Introdução à ciência cognitiva

Bem-vindo ao mundo da ciência cognitiva, onde o objetivo é nada menos que simular o funcionamento preciso do cérebro humano. Mas com a mente escondida na proverbial "caixa preta", como a ciência pode desvendar seus mistérios? Saiba mais sobre as primeiras teorias do behaviorismo e como a invenção do computador digital se tornou o desenvolvimento mais importante no surgimento da ciência cognitiva.

O professor Polk leva você a um rápido passeio pela anatomia do cérebro. Além de examinar estruturas importantes e onde elas estão localizadas dentro do cérebro, você também aprenderá sobre suas funções. Você verá em primeira mão onde a visão acontece; como as informações são comunicadas entre os hemisférios; e as regiões do cérebro envolvidas no sono, no controle motor e na memória.

Explore o fascinante processo cognitivo da linguagem humana, uma de nossas ferramentas mais poderosas. Descubra alguns dos principais recursos das linguagens naturais e como as adquirimos. Talvez você se surpreenda ao saber que um dos aspectos mais importantes da linguagem que usamos todos os dias é... adivinhar.

Conheça o paciente francês Louis Victor Leborgne e seu médico Paul Broca. Saiba como o trabalho de Broca estabeleceu a base para a compreensão de que uma lesão em uma região do cérebro não necessariamente prejudica a função cognitiva em outras áreas. Embora a neurobiologia das línguas humanas ainda não seja totalmente compreendida, explore o modelo de fluxo duplo do processamento da linguagem.

As redes neurais artificiais desempenham um papel central na ciência cognitiva. Saiba como essas redes simulam o processamento excitatório e inibitório de neurônios reais e como os cientistas treinam as redes usando algoritmos de aprendizagem sofisticados. Esse tipo de modelagem fornece a base para o desenvolvimento do ChatGPT e de outros aplicativos de IA.

Aprenda sobre o paradigma de violação de expectativa que permite aos pesquisadores estudar a cognição infantil com resultados muitas vezes surpreendentes. Do raciocínio físico ao psicológico e moral, os cientistas determinaram que os bebês e as crianças muito pequenas entendem muito mais sobre o mundo do que imaginávamos.

Veja com o professor Polk os experimentos fascinantes que revelam aspectos da sua memória de trabalho - sua capacidade de armazenar informações por um breve período para uma finalidade específica. Saiba mais sobre os vários sistemas de memória de trabalho que você usa todos os dias e descubra como os cientistas cognitivos acham que a memória de trabalho pode ser implementada no cérebro humano.

Como é possível lembrarmos de tantas informações por tanto tempo, mas também cometermos tantos erros no que lembramos? Explore a psicologia, a neurociência e a modelagem computacional da memória episódica - memória de longo prazo para episódios pessoais de sua própria vida. Descubra como e por que essas informações são distorcidas ao longo do tempo de maneiras sutis que não percebemos.

Cada um de nós mantém um enorme banco de dados de informações que aprendemos ao longo de nossas vidas, nossa memória semântica. Conheça os modelos mais recentes da ciência cognitiva nos quais a memória semântica é organizada por modalidade, com algumas regiões do cérebro representando características perceptivas e outras representando características funcionais.

Se um animal consegue aprender sinais manuais específicos e se comunicar, isso significa que ele tem linguagem? Se um grande macaco pode se reconhecer em um espelho, ele tem a consciência dos seres humanos? Conheça alguns experimentos empolgantes com animais e as evidências resultantes. Os cientistas cognitivos chegaram a algumas conclusões que você pode achar contrárias à sua experiência pessoal.

Embora gostemos de pensar em nós mesmos como criaturas racionais, por que tantas vezes tomamos decisões que parecem irracionais? Aprenda sobre o Teorema de Bayes, que nos diz a maneira correta de calcular uma probabilidade condicional, bem como sobre a "heurística da representatividade e da disponibilidade", que muitas vezes nos leva a fazer julgamentos errôneos.

Como tomamos decisões em nível neural? Explore um experimento fascinante com macacos que nos permite ver quais neurônios disparam enquanto o animal está tomando uma decisão real. Você também explorará o momento da liberação de dopamina à medida que o macaco se familiariza com uma atividade gratificante.

