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- Cazando altruismo
- Darwinismo universal
- De las estructuras disipativas a los replicadores moleculares
- De los replicadores a las células
- De las células a las redes neuronales
- Las redes neuronales
- La mezcla química
- Implulsos, estrategias, problemas y aprendizaje
- Evolución de las redes neuronales
Velocidad
Inteligencia
Consumo
Amigabilidad - Dónde queda el altruismo
1. Cazando altruismo
No sabemos si ese altruismo puede darse en cualquier civilización que imaginemos, si solo se dará en nuestra especie o si no se dará nunca; pero el caso condiciona drásticamente nuestra visión del universo. Queremos saber si se trata de un cosmos inteligente, creador de cosas capaces de viajar entre los mundos; o si solo es un universo muerto, donde los cuerpos medran movidos por la gravedad y la expansión y donde la vida jamás logra salir de su mundo para viajar por el espacio. Para saber cómo es el universo necesitamos ver si es posible que una especie alcance el altruismo necesario.
El altruismo es el resultado de un proceso evolutivo largo y sinuoso, lleno de estructuras de complejidad creciente que se causan las unas a las otras. A continuación describiremos someramente ese proceso para ver qué estructuras se han sucedido y cuán generalizables pueden ser. Pero existe un mecanismo general que da origen a esa sucesión de estructuras y que es necesario revisar de antemano.
2. Darwinismo universal
Aunque no lo parezca, nuestro universo tiene ciertos rasgos que son los que son porque sí no más. En general, están escondidos dentro de las leyes físicas ya sea por su forma matemática como por las constantes que contienen. Algunos cosmólogos estudian cómo sería el universo si las constantes fueran otras y se preguntan por qué razón son precisamente éstas. Ellos han notado que unas constantes apenas diferentes podrían determinar universos tan distintos que no habría inteligencia en ellos. El Principio Antrópico es un tipo de respuesta a estas curiosidades y aproximadamente afirma que existen todos los juegos de parámetros posibles y que, cuando una burbuja de ese todo produce inteligencia, entonces ésta se pregunta por el fino ajuste de los parámetros.
Pero si bien podemos imaginar universos distintos, con mundos o sin mundos, con vida o sin vida, con inteligencia o sin ella, no podemos imaginar uno donde algo sea distinto de sí mismo, donde $x\neq x$. Las tautologías son afirmaciones que siempre son verdaderas, independientemente del universo que imaginemos; y generalmente no nos dicen nada acerca de la realidad; sólo son verdaderas por su forma lógica o matemática.
Si dijéramos que "lo longevo es longevo y lo fugaz es fugaz", no diríamos nada sobre el universo; tendríamos una tautología. Pero si nuestra conciencia recorriera el tiempo frente a una mezcla de objetos de diferentes longevidades, veríamos que algunos “se extinguen” y otros “sobreviven”, como si estuviera funcionando un mecanismo de formación donde la naturaleza selecciona las cosas que sobreviven y descarta el resto. El darwinismo universal es este aparente mecanismo de formación por selección natural.. En rigor, solo funciona una tautología.
Pero hay muchos costados que mirar. Imagine que tiramos en su patio un montón de semillas de distintas plantas. Algunas semillas son dulces, otras son amargas y otras son ciertamente indigeribles. Los pájaros devorarán algunas inmediatamente, otras, un poco después, y algunas no las comerán nunca. El "universo" habrá "generado" semillas resistentes a los pájaros como consecuencia de una "selección natural". En el fondo, sabemos que esta es una ilusión producida por transitar el tiempo. En cualquier universo donde exista el tiempo y donde haya un conjunto de objetos con longevidades diferentes, existirá selección natural cuando una conciencia lo recorra temporalmente. No se trata de un mecanismo de formación sino de una tautología física. Solo necesitamos que exista el tiempo.
La selección que describe el darwinismo universal no solo se opera sobre los objetos; también se seleccionan sus características. Muchas semillas han caído en tu patio pero solo sobreviven las semillas incomibles. La selección opera sobre muchos objetos pero actúa sobre unas pocas características.
En general, las características de las estructuras condicionan su longevidad; luego actúa una selección sobre las longevidades y nosotros la interpretamos como una selección sobre las características. Ya hemos visto cómo esto podría funcionar: si muchas civilizaciones atraviesan un período crítico que condiciona su existencia antes de desarrollar la tecnología para saltar de un mundo a otro, es obvio que solo podrán viajar por el espacio las civilizaciones sobrevivientes. No hay ningún objetivo allí, solo una selección. Si además, todas las civilizaciones sobrevivientes tienen cierto grado de altruismo, entonces la selección actúa sobre la característica.
