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Hacia la computación cerebral

Entrevista a Rodney Douglas, profesor de Neuroinformática del Instituto Federal de Tecnología, Zúrich

Por Doris Obemair

Rodney Douglas es director del Instituto de Neuroinformática (INI) del Instituto Federal de Tecnología de Zúrich. Fundada en 1995, esta organización trabaja para descubrir los principios clave del funcionamiento del cerebro con el fin de aplicarlos en sistemas artificiales que interactúen de forma inteligente con el mundo real. Uno de sus principales campos de investigación es la ingeniería neuromórfica, es decir, el diseño y la fabricación de sistemas neuronales artificiales cuyos principios de diseño y arquitectura se basan en los de los sistemas nerviosos biológicos. La historia de la ingeniería neuromórfica se inició en el Instituto de Tecnología de California en los años ochenta con el trabajo de Carver Mead, que investigó la construcción a imagen y semejanza del cerebro de grandes sistemas dotados de componentes imprevisibles. El INI de Zúrich, uno de los centros de investigación en neuroinformática líderes de Europa, está llevando a cabo varios proyectos prometedores en este campo, como el de la retina de silicona.

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Neurociencia, neuroinformática... ¿cuál es la diferencia?

A diferencia de la neurociencia, que se ocupa de describir la biología del cerebro, la neuroinformática se ocupa del aspecto tecnológico del cerebro y de comprender cómo computa realmente ese órgano, cómo consigue lo que consigue en comparación con la tecnología computacional que hemos construido como humanos, y qué aporta eso a las nuevas tecnologías.

¿Qué interrogantes intenta responder la neuroinformática?

Una de las principales preguntas es qué tipo de computación realiza el cerebro. Su construcción y su funcionamiento son completamente diferentes a la computación convencional. Uno de los puntos más obvios es que el cerebro no cuenta con un programa; no hay nadie sentado junto a él escribiendo un código e insertándolo en las sinapsis para hacerlo funcionar. En vez de eso, se autoprograma a través de su interacción con el mundo. ¿Cómo es capaz de hacer eso?

¿De qué maneras se podría llegar a comprender la capacidad de computación autoprogramadora del cerebro?

Para comprenderla debemos actuar al igual que con los ordenadores convencionales. Tenemos que comprender la arquitectura y las propiedades de los circuitos construidos para ser capaces de computar sus funciones. Por lo tanto, intentamos entender las conexiones neuronales en el córtex y su forma de actuar. Después, nos preguntaremos qué significa eso respecto a la computación y si podemos construir una tecnología más o menos parecida.

«Es imprescindible descubrir cómo el tejido biológico, cuando computa, es capaz de generar un sentido de coherencia»

A fin de solucionar este tipo de cuestiones, se debe partir de la biología. Empezamos en el córtex cerebral, donde parece ser que existe una estructura neuronal muy regular, usada en una serie de contextos diferentes: ver, oír y planificar.

Así pues, ¿algún día se podrán construir ordenadores que se autoprogramen?

No es un problema irresoluble, eso está claro; si no, ¡no vendría a trabajar cada mañana! En la última década la autoconstrucción y la autoprogramación están tomando protagonismo, y se les están dedicando muchos recursos. La Unión Europea financió un instituto para exactamente ese tipo de proyecto: investigar a fondo por qué se produce la autoconstrucción en el cerebro y discernir si ese fenómeno se podría usar también para crear tecnología. Así que se trata de una cuestión que está a la orden del día, y creo que se resolverá, porque en el momento en que la gente se reúne en comunidades para estudiar algo en profundidad, se resuelven problemas.


¿Qué tipo de funciones corticales será capaz de realizar la tecnología?

En última instancia se trata de si podemos construir computación como la del cerebro, pero ése es el gran objetivo a largo plazo. Antes de llegar ahí, debemos solucionar aspectos tecnológicos básicos. Los ordenadores convencionales dependen en gran medida de la estrecha sincronización de todas las operaciones que llevan a cabo. Así que, incluso en el caso de que se tengan múltiples procesadores, todos deben estar perfectamente sintonizados con unas reglas muy claras acerca de cómo transferirse la información entre sí. En el cerebro, por el contrario, no se produce ese tipo de sincronización y secuenciación extremadamente estrictas. En vez de eso, disponemos de trillones de elementos, no todos conectados entre sí, sin un controlador global, y aun así, funcionan juntos de forma coherente. Eso plantea una importante cuestión de diseño del sistema. La comunidad de la tecnología informática se encuentra con graves problemas a la hora de construir sistemas de gran escala, ya que es necesario mantener un alto grado de sincronización. Ésa es una de las principales preocupaciones en el diseño informático actual.

«Uno de nuestros proyectos es el de una retina artificial de silicona que tiende a escoger la información relevante de cada escena y la codifica»

La biología ha escogido una manera de resolver la integración muy diferente a la de los ordenadores convencionales. Éstos emplean la sincronización para avanzarse a lo que está pasando en el tiempo real. La biología no actúa así, sino que hace lo que puede en cada momento, y confía en que los otros componentes envíen a tiempo sus propias señales. Cualquier proceso local depende del hecho de que sus datos sean válidos para ese momento, cosa que no es viable en el caso de los ordenadores. Eso va totalmente en contra de nuestro planteamiento habitual, y la pregunta es: ¿podemos construir tecnología basándonos en ese funcionamiento?

Los resultados de uno sus proyectos actuales, el sensor dinámico de visión, han demostrado que sí que se puede, ¿no?

