Rede Neural Biológica: Importância, Componentes e Comparação

Os humanos fizeram várias tentativas de imitar os sistemas biológicos, e uma delas são as redes neurais artificiais inspiradas nas redes neurais biológicas em organismos vivos. No entanto, eles são muito diferentes de várias maneiras. Por exemplo, os pássaros inspiraram os humanos a criar aviões, e os animais de quatro patas nos inspiraram a desenvolver carros.

As contrapartes artificiais são definitivamente mais poderosas e tornam nossa vida melhor. Os perceptrons, que são os antecessores dos neurônios artificiais, foram criados para imitar certas partes de um neurônio biológico, como dendrito, axônio e corpo celular, usando modelos matemáticos, eletrônicos e qualquer informação limitada que tenhamos de redes neurais biológicas .

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Componentes e Funcionamento das Redes Neurais Biológicas

Legenda da imagem: Partes de uma rede neural biológica

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Nos organismos vivos, o cérebro é a unidade de controle da rede neural e possui diferentes subunidades que cuidam da visão, dos sentidos, do movimento e da audição. O cérebro está conectado com uma densa rede de nervos ao resto dos sensores e atores do corpo. Existem aproximadamente 10ª neurónios no cérebro, e estes são os blocos de construção de todo o sistema nervoso central do corpo vivo.

O neurônio é o bloco de construção fundamental das redes neurais. Nos sistemas biológicos, um neurônio é uma célula como qualquer outra célula do corpo, que possui um código de DNA e é gerado da mesma forma que as demais células. Embora possa ter DNA diferente, a função é semelhante em todos os organismos. Um neurônio compreende três partes principais: o corpo celular (também chamado de Soma), os dendritos e o axônio. Os dendritos são como fibras ramificadas em diferentes direções e estão conectadas a muitas células desse aglomerado.

Os dendritos recebem os sinais dos neurônios circundantes e o axônio transmite o sinal para os outros neurônios. No terminal final do axônio, o contato com o dendrito é feito através de uma sinapse. O axônio é uma fibra longa que transporta o sinal de saída como impulsos elétricos ao longo de seu comprimento. Cada neurônio tem um axônio. Os axônios passam impulsos de um neurônio para outro como um efeito dominó.

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Por que entender as redes neurais biológicas?

Para a criação de modelos matemáticos para redes neurais artificiais, a análise teórica das redes neurais biológicas é essencial, pois elas possuem uma relação muito próxima. E essa compreensão das redes neurais do cérebro abriu horizontes para o desenvolvimento de sistemas de redes neurais artificiais e sistemas adaptativos projetados para aprender e se adaptar às situações e entradas.

Legenda da imagem: Um neurônio artificial

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Redes Neurais Biológicas vs Redes Neurais Artificiais

O cérebro humano consiste em cerca de 86 bilhões de neurônios e mais de 100 trilhões de sinapses. Nas redes neurais artificiais, o número de neurônios é cerca de 10 a 1.000. Mas não podemos comparar as capacidades das redes neurais biológicas e artificiais com base apenas no número de neurônios. Há outros fatores também que precisam ser considerados. Existem muitas camadas em redes neurais artificiais e elas são interconectadas para resolver problemas de classificação.

As redes neurais biológicas toleram muita ambiguidade nos dados. No entanto, as redes neurais artificiais exigem dados um pouco precisos, estruturados e formatados para tolerar a ambiguidade. As redes neurais biológicas são tolerantes a falhas até certo nível, e as pequenas falhas nem sempre resultarão em perda de memória.

O cérebro pode se recuperar e curar até certo ponto. Mas as redes neurais artificiais não são projetadas para tolerância a falhas ou autorregeneração. Às vezes, ainda podemos recuperar salvando os valores de peso atuais do modelo e continuando o treinamento a partir do estado salvo.

Falando em consumo de energia, o cérebro requer cerca de 20% de toda a energia do corpo humano, o equivalente a cerca de 20 watts, o que é excepcionalmente eficiente. Mas os computadores precisam de uma enorme quantidade de poder computacional para resolver o mesmo problema e também geram muito calor durante a computação.

As redes neurais artificiais foram inspiradas nas redes neurais biológicas do corpo humano. A modelagem de redes neurais biológicas foi um passo crucial no desenvolvimento de redes neurais artificiais. Muitos cientistas tentaram entender o funcionamento do cérebro. As redes neurais artificiais hoje estão sendo usadas para diversas aplicações, algumas relacionadas biologicamente, e a maioria delas relacionadas à engenharia.

Embora as redes neurais biológicas e as redes neurais artificiais sejam semelhantes em função, elas ainda têm muitas diferenças. Muitas tentativas foram feitas para entender o complexo mecanismo das redes neurais biológicas . No entanto, eles ainda guardam muitos segredos para desvendar e inspirar o futuro da inteligência artificial.

Conclusão

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