El entorno dirige la selección decidiendo qué características elige cada vez. Y si el entorno cambia, la misma propiedad puede ser ahora seleccionada y luego descartada. En general, si los entornos cambian mucho, las propiedades elegidas cambian también produciendo variedad y creación, aunque ninguna forma elegida logre cristalizar. Cuando los entornos cambian poco, las características seleccionadas también cambian poco, pero se hacen más estables porque crece su longevidad. Si en lugar del almuerzo de los pájaros, estuvieras tú triturando las semillas amargas para preparar una infusión, las semillas dulces sobrevivirían y las amargas irían a la molienda. El entorno puede dirigir la selección.
Existen procesos que se apoyan sobre el darwinismo universal pero lo exceden claramente. En nuestro ejemplo, las semillas incomibles germinan y los árboles hijos conservan esa característica; la amargura en las semillas sobrevive y se difunde. En general, si al darwinismo universal le sumamos la replicación de las estructuras seleccionadas y la transmisión hereditaria de sus características, tenemos evolución genética, tal como Darwin la describió.
Cuando hablamos de darwinismo universal, sólo nos referimos a la evolución por selección natural. La evolución genética incluye a la selección natural, pero los elementos seleccionados se replican luego y sus características se transmiten a los elementos replicados.
Si bien es algo muy obvio, hay que remarcar que el darwinismo universal es universal; no depende de fenómenos locales; puede darse aquí, en la Tierra o en un mundo distante girando en torno a una estrella ignota, en una galaxia lejana.
El darwinismo universal permite explicar el origen de una sucesión de estructuras de complejidad creciente. En la Tierra, algunas acabaron generando altruismo fraternal. Si estamos buscando procesos que generen altruismo en el universo, necesitamos contar algo de esta historia y comprobar su naturaleza universal.
3. De las estructuras disipativas a los replicadores moleculares
Coloquemos un jarro de agua sobre la hornalla de la cocina. Imaginemos que la hornalla es una placa caliente donde la temperatura se transmite de manera homogénea. Entonces todo un fenómeno se opera dentro del jarro. Las moléculas de agua cercanas al fondo se calientan primero, pierden peso y tienden a subir; pero sobre ellas hay una montaña de moléculas frías y pesadas “intentando” bajar, de modo que habrá un conflicto de intereses dentro del jarro. La temperatura sigue subiendo hasta que la superficie de choque se rompe y el agua se pone en movimiento. Millones de moléculas calientes suben y se enfrían y millones de moléculas frías se hunden y se calientan. Si pudiéramos mirar el movimiento del agua, al observar la superficie del jarro veríamos celdillas, como en un panal; en el interior de las celdillas, el agua caliente sube; en el borde, el agua fría baja; tubos ascendentes de agua caliente y contornos descendentes de agua más fría.
Después de cierta temperatura crítica, el movimiento del agua se organiza dentro del jarro. Para disipar energía, la organización es más eficiente que el caos. Las estructuras organizadas para disipar son, precisamente, las estructuras disipativas estudiadas por primera vez por Ilya Prigoggin [1]. Y la organización resultante a veces es sorprendente.
El universo está plagado de estructuras disipativas. La energía se genera en las estrellas y se irradia desde allí impactando en planetas, satélites, cometas, asteroides y polvo interestelar. En general, la energía estelar se disipa generando grandes movimientos macroscópicos. En la Tierra, por ejemplo, el aire forma celdas para transmitir la temperatura desde el ecuador hacia los polos y los océanos generan corrientes de agua con el mismo propósito. El íntegro clima está hecho de estructuras disipativas, mega movimientos organizados para disipar la energía del Sol.
Todo cambia en el cosmos; los días y las noches se prodigan, los años se suceden, las temperaturas suben y bajan y las estructuras disipativas se multiplican en número y forma. A nivel molecular, una energía fluctuante se disipa de manera refinada, produciendo movimientos moleculares que de a poco van dejando de ser caóticos.
Las moléculas son pequeños imanes, con un polo norte y un polo sur, y a veces se pegan unas con otras, como los imanes. Es común que algunas moléculas formen largas cadenas; y que sobre éstas se adhieran otras moléculas menores como basura que se pega sobre un hilo largo. Cuando la temperatura sube, las cadenas se agitan con más fuerza y pueden expulsar estas adherencias como lo haría un perro mojado cuando se agita para expulsar el agua. Cuando la temperatura baja, disminuye el nivel de agitación de las cadenas y las moléculas menores se vuelven a pegar.