Sí, uno de nuestros proyectos es el de la retina regida por la acción, de Tobi Delbruck. Se trata de una retina artificial de silicona que funciona según principios generados en base a lo que pasa en cada momento. Las cámaras convencionales toman los datos que ven y los ponen en una pantalla. Pero la retina no funciona así, sino que tiende a escoger la información relevante de cada escena y la codifica de manera que no es inmediatamente reconocible como imagen, y eso lo hace de forma inmediata a cada momento. Tobi Delbruck ha conseguido precisamente eso: no hay frames, sino que el sensor detecta los puntos interesantes y los transmite en ese preciso instante.

¡Suena revolucionario!

Estoy seguro de que si echase un vistazo a la retina de Delbruck y observase lo que ella ve, se quedaría perpleja. No me cabe duda de que este mecanismo sensor tendrá un gran impacto en el procesamiento de la visión de los ordenadores actuales. Y por supuesto, de ser así, seguro que se traducirá en un crecimiento económico, si bien no asimilado y fabricado de inmediato. Probablemente no, pero por ahí se empieza. Primero surgen casos aislados, que acaban dando fruto de forma gradual.

¿El objetivo final de la neuroinformática es hacer que la tecnología funcione como el cerebro o que el cerebro funcione mejor gracias a la tecnología?

Esa pregunta tiene diferentes respuestas. Si hablamos de proporcionar ayudas para la rehabilitación de parapléjicos, por ejemplo, un objetivo sería cómo instruir a un brazo robótico para que siga la actividad cerebral de una persona. Pero déjeme hacer una apreciación más general: en este planeta no hay ninguna idea, ninguna frase, ninguna creación que no proceda directamente del cerebro humano. Como llevamos tiempo viviendo en este mundo tecnológico, tendemos a vernos como parte de él, como si hubiese un proceso que automáticamente estuviese produciendo toda esa tecnología, como si el mundo estuviese automatizado en cierta manera. ¡Y eso es mentira!

Lo cierto es que tras cada aspecto de la tecnología hay un cerebro humano atareado en programar u ordenar. Y la pregunta es: qué están haciendo esos cerebros, cómo generan esa creatividad, ese hacer las cosas factibles. Por supuesto, mucha gente tiene pensamientos que no son especialmente útiles, pero una parte sustancial de la humanidad está transformando ideas factibles en realidades factibles. ¿Cómo ocurre tal cosa? Ése es un interrogante fundamental en sí mismo, del que se desprenden todo tipo de implicaciones para poder producir algún día ese tipo de procesamiento de forma sintética, para construir un ordenador que sea realmente creativo.

Pasando a un terreno más social y político, cabe preguntarse cómo es posible que esos mismos cerebros sean capaces de aniquilar sus estructuras sociales y sus entornos: es de máxima urgencia que respondamos a esa cuestión. Si lo hacemos, quizá no encontraremos una solución de forma inmediata, pero como mínimo sabremos si es posible que nos sintamos satisfechos de maneras que no sean matándonos los unos a los otros, o acabando con los recursos para sentirnos mejor. Creo que ésta es una de las preocupaciones más graves de nuestra era.

¿Qué parte de nuestro cerebro hace que no paremos de avanzar, superando todas las barreras y los límites?

La respuesta corta a esa pregunta es que todavía no lo sabemos. Se trata de una cuestión profunda, porque estamos hablando de la motivación del cerebro, una cosa que los ordenadores no tienen. No tienen una motivación propia para desarrollarse a sí mismos.

Eso nos lleva al dilema entre subjetividad y objetividad. A pesar de que sabemos que tenemos a esa maquinaria trabajando por nosotros, sentimos en gran medida que nuestra visión del mundo es subjetiva. Si te miro, sé por la neurociencia que mi córtex visual no te está viendo realmente, sino que te ve de la manera en que yo te estoy apreciando. Se trata de una visión construida, en cierto modo. Los filósofos han intentando solucionarlo, con poco éxito, y los neurocientíficos tienden a esconderlo bajo la alfombra. En mi opinión, eso es un error. Es imprescindible descubrir cómo el tejido biológico, cuando computa, es capaz de generar un sentido de coherencia.

Si exploramos esta cuestión, comprenderemos cómo un grupo de células puede influenciar a otro para proporcionarle esa necesidad de dirigirse a un objetivo. Pero los objetivos provienen en parte de las sensaciones que uno tiene: conviene hacer ciertas cosas porque nos proporcionan una sensación general de bienestar. Ese tipo de fenómenos está todavía inexplicado, y necesitamos entenderlos desde el punto de vista técnico. Ahí encontraremos la respuesta, aunque quedará sin resolver la cuestión fundamental de por qué la biología inevitablemente tiende a actuar, de lo que nuestra necesidad de dirigirnos a un objetivo sería una expresión. Es fácil argumentar: «Es porque la biología quiere tener éxito desde el punto de vista de la reproducción y busca explorar los diferentes nichos». De acuerdo, pero tiene que haber una explicación física elemental que explique por qué, si juntas unos elementos químicos durante millones de años en un gran océano, no pasa nada, no pasa nada, no pasa nada, y de repente la biología empieza a descubrir cómo construir unos primeros organismos unicelulares, y luego pluricelulares, y más adelante surge ese estallido de habilidades. Va en contra de las leyes de la física clásicas, pero no estoy diciendo que sea magia: se trata de física pura y dura, aunque aplicada de un modo que todavía no acertamos a comprender.

Los humanos tenemos esa voluntad de querer hacer algo, escalar el Everest o navegar alrededor del mundo. Tenemos una necesidad de alcanzar la satisfacción, de superar barreras de cualquier modo. Lo podemos considerar «un fenómeno», pero yo, si quiero construir un robot que funcione bien, necesito comprender cómo tiene lugar ese proceso para trasladarlo a un paso real en el proceso de configuración de una máquina, en sus especificaciones de comportamiento. Ése es el tipo de cuestiones que los neuroinformáticos tratamos de resolver.

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