessa área cerebral específica.

Pesquisas indicam que os portadores de A1 produzem uma quantidade extraordinariamente grande desse neurotransmissor, talvez como um meio de compensar a deficiência dos receptores D2. Qualquer que seja a razão desse fato, a insensibilidade a consequências desagradáveis pode contribuir para os índices ligeiramente maiores de obesidade, jogo com­ pulsivo e tendência a desenvolver dependência entre os portadores de A1, quando compara­dos à população geral.

Embora o aprendizado por meio de erros possa nos ajudar a evitar futuros passos em falso, inexperiência ou desatenção podem levar a enganos. Muitos dos equívocos, con­tudo, se revelam previsíveis, prenunciados por alterações reveladoras no metabolismo cerebral. É o que aponta a pesquisa publicada por minha equipe na edição de abril do perió­dico Proceedings of the National Academy of Sciences USA.

Juntamente com o neurocientista cognitivo Tom Eichele, da Universidade de Bergen, da Noruega, e outros colegas, pedi a 13 adultos jovens que realizassem uma tarefa enquanto monitorávamos sua atividade cerebral por RMf. Observamos alterações nítidas, mas graduais, na ativação de duas redes cerebrais, que começavam cerca de 30 segundos antes que nossos indivíduos cometessem erros. Uma das áreas cerebrais, a região de modo padrão, é geralmente mais ativa quando está em repouso e se acalma quando uma pessoa está empenhada numa tarefa. Porém, diante de um erro, a parte posterior dessa rede - que inclui o córtex retroesplênico, localizado perto
do centro do cérebro na superfície - tornou­-se mais ativa, indicando que a mente estava entretanto em estado de relaxamento. Enquanto isto, a atividade declinou nas áreas do lobo frontal que ganha vida sempre que uma pessoa está trabalhando com afinco em algo, sugerindo que a pessoa estria também se tornando menos empenhada  na tarefa prestes a acontecer.

Nossos resultados mostram que erros são o produto de alterações graduais no cérebro, e não acidentes imprevisíveis. Tais ajustes poderiam ser usados para prenubciar falhas, particularmente aqueles que ocorrem durante tarefas monótonas. No futuro, talvez as pessoas possam usar dispositivos portáteis que monitorem esses estados cerebrais para prevenir erros com consequências graves como acidentes.

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