El ascenso y descenso de temperatura funciona durante millones de años. Las cadenas se agitan y se calman y las adherencias se pegan y se despegan una y otra vez. El darwinismo universal funciona seleccionando los esquemas disipativos más longevos; los ritmos más adecuados de calmas y ajetreos. Con el tiempo aparece un mecanismo de construcción de adherencias; las basuritas se montan sobre las cadenas y luego se liberan cuando la cadena se agita. Podemos imaginar largas cadenas rodeadas por un entorno químico lleno de antiguas adherencias.
Pero todo cambia en unos millones de años. Choca un asteroide y el clima cambia; cambia la química y la física, cambian los mundos cuando se enfrían, cambian las estrellas cuando se apagan, o cuando se encienden, o cuando fluctúan. Y conforme cambia el ambiente, cambia la selección y cambian las estructuras disipativas preferidas por el entorno.
Después de mucho tiempo, los complejos moleculares “aprenden” a inducir la formación de otros complejos parecidos; y éstos inducen a otros, y luego otros. La selección natural siempre elige los más longevos, pero pronto son mayoría los que mejores copias inducen, y los que inducen más copias. La evolución prefiere las copias más longevas, más fieles al original y más fecundas. Estos raros complejos moleculares que hacen copias de sí mismos pronto son la mayoría; monopolizan la química de los mundos y se transforman en los nuevos preferidos de la evolución. Llamamos replicadores moleculares a las cadenas que protagonizan el proceso. Junto a los replicadores nace la vida en algunos mundos adecuados.
Cuando aparecen los replicadores, la evolución da un salto. Ya no se trata del simple darwinismo universal, donde unas estructuras de longevidad variable resultan positivamente seleccionadas por el entorno. Ahora las estructuras más longevas hacen copias luego de la selección. Y los objetos copiados replican las características que hicieron longevos a sus antecesores. El éxito de un replicador ya no está dado por su longevidad sino por su capacidad de hacer copias. Los replicadores más exitosos son los que dejan más descendencia.
En la Tierra el proceso produjo replicadores entre 500 y 1.000 millones de años después de su formación. Es suficiente tiempo para que las estructuras disipativas moleculares refinen sus movimientos y aprendan a replicarse, pero no es tanto tiempo a nivel evolutivo porque la Tierra tiene 4500 millones de años.
Los procesos que originaron la replicación son típicos en el universo y el fenómeno va más allá de la Tierra. Son comunes las estrellas radiando energía, el vaivén de temperaturas en la superficie de los mundos, el entorno variable y las estructuras disipativas. Según nuestra simple cuenta, la vida es un fenómeno común, hijo de la temperatura, de la química, de la fluctuación y de un largo largo tiempo.
4. De los replicadores a las células
Para que un complejo molecular induzca el montaje de otro, es necesario que muchas moléculas menores entren y salgan del proceso. Esto ocurre con el ADN, nuestro replicador molecular, donde pueden verse algunas enzimas participando de la replicación y luego saliendo de allí [video]
El ADN es una versión avanzada de lo que en sus orígenes fue un tibio proceso químico inducido por un replicador endeble que organizaba sus latidos para disipar energía luego de un largo proceso de selección. Imaginemos allí a nuestro replicador expuesto a las inclemencias del entorno, donde cualquier corriente de agua podría llevarse la moléculas necesarias, donde cualquier otro replicador podría utilizarlas para hacer sus propias copias y donde otros procesos químicos podrían atraerlas como imanes, robándolas para siempre. Cualquier complejo que haya generado moléculas capaces de enredarse entre sí a cierta distancia, formando una suerte de membrana que aislaba el entorno químico del replicador, habría fabricado más copias que el resto. Y si las copias resultaban lo suficientemente buenas para incluir también moléculas de la membrana, entonces la idea lograba difundirse en el caldo original.
Las membranas habrían sido exitosas en todo el universo porque aíslan al entorno químico necesario para la replicación. En nuestro mundo, el entorno químico atrapado es producido por el propio replicador y está hecho de cadenitas moleculares llamadas proteínas. Con el tiempo, los replicadores libres dejaron de existir por falta de ladrillos para su construcción y todos los replicadores existentes se rodearon de una membrana. La célula acababa de nacer, y la selección natural, que comenzó mejorando la frecuencia de los replicadores, ahora actuaba sobre células. Las membranas mejoraron, cambiaron, se adecuaron; el entorno químico de la célula se estructuró y se organizó por selección natural transformándose en una fina maquinaria molecular.
