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O NEOCÓRTEX, A PERCEPÇÃO
E A ATENÇÃO VISUAL

Para entendermos melhor um modelo artificial precisamos anteriormente entender como funciona a percepção e a atenção no cérebro. O córtex cerebral, ou neocórtex, é o órgão que se desenvolveu mais aceleradamente na escala da evolução humana. Ele desperta a atenção de estudiosos e cientistas pois tem capacidade de gerar tarefas inteligentes tais como fala, raciocínio e reconhecimento de objetos dentre outras.

Ele consiste de um conjunto de várias camadas de células, basicamente formado por seis camadas de neurônios com características diferentes em cada uma delas. Os neurônios caracterizam-se por processos que conduzem impulsos nervosos (fisico-químicos) de uma célula para outra ou de uma célula para um músculo. A ligação de um axônio com um dendrito ou com o corpo celular de outro neurônio é chamado de sinapse.

Basicamente, no neocórtex encontram-se dois tipos de células neuronais: com dendritos espinhais (neurônios estrelares e piramidais) e com dendritos regulares (neurônios lisos). O primeiro tem função excitatória e o segundo função inibitória. Quanto a quantidade, a célula piramidal é a que se encontra em maior quantidade, cerca de 2/3 das células do neocórtex e esse nome é devido ao seu formato semelhante a de uma pirâmide.

As células da retina do córtex visual possuem uma organização topográfica bastante complexa. Na retina, existe uma densidade de interconexões que variam consideravelmente do centro para a periferia. Desta forma, a região central possui uma representação maior do que a periférica. Isso ocorre devido as várias sobreposições que podem ocorrer em um único ponto do córtex. Assim, um único neurônio cortical pode receber potencialmente várias entradas.

Essa riqueza de interconexões é que torna difícil a análise do circuito cortical, todavia, as diferentes interconexões da área visual já foram estudadas profundamente. Muitas são as considerações sobre os tipos de padrões e conexões córtico-corticais mas, com exceção de algumas células estrelares, todas elas são feitas utilizando-se as células piramidais que projetam seletivamente para camadas particulares dentro de suas áreas objetivo, ou seja, as conexões não são feitas com todos os neurônios.

Estudos revelam que as células que possuem propriedades do campo visual são células piramidais similares e estão arrumadas em colunas verticais com relativamente poucas interconexões entre as colunas. No modelo biológico, cada neurônio só irá fazer ligações com aqueles que realmente têm interesse para ele. Esse tipo de sinapse economiza tempo e trabalho, deixando a rede mais especializada.

Implementos computacionais seguindo esse modelo são bastantes restritos dado a complexidade de saber quais ligações são as melhores. Assim, é bem mais fácil conectar todos os neurônios entre si e deixar que o treinamento se encarregue de "eliminar" as ligações com respostas fracas.

Um modelo computacional de rede neural que simula essa arquitetura são as redes Strictly Local Backpropagation. Esse modelo busca simular o funcionamento biológico como ele realmente se dá, com poucas e específicas ligações.

Alguns estudos foram feitos para indicar como ocorre o processo da ligação e da atenção no cérebro. Um deles mostra que o processo ocorre da seguinte forma: em cada estágio de processamento algumas características são reunidas formando uma macro-característica que é reconhecida por uma região específica do córtex. Esse processo continua num caminho hierárquico e anatomicamente convergente levando para o caso de uma única célula ser capaz de reconhecer um objeto específico.

Baseando-se em algumas evidências experimentais, hipóteses estruturais e fisiológicas foram feitas e algumas simulações computacionais foram executadas a fim de comparar o modelo artificial com os resultados clássicos da atenção visual.