Nosso cérebro e nossa mente poderiam ser projetados como mecanismos de computação bayesiana? Em vez de lidar com absolutos em preto e branco, é possível que nosso cérebro esteja sempre atualizando a probabilidade condicional de várias hipóteses com base em evidências e taxas básicas? Explore as evidências e os comportamentos que os cientistas esperariam ver se esse fosse o caso.

Suas emoções causam mudanças fisiológicas em seu corpo ou as mudanças fisiológicas causam suas emoções? Cada mudança fisiológica está associada a uma e somente uma emoção? Você pode se surpreender com as respostas a essas perguntas ao aprender sobre teorias de cognição e emoção e explorar o fascinante caso do paciente "SM".

Quando olhamos para o mundo ao nosso redor, geralmente temos certeza de que o vemos como ele realmente existe, mas esse não é o caso. Com exemplos visuais fascinantes, aprenda as várias etapas envolvidas quando nosso cérebro constrói as imagens que achamos que simplesmente "vemos". Uma vez criada, a imagem é precisa ou nossas expectativas podem desempenhar um papel profundo em nossa percepção?

Saiba mais sobre um dos modelos computacionais mais influentes do sistema visual do cérebro e como ele levou ao desenvolvimento das redes neurais convolucionais, as CNNs. As CNNs revolucionaram a visão computacional, mas será que esse tipo de rede neural também pode levar a uma melhor compreensão do sistema visual no cérebro biológico?

Historicamente, uma das melhores maneiras de aprender sobre o cérebro tem sido estudar pessoas cujos cérebros foram danificados, resultando em fenômenos incomuns e inesperados. Conheça três desses pacientes - Phineas Gage, "DB" e John - e veja como os cientistas cognitivos usaram os déficits de cada um deles para descobrir uma grande quantidade de informações sobre o cérebro saudável.

Aprofunde-se na psiquiatria computacional, o campo que reúne ciência da computação, matemática e neurociência para simular os processos neurais que contribuem para os transtornos psiquiátricos. Explore como muitos sintomas de depressão e ansiedade fazem sentido quando vistos sob as lentes da teoria da decisão bayesiana.

Saiba como os cientistas cognitivos estão desenvolvendo teorias e modelos computacionais para explicar os comportamentos associados a esses três transtornos. Explore as teorias mais recentes que explicam as obsessões e compulsões do TOC e as pesquisas recentes sobre o impacto do sistema de glutamato na esquizofrenia.

Qual é a natureza da consciência e como ela é implementada no cérebro humano? A consciência surge inevitavelmente quando um determinado limite de inteligência é atingido? Essas são algumas das perguntas mais profundas que os seres humanos já fizeram. Explore o que a ciência cognitiva tem contribuído para estudar o conteúdo e o nível da consciência humana.

Investigue o ACT-R, uma das arquiteturas cognitivas mais bem desenvolvidas que existem atualmente na busca pela criação de uma teoria unificada da cognição. Saiba como o ACT-R implementa uma teoria específica sobre como as diferentes partes da mente trabalham juntas para dar origem à cognição. Com a orientação do professor Polk, você percorrerá uma computação "simples" modelada pelo ACT-R.

Saiba como a IA afetou o campo da ciência cognitiva. Explore as redes neurais profundas da IA, treinadas usando algoritmos sofisticados de aprendizado supervisionado, que conseguem rivalizar com o desempenho humano em muitos domínios, desde a geração de arte e outros conteúdos visuais até a previsão da estrutura 3D de proteínas com impactos significativos na biologia e na medicina.

Explore como as últimas descobertas sobre cognição afetaram o campo da educação, ajudando tanto o aluno quanto o professor. Agora temos a ciência para influenciar as decisões sobre quando e como estudar e como ajudar os alunos a reter melhor as informações. Mesmo nos campos díspares do direito e do design, saiba como a ciência cognitiva afetou profundamente as melhores práticas.

Você já se perguntou o que poderia acontecer se desenvolvêssemos a capacidade de criar inteligências artificiais que rivalizassem ou superassem a nossa? Os cientistas não acreditam mais que a questão seja "se", mas apenas quando. Considere as questões do transumanismo juntamente com os impactos positivos e as preocupações atuais com relação à IA. O que podemos esperar do futuro?