En nuestro mundo, la etapa de evolución celular ocupa la mayoría del tiempo biológico terrestre. Surgieron muchas células distintas y se optimizaron adaptándose a biomas y funciones diferentes. Pero esta etapa evolutiva celular no tiene nada de particular y puede operarse en muchos sitios del universo.
La célula es el primer individuo, el primer objeto físico aislado, gobernado por un replicador. Desde entonces tiene sentido hablar de estrategias y comportamientos individuales. Como el altruismo es un tipo de comportamiento, la célula es el primer objeto físico donde podría tener sentido hablar de él. Pero la célula no es el fin sino el principio.
5. De las células a las redes neuronales
Algunas células se hacen exitosas utilizando la energía proveniente de su entorno natural y otras aprenden a digerir a las anteriores y quedarse con su energía y sus nutrientes. Las primeras se hacen especialistas en capturar radiación solar y transformarla en energía química; de su linaje provienen los vegetales. Las segundas aprenden a moverse para atrapar y metabolizar a las primeras; sus descendientes serán los animales.
Tiempo después los replicadores aprenden a fabricar individuos que presentan dos capacidades nuevas: la agregación y la diferenciación celular. Ambos atributos resultan exitosos y evolucionan entre los vegetales y los animales.
Cuando las células se agregan, sus descendientes permanecen unidos formando colonias. Estos agregados tienen una serie de ventajas. Al pegarse unas con otras, las células reducen el entorno al que están expuestas; logran almacenar más reservas de energía y nutrientes para campear épocas de escasez; su entorno se hace más estable y en consecuencia la selección natural puede construir estructuras que utilizan varias células en su arquitectura. Esto último es importante porque una capa protectora puede asegurar la supervivencia de las células interiores. Pero además, la complejización de la arquitectura fuerza la aparición de la diferenciación celular. Ahora, un mismo replicador es capaz de inducir la formación de un conjunto de células distintas.
En nuestro mundo, todas las células de un mismo organismo tienen el mismo replicador pero se diferencian en las proteínas que pueden sintetizar. En nuestro cuerpo, por ejemplo, las células de la sangre, de los huesos o de la piel son diferentes porque tienen distintas proteínas, pero todas tienen el mismo replicador. A los conglomerados de células iguales entre sí los llamamos tejidos . Tenemos entonces un tejido para la sangre, otro para los huesos y otro para a piel.
Debemos esperar que la agregación y la diferenciación celular sean comunes en el universo, porque las ventajas de ambas capacidades no dependen de las particularidades de un mundo sino de las leyes físicas que determinan la evolución.
Cuando la agregación y la diferenciación celular actúan sobre organismos unicelulares animados, se construye una capacidad de movimiento formada por muchas células. Esto es lo que ha ocurrido en nuestro mundo, aunque no hay acuerdo acerca del modo como sucedió. Las células especializadas para el movimiento forman el tejido muscular. Los músculos se contraen frente a impulsos eléctricos y esta contracción es la que produce el movimiento. En general, un musculo no alcanza para producir un movimiento complejo. Para caminar, por ejemplo, un organismo necesita prender y apagar un gran conjunto de músculos; si además desea correr, girar, frenar y saltar, los mismos músculos deben activarse en distinto grado y de diferente manera. Es necesario administrar el encendido y apagado de músculos. Pero como estas activaciones son eléctricas, lo que necesitamos son células capaces de activarse o desactivarse eléctricamente.
En nuestro mundo, las células que activan y desactivan músculos son las neuronas, pero en todo sitio donde el universo genere movimiento multicelular, será necesario conmutar los encendidos y apagados musculares. En todos los casos llamaremos neuronas a estas células especiales.
El replicador construye moléculas sensoriales que reaccionan frente a ciertas características del entorno. Podemos imaginar que estas moléculas son como bollitos de imanes pegados que se abren y se cierran ante la presencia de otras moléculas o de radiación. Existen muchos fenómenos que pueden dejar una huella química de su presencia y los replicadores son especialistas en construir moléculas que les acerquen esa información. La información es más o menos estable según estas moléculas puedan permanecer activas más o menos tiempo.
Las neuronas son células que atrapan información química y eventualmente la transforman en un impulso eléctrico. Una neurona contiene muchas terminales desde las cuales recibe información química. Estas terminales se llaman dendritas. Luego, y en función de la información recibida, se activa un impulso eléctrico que sale de la neurona por el axón y que puede conectarse con otras células a través de los terminales axónicos. Las neuronas interconectadas nunca se tocan; los impulsos eléctricos se transmiten primero a un entorno químico y estas moléculas lo transmiten luego a otras células. Esa conexión a través de un medio químico se llama sinapsis y las moléculas que transmiten la señal se llaman neurotransmisores.
