La Singularidad Desnuda

Un universo impredecible de pensamientos y cavilaciones sobre ciencia, tecnología y otros conundros

Caos, no linealidad, y espontaneidad en el comportamiento de los insectos

Posted by Carlos en mayo 19, 2007

La aleatoriedad es sólo una medida de nuestra ignorancia sobre
las causas que provocan un determinado evento.

Pierre Simon Laplace (1749-1827), matemático francés

Hace unos días Pjorge recuperaba una reseña sobre un libro de John Searle en el se que abordaba el tema de la consciencia humana. A raíz de esta reseña, hubo un interesante mini-debate en el hilo de comentarios sobre si la consciencia humana era una propiedad
algorítmica o no, y elaborando sobre este tema, una de las consideraciones que surgió hacía referencia a la posibilidad de que organismos anteriores a los humanos en la cadena evolutiva tuvieran un comportamiento modelable algorítmicamente. Es algo que parece razonable (al menos me lo pareció en primera instancia), pero que puede que no sea tan trivial de asumir. Precisamente, a través de MarkCC he llegado a un artículo que analiza cuestiones muy relacionadas con las anteriores consideraciones. Se trata concretamente de un trabajo de Alexander Maye y colaboradores, titulado

que acaba de ser publicado hace un par de días en PLoS ONE (revista de acceso abierto). En este trabajo se estudia el comportamiento de la mosca de la fruta -uno de los sujetos favoritos de experimentación por parte de los biólogos- y se intenta modelar el mismo. La idea básica que podemos tener sobre estos insectos es que son seres fundamentalmente reactivos: su comportamiento se describiría mediante una asociación entre estímulos y acciones. Sin embargo, una ligera inspección revela que éste no es el caso, ya que no siempre se responde al mismo estímulo con la misma acción. La solución inmediata es suponer que hay algún efecto aleatorio, algún tipo de ruido blanco que afecta a la toma de deciciones, tal como se ilustra en la figura inferior.

Sistema reactivo
Source: A. Maye et al., PLoS ONE 2(5): e443, 2007

¿Es este modelo realista? Eso es lo que se ha pretendido analizar en este trabajo. Para ello se ha considerado un enfoque experimental en el que se aísla a las moscas de estímulos externos (una especie de tanque de privación sensorial), y se analiza su trayectoria de vuelo. De manera más precisa, se examina la distribución temporal de los cambios de dirección. Dado que los estímulos externos están controlados, esta distribución proporciona información muy valiosa sobre los mecanismos que controlan la toma de decisiones.

Los resultados del análisis son sumamente interesantes. En primer lugar, se descarta que el mecanismo subyacente en el cerebro de la mosca sea una función determinista afectada por ruido blanco: la desviación de la distribución de intervalos entre cambios de dirección con respecto a una simulación de una distribución de Poisson es significativa. La distribución real exhibe además algunas propiedades llamativas tales como una cola larga, una de las características distintivas de las leyes de potencias:

p(l) \sim l^{-\mu}

Concretamente, podría tratarse de una distribución de Lévy, que exhibe un régimen de ley de potencias en el extremo de la distribución. Este tipo de distribuciones suele surgir de la interacción entre varios subsistemas no-lineares. Lo más común es que se trate de procesos estocásticos sin memoria en los que cada valor de la secuencia temporal depende únicamente del anterior. Esta explicación sigue sin ser del todo satisfactoria sin embargo. Si se supone que las secuencias son el resultado de un sistema no-linear con dinámica caótica, y se calcula la dimensión fractal del atractor, se encuentran diferencias significativas entre los modelos puramente aleatorios, y los datos experimentales.

La conclusión de los autores es que en el cerebro de las moscas hay lo que denominan un iniciador, un proceso determinista altamente no-lineal y muy complejo. Dada la sensibilidad a las condiciones iniciales (característica básica de los sistemas caóticos), este iniciador sería el responsable del comportamiento aparentemente espontáneo de la mosca. Se tiene constancia por otra parte de que este tipo de comportamiento es evolutivamente favorable, tanto desde el punto de vista de la exploración en busca de alimento, como por la presión selectiva que introduce durante el proceso de apareamiento.

Iniciador
Source: A. Maye et al., PLoS ONE 2(5): e443, 2007

Es sorprendente la extraordinaria complejidad subyacente al comportamiento aparentemente simple de una mosca. En relación al debate anterior sobre mente y calculabilidad, esta complejidad no supone en principio que exista ningún proceso no computable. Sí es interesante considerar que el hecho de que exista este extraordinario nivel de complejidad en este tipo de organismos pone de alguna manera el listón muy alto para lo que podemos encontrarnos más arriba en la cadena evolutiva. Por otra parte, la presencia de este tipo de iniciadores con extrema sensibilidad a las condiciones iniciales puede conducir a pensar (o al menos a no descartar) que incluso pequeñas desviaciones debidas a fenómenos cuánticos afecten de manera significativa al comportamiento emergente del organismo.

