Física estadística, cerebros líquidos y cerebros sólidos

Me ha sorprendido el título del último artículo de Ricard Solé (Univ. Pompeu Fabra, España):”Física estadística de los cerebros líquidos”. El término «cerebro líquido» (o red neuronal líquida) se usa para denominar la red de interacciones mediada por feromonas de la que emerge la «inteligencia» colectiva de las colonias de hormigas y otras especies eusociales. Se usa el adjetivo «líquido» porque los agentes (ganglios cerebroides) se mueven por el espacio. Por contraste, se usa el término «cerebro sólido» (o red neuronal sólida) para la red de interacción entre neuronas mediada por neurotransmisores de la que emerge nuestra inteligencia; los agentes (neuronas) no se mueven por el espacio, como los átomos de un «sólido», aunque sus conexiones cambien (plasticidad sináptica).

Hasta donde me consta, la primera vez que se usó el término «cerebro líquido» (“liquid brain“) fue en un artículo de Woolfson y Rothschildsobre el papel de las pirazinas; estos compuestos orgánicos olorosos se encuentran en algunas plantas y el artículo proponía que podían servir para la comunicación química en organismos eusociales. En las conclusiones se comenta que el aprendizaje asociativo de la respuesta del sistema inmune es análogo al aprendizaje en organismos con sistema nervioso central. Para referirse a esta analogía entre el cerebro y el sistema inmune se introduce el término de «cerebro líquido». El artículo de Solé también usa dicho término aplicado al sistema inmune, cuya interacción está mediada por anticuerpos; sin embargo, no aparece citado el artículo de Woolfson y Rothschild en su bibliografía.

El nuevo artículo es Jordi Piñero, Ricard Solé, “New ResultsStatistical physics of liquid brains,” bioRxiv 478412 (26 Nnov 2018), doi: 10.1101/478412; el otro artículo citado es A. Woolfson, M. Rothschild, “Speculating about Pyrazines,” Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences 242: 113–119 (1990), doi: 10.1098/rspb.1990.0113.

Las redes de neuronas artificiales nacieron (McCulloch–Pitts, 1943) se caracterizan por un conjunto de agentes (neuronas) conectados mediante enlaces (sinapsis) con una amplitud ajustable (durante el proceso de aprendizaje). Desde el punto de vista de la Física Estadística, el espacio de fases de la red neuronal se caracteriza por un paisaje de mínimos (asociado a cada patrón aprendido) rodeados de cuencas de atracción (responsables de la propiedad de generalización). La capacidad de memoriación (α) está caracterizada por un valor crítico (αc) que separa la memorización fiable de la no fiable; en modelos sencillos, como la red de Hopfield, está separación es brusca (sharp).

La toma de decisiones colectiva en una colonia de hormigas (u otros organismos eusociales) se puede describir con un medio excitable regido por un modelo matemático de tipo reacción-difusión; este modelo es análogo a una red neuronal cuyos agentes son móviles. El comportamiento de cada agente es muy sencillo, como lo es el de una única neurona; sin embargo, su comportamiento colectivo es tan complejo como para resolver ciertos problemas de toma de decisiones.

La analogía entre el modelo matemático que describe una red de neuronas artificiales y la comunicación química en una colonia de hormigas es muy sugerente; gracias a ello, Piñero y Solé proponen los términos «cerebro sólido» y «cerebro líquido». Pero no se quedan ahí, también proponen que el sistema inmune se comporta como un «cerebro líquido» (algo que sorprenderá a quienes no hayan pensando antes sobre la «inteligencia» inmunitaria). Aquí me hubiera gustado una cita al artículo de Woolfson y Rothschild.

La emergencia de la inteligencia es uno de los grandes misterios de la evolución. ¿Puede existir vida en un exoplaneta que no evolucione hacia vida inteligente? La actividad cognitiva en nuestra biosfera es un fenómeno colectivo en el que se combinan agentes computacionales con memoria y capacidad de aprendizaje, capaces de tomar de decisiones. Por supuesto, hay muchos órdenes de magnitud de diferencia entre las capacidades cognitivas del sistema inmune, una colonia de hormigas y nuestro encéfalo (cerebro, cerebelo, etc.).

La física estadística es una herramienta útil en el estudio de los sistemas complejos. Usando modelos multiescala parece posible estudiar estos sistemas de agentes mediante una aproximación de tipo divide y vencerás. Entender la complejidad cognitiva de los cerebros líquidos y sus límites puede ofrecer información relevante en la comprensión de los cerebros sólidos. Una idea muy sugerente que nos lanzan al aire Piñero y Solé. ¿Qué nos deparará el futuro de estas ideas? ¿Acabaremos descubriendo el origen último de la autoconsciencia?



2 Comentarios

  1. Me llama la atención a lo que llamamos inteligencia, parece un concepto antrópico complaciente. Fabricamos maquinas que emulan parcialmente una parte de la conducta humana y le llamamos inteligencia artificial. Como que estamos determinados para hacer lo que hacemos y a ese hacer pretendemos darle una concepción universal.

  2. El del soporte físico de la inteligencia un tema apasionante. El que ese soporte esté distribuido en cuerpos independientes hace volar la imaginación.

    Si ser inteligente es tener la capacidad de resolver problemas, considero que todo ser vivo, y toda comunidad, es inteligente, porque conservar la vida es un problema bien difícil. Cualquier ser vivo, para seguir siéndolo, sigue procesos cíclicos que veo muy similares al método científico:
    Siente una necesidad (curiosidad, hambre, comunicación, reproducción, etc. ), busca datos en su entorno para satisfacerla, hace ensayos internos teniendo en cuenta esos datos y su memoria, compara las acciones posibles, toma una decisión y actúa, memoriza los resultados, si puede los comparte con sus semejantes. Si la necesidad se repite o aún no se ha satisfecho, repite el ciclo teniendo en cuenta los resultados de ciclos previos.
    Este modo de actuar sería aplicable tanto a individuos como a sociedades, desde un microbio hasta hormigueros o naciones humanas.

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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 27 noviembre, 2018
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