Una neurona no alcanza para reconocer la situación del entorno y mucho menos para activar un músculo en consecuencia. Generalmente son necesarias muchas neuronas conectadas entre sí y con los músculos para producir un movimiento condicionado a una situación. Si además hay una estrategia, como en el ejemplo del pez que busca esconderse bajo una piedra, la entrada de información debe alimentar una red de neuronas interconectadas de las cuales emerja una salida eléctrica que determine el movimiento.
Para que un animal condicione sus movimientos a cierta situación del entorno, es necesario que las neuronas actúan interconectadas; este conjunto interconectado se llama red neuronal, pero las funcionalidades de una red neuronal son muchas más que lograr un simple movimiento muscular adaptado a un entorno.
En todos los sistemas biológicos donde evolucionen animales pluricelulares, existirán redes neuronales coordinando el movimiento de sus músculos. Las redes neuronales son universales.
6. Las redes neuronales
Una red artificial, formada por neuronas artificiales interconectados de cierta manera, haciendo ciertas cuentas y activándose de cierta forma antes de impactar en el nodo siguiente, terminó siendo un exitoso modo de crear inteligencia artificial. Hoy es común crear inteligencia artificial utilizando redes neuronales.
Si bien una red neuronal biológica es muy diferente de una red artificial, en ambos casos se genera inteligencia como un fenómeno emergente de un conjunto de unidades conectadas en red. Esto es importante. Una neurona no es inteligente. La inteligencia es una propiedad de la red, y aparece cuando muchas neuronas están interconectadas. Tanto en las redes naturales como en las artificiales se distingue una fase de aprendizaje a partir de los datos y un criterio para reconocer las salidas adecuadas. En el laboratorio, el criterio lo establece el investigador; en la naturaleza, lo establece la selección natural.
Una red neuronal biológica es una cosa suficientemente compleja para presentar comportamientos inteligentes. Las redes neuronales son consecuencia de una continua selección natural actuando sobre los replicadores moleculares. La selección se efectúa sobre los replicadores porque ellos son los depositarios de la información que pasa de una generación a la siguiente. Nosotros tenemos inteligencia porque nuestro ADN fabrica inteligencia desde hace mucho tiempo; no se trata de una característica que hemos aprendido de chiquitos sino de una consecuencia de nuestro ADN.
Los replicadores sólo pueden almacenar la información que pasa de una generación a la siguiente; pero esto, que les da su poder durante la selección, también es una limitación. Conforme aumenta la longevidad de los organismos, la información de lo que ocurre alrededor se vuelve más importante. Es necesario conocer lo que cambia de un momento a otro, como el caudal de un río o la frondosidad del dosel y sobre lo que ninguna selección puede actuar. Es vital entonces que los replicadores construyan estructuras para procesar esta información cambiante. Esas estructuras son las redes neuronales biológicas.
Cuando nacen las redes neuronales, los sistemas biológicos construyen unas cosas capaces de almacenar información que no está en los replicadores y que no pasará a la generación siguiente. Algunas moléculas ya tienen la capacidad de almacenar información durante un breve tiempo, de activarse o desactivarse según las características presentes a su alrededor; pero la memoria molecular es breve. Para que un individuo recuerde a otro durante toda su vida, no alcanza la memoria celular. Las redes neuronales, en cambio, construyen estructuras que pueden almacenar información durante lapsos considerablemente mayores. Para recordar la ubicación de un nido, un ave no puede recurrir a los replicadores porque no tienen cómo guardar esa información, ni a las moléculas sintetizadas porque solo se activan unos segundos. Es necesario que el ave posea una red neuronal.
Resumiendo, cuando las redes neuronales aparecen en un sistema biológico, este puede hacer dos cosas que antes no podía hacer: almacenar información durante un largo tiempo y procesarla de manera inteligente. Se mejora la memoria y aparece la inteligencia.
Las redes neuronales están
determinadas en todos los sistemas biológicos que producen animales porque sus
ventajas son universales. A igualdad de los demás factores, la selección siempre preferirá a las estructuras que logren memorizar más información y presentar un comportamiento inteligente.
7. La mezcla química
La agregación y la diferenciación
celular han permitido la existencia de organismos enormes, formados por
millones y millones de células pegoteadas unas con las otras. Nuestro cuerpo
tiene unos 37 billones de células ($3,7\cdot{10^{13}}$); sin contar a los organismos que viven dentro de
nosotros. Si una red neuronal tuviera que mover a uno de estos mazacotes de aquí para
allá en función de lo que ocurre a su alrededor, no alcanzaría que unas
moléculas atrapen información del entorno; sería necesario, además, que las
moléculas activadas con el dato recorrieran al organismo hasta llegar a la
red neuronal que tomará la decisión. Para hacerlo, el mensaje químico se monta sobre las neuronas y se transmite hasta la red como un impulso eléctrico a través del axón.
Pero existe mucha información vital que no proviene del entorno y que sin embargo debe estar disponible. Imaginemos que de pronto tenemos sed. Para resolver el problema, abrimos la canilla de la cocina, llenamos un vaso con agua y la bebemos. Pero para que esta simple gesta sea posible, es necesario que muchas cosas distintas ocurran ordenadamente. Primero, las moléculas de agua comenzarán a escasear dentro de las células; luego esa escasez se traducirá químicamente activando o desactivando moléculas que saldrán de la célula. Un sistema de transporte las llevará así afectadas hasta las neuronas donde una red transformará esta información química en impulsos eléctricos leyendo el propio estado como sed. Luego entraran en juego diferentes estrategias para resolver el problema, una de las cuales puede ser abrir la canilla de la cocina. Observemos que en ningún momento ha ingresado información del exterior.
El hambre, la sed, o el impulso reproductor son mecanismos que se operan registrando parcial o totalmente información del propio individuo. El impulso de reproducción, por ejemplo, solo se opera si un reloj interno indica que el individuo ya alcanzó la madurez sexual. La mezcla química transmite información sobre el estado propio, desde los sitios de generación hasta la red neuronal y ésta transforma la información química en impulsos eléctricos produciendo una salida coordinada que ya no es química sino eléctrica, como la sed de nuestro ejemplo, y que puede funcionar como entrada de una estrategia que buscará una salida concreta, tomar agua.
Cualquier sistema evolutivo que genere grandes metazoarios construirá un sistema circulatorio capaz de llevar información química del propio estado a las redes neuronales. No se trata de una arquitectura local sino de un fenómeno universal. A igualdad de los demás factores, la selección natural siempre aprovechará estas ventajas.
8. Impulsos, estrategias, problemas y aprendizaje
En nuestro ejemplo, la sed es un impulso, tomar agua es el deseo y abrir la canilla de la cocina para llenar un vaso es la estrategia para saciar ese deseo. Si tenemos el impulso y el deseo pero no se ha construido una estrategia, la situación problematiza al individuo; tenemos sed, deseamos tomar agua, pero no sabemos cómo. Las estrategias se generan intentando remontar situaciones problemáticas. Si el individuo logra construir una estrategia para saciar el deseo, se ha operado un aprendizaje. Es importante notar que las estrategias son elementos permanentes del pensamiento. Lo que aprende la red no se pierde al minuto siguiente, queda grabado en la red mientras la estrategia funcione.
La evolución prefiere a los replicadores que construyen redes neuronales cada vez más adaptadas para resolver situaciones problemáticas, más capacitadas para saciar deseos vitales, como la sed, el hambre o la reproducción. Los replicadores menos capacitados dejan menor descendencia y a largo plazo desaparecen. Este mecanismo es universal y ocurrirá siempre que tengamos un sistema genético funcionando. La presión hacia estrategias cada vez mejores es universal.
9. Evolución en las redes neuronales
Hay muchas características que dirigen la selección natural de las redes neuronales, pero queremos mencionar cuatro:
- Velocidad
- Inteligencia
- Consumo
- Amigabilidad
Veamos qué significa cada una.
Velocidad
Para funcionar es necesario que una red transmita información, pero tal como hemos visto, esa transmisión es un tanto tortuosa. Una neurona lee la información almacenada en el estado de activación de las moléculas que están alrededor de sus dendritas y eventualmente la traduce en información eléctrica; estos impulsos viajan por el axón y nuevamente inducen señales químicas enviando ciertas moléculas a su entorno; finalmente, esa información química impacta en las dendritas de una segunda neurona, transmitiendo la información anhelada. Sería mucho más rápido conectar directamente una neurona con la otra, pero esto no ocurre. La información debe bajar al lenguaje químico cada vez en un proceso que se conoce como sinapsis
Cuando muchas neuronas se conectan en cadena, unas con otras, la red se vuelve lenta. Las redes poco profundas son más veloces que las más profundas. Cuando la selección natural prefiere redes más veloces, está prefiriendo redes poco profundas.
Inteligencia
Una red presenta un comportamiento inteligente cuando existe una adecuada relación entre las entradas y las salidas. Sería bueno para un zorro contar con una red neuronal que identifique nidos con pichones; los pichones son una buena dosis de nutrientes. Pero los padres del pichón podrían estar cerca, de modo que es mejor aquella red que no solo identifica al pichón sino que detecta también la cercanía de los padres y monta una estrategia para lidiar también con ellos. Los padres podrían estar desatentos cazando langostas o atentos, cuidando el nido.
Conforme un organismo se va adaptando para resolver estos problemas, su cerebro se vuelve más inteligente. La escena es la misma, pero su procesamiento mejora. La inteligencia es la capacidad de dar una respuesta cada vez más refinada ante la misma situación. La selección natural prefiere redes cada vez más inteligentes.
Consumo
El cerebro humano consume el 20% de la energía que utiliza nuestro cuerpo y sin embargo sólo ocupa el 2% de la masa corporal. Resulta claro que los cerebros son un órgano de alto consumo pero aún no sabemos por qué razón consumen tanto. Por eso ignoramos también el significado funcional de seleccionar cerebros de bajo consumo. Es evidente que para alimentar a un cerebro grande son necesarios más oxígeno y más nutrientes, y que por lo tanto, un organismo con un gran cerebro debe ser capaz de alimentarlo. La naturaleza prueba, además, que para algunas especies esto ha sido negocio. Pero de algo estamos seguros: a igualdad de todos los demás factores, la selección natural prefiere una red neuronal de bajo consumo, porque siempre es preferible hacer lo mismo utilizando menos.
Amigabilidad
Una red es amigable si aprende rápido, y tanto más amigable cuanto más rápido aprende. Un caballo recién nacido aprende a caminar en unas horas; el ser humano puede tardar un año. La red neuronal que permite que un caballo se levante sobre sus cuatro patas es más amigable que aquella que nos permite caminar a nosotros.
Si las habilidades que debe adquirir el individuo condicionan su supervivencia, aquéllos que las aprendan más rápido tendrán más chances de dejar descendencia. Las redes neuronales son los órganos que los individuos utilizan para adquirir estas habilidades, de modo que las redes que más rápido aprenden son preferidas por la selección natural. Lo ideal sería que los individuos nazcan con todas las habilidades ya formadas, pero esto no ocurre porque requeriría más información de la que pueden almacenar los replicadores. Por eso existe el aprendizaje. Por ahora reconozcamos que la selección favorece los aprendizajes rápidos.
En general, la naturaleza debería preferir redes neuronales más veloces, más inteligentes, que consuman menos y aprendan más rápido; pero la realidad a veces conspira contra esto. Las redes más inteligentes tienden a ser más lentas y a consumir más, de modo que la selección tiene allí un conflicto de intereses. Lo mismo ocurre con el aprendizaje. Se puede aprender rápido o se puede aprender mucho, pero es difícil hacer ambas cosas. ¿Qué tendencia dejará más descendencia?
Las estrategias más inteligentes necesitan más neuronas interconectadas, más tiempo y más energía. Si un individuo debe escapar de un predador, le será más útil hacerlo rápido que mejorar fabulosas estrategias lentas; y mejor aún si logra hacerlo con un bajo consumo de nutrientes. La velocidad es preferida frente a la inteligencia y el alto consumo. Lo mismo ocurre con la velocidad de aprendizaje. Las tortugas marinas deben nacer sabiendo caminar rápido porque los huevos se rompen en la costa, la seguridad está dentro del mar y la playa está plagada de predadores. Los cocodrilos neonatos deben escapar de su propia madre, para lo cual deben desplegar muchas habilidades inmediatamente después de romper el cascarón. Si nadie cuida de ti, debes arreglarte solo, y para eso es mejor saber unas cuantas cosas simples que se aprenden rápido o siquiera necesitan aprenderse. Pero las capacidades innatas tienen un problema: requieren mucha información. Tenemos que decirle a la tortuga cómo se debe caminar antes de que tenga tiempo de ensayar, entonces todo debe estar escrito de antemano, y lo único que tenemos para almacenar información es el replicador molecular. La selección natural tarda mucho en construir habilidades congénitas complejas. Para que los individuos nazcan con estas habilidades ya desarrolladas, es necesario almacenar mucha información en el replicador; y esto es un todo un límite.
¿Preferirá la selección natural redes más veloces, que no necesitan aprender luego de nacer y que menos consuman, o preferirá redes más aptas, que sean capaces de aprender el entorno y adaptarse a él con inteligencia creciente? La respuesta es clara: la selección natural preferirá redes veloces y acabadas desde el minuto cero. Solo luego que estas preferencias se satisfagan con creces la evolución estará lista para construir estructuras más complejas.
El conjunto de redes construidas para responder frente a estímulos propios y del entorno de una manera pragmática y veloz, acabarán construyendo el sistema límbico; pero esta construcción debe entenderse como resultado de una evolución paulatina y prolongada donde, en general, la velocidad se prefirió frente a la aptitud.
Cada vez que el universo construya un sistema biológico con redes neuronales, sucederá que las redes veloces y acabadas dejarán más descendencia que las redes inteligentes. La selección siempre actúa de la misma manera, prefiriendo las mismas cosas antes que las mismas otras cosas. Con independencia del sitio del que hablemos, las redes veloces dejan más descendencia que las inteligentes. Se trata de una preferencia universal.
10. Dónde queda el altruismo
Un comportamiento es altruista si aumenta el bienestar de otros individuos aún en desmedro del propio bienestar. En nuestro mundo existen muchos comportamientos altruistas, y es necesario explicar por qué existe cada uno de ellos, por qué han dejado más descendencia que sus alternativas menos altruistas.
Para aumentar el beneficio ajeno es necesario ante todo reconocer el entorno de una manera suficientemente refinada. Los individuos capaces de presentar altruismo deben poseer redes inteligentes. La selección sobre la velocidad de reacción o sobre la velocidad de aprendizaje no proporciona redes suficientemente inteligentes para presentar comportamientos altruistas porque no son capaces de detectar adecuadamente el entorno.
Es necesario pensar en la evolución de las redes neuronales como un fenómeno ocurrido en dos tiempos: una evolución hacia redes capaces de procesar información simple, en forma rápida y funcionalmente preparado desde antes de nacer para actuar inmediatamente después; y una evolución subsiguiente, solo posibilitada por el éxito de la primera, capaz de edificar redes más aptas, más inteligentes y capaces de efectuar una evaluación más refinada de los hechos.
El sistema físico muestra evidencias de que esto ha sido exactamente así, y no necesitamos ir muy lejos. Imagine que usted cruza la calle mirando su celular; entonces un vehículo a diez metros toca un bocinazo. Usted pega un salto hacia atrás y cae aturdido pero a salvo sobre la vereda. El sistema límbico tomó el mando, inyectó adrenalina en su torrente sanguíneo, accionó sus piernas automáticamente y usted saltó hacia atrás sin capacidad de razonar nada. Al caer se golpeó contra unos autos, se raspó la rodilla y se agujereó el pantalón; pero su sistema límbico le salvó la vida. Ahora imaginemos una variante: Usted cruza la calle igualmente desatento y nuevamente un vehículo cercano ejecuta un bocinazo. Pero ahora el auto está más lejos y usted tiene más tiempo. Entonces ocurren cosas raras. El sistema límbico toma el control e inyecta adrenalina en su sangre, pero inmediatamente una red más nueva descubre que tiene tiempo suficiente para anteponer una estrategia mejor que el salto acrobático y los golpes de la caída; usted sale al trote y aterriza en la otra vereda con un susto, pero a salvo.
Para que todo esto pueda ocurrir, la información viaja por el cerebro de un lado a otro, casi ilógicamente. La visión del auto viaja a la vez al sistema límbico y a la nueva corteza cerebral. Si el sistema límbico considera que la situación es urgente, actúa inmediatamente; de lo contrario existe tiempo para que una estrategia más refinada llegue desde la nueva red al sistema límbico y lo inhiba anteponiendo su solución. El viaje de la información revela que el sistema límbico es anterior a la nueva corteza y que sigue teniendo el control primario de la situación, pese a que un sistema lo inhibe casi permanentemente.
En resumen, un sistema biológico puede construir organismos capaces de efectuar una lectura del entorno suficientemente inteligente para presentar comportamientos altruistas. Sabemos que existe la fábrica de altruismo y sabemos que existe el altruismo, pero ignoramos el modo cómo lo ha fabricado.
En la siguiente entrada veremos cómo el sistema biológico ha construido cierto altruismo en nuestro mundo y de qué modo generalizarlo al resto del universo.
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[1] https://es.wikipedia.org/wiki/Ilya_Prigogine
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5.1 Construyendo la fábrica de altruismo por Cristian J. Caravello se distribuye bajo una Licencia Creative Commons Atribución 4.0 Internacional.
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