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8 comentarios to “Caos, no linealidad, y espontaneidad en el comportamiento de los insectos”

  1. Pérez Poch said

    Una observación.

    He leído el debate de Pjorge y dices:
    “E insisto en relación a la carga de la prueba: si la tesis de la IA fuerte es cierta, existe una prueba constructiva. Si es falsa, puede haber una refutación matemática o puede no haberla. Hay quien trabaja para alcanzar la prueba constructiva, y quien lo hace en encontrar la refutación, pero el único que tiene garantizado encontrar la solución de estar en lo cierto es el primero. Saludos”.

    Hay argumentaciones basadas en los teoremas de Gödel -del propio Gödel- que afirman precisamente lo contrario: no puede haber demostración constructiva de la IA fuerte que el sistema regido por la IA pueda considerar evidente. Otra cosa es que hablemos de evidencia experimental, basada en el test y cosas de ese tipo -digamos, de demostración construida, que no contructiva (basada en algun programa de aprendizaje que superase el test, etc)-. Pero ese programa que fuese modelo de la conciencia del que lo comprueba y comprobado por esa misma conciencia, ese, según Gödel, no puede existir.

    Lo traigo aqui a colación, aunque sea relevante para otros hilos.

  2. Carlos said

    En sentido estricto, lo que una IA fuerte no podría aceptar nunca como ciertas serían las especificaciones concretas con las que se creó, ya que eso le conduce inmediatamente a resultados tipo-Gödel (por supuesto, asumiendo que la IA es consistente, que ésa es otra historia). Ahora bien, su propia existencia es prueba constructiva. En otras palabras, si la IA es computable, existe al menos un algoritmo que la computa, y la construcción de uno de esos algoritmos es una tarea recursivamente enumerable. Saludos.

  3. Pérez Poch said

    ¿Qué es “existencia de IA fuerte”?

  4. Carlos said

    Bueno, entiendo que sabes lo que es la tesis de la IA fuerte, así que supongo que el sentido de la pregunta es cómo verificar la existencia de la IA fuerte. La verificación dependerá de quién la haga. Para un sistema consciente la existencia es una proposición auto-evidente. Para un observador externo no hay procedimiento sistemático para determinar si un algoritmo es consciente o no (Teorema de Rice), por lo que en general hay que recurrir a una caracterización operacional. Hay que hacer notar que la no-calculabilidad de la determinación de consciencia algorítmica parte de la suposición de que sí hay algoritmos conscientes (de lo contrario la cuestión es trivialmente falsa), y que no implica que dado un algoritmo consciente particular, éste no pueda ser identificado como tal.

  5. Pérez Poch said

    Bueno, preguntaba para asegurarme de que te habia entendido bien. Dado que la IA es una tesis, su “existencia” significará que ha sido demostrada; y si ha sido demostrada, lo ha sido para cualquier proceso de pensamiento -por eso es “fuerte”-. Lo que creo que se puede poner en duda es que sólo quien busque la demostración puede llegar a una garantia de que esté en lo cierto, pues esa demostración tendría que abarcar su propia demostración…

    No pretendo negar que pueda haber modelos computacionales de muchas actividades mentales, quizás de casí todas las relevantes para asuntos prácticos. Tampoco Gödel negaba que para demostrar la mayor parte de la matemática usada por los cientificos bastaba el sistema de Zermelo. Pero cuando se llega al punto de “fundamentar” todo el edificio, quedan dos opciones; o reconocer que esto es imposible, o transcender el sistema formal en que se expresa el edificio -y ahí es cuando Gödel empezaba a trepar por los ordinales, lo que para algunos será irse por las ramas-. Puesto que los programas son teoremas, la misma situación se repitiría con la inteligencia artificial fuerte, que debe dar cuenta del propio proceso por el que se llega a descubrirla…

    No creo que haya una ventaja de los fortalecedores de la inteligencia artificial frente a los debilitadores; incluso si fuera cierta, disponer de una demostración de su fuerza -no de una simple conjetura, de argumentos sobre su mayor verosimilutd respecto a los enfoques competidores, etc- podría exceder la capacidad de cualquier investigador.

  6. Pérez Poch said

    Pero vamos, cuando pueden hablar los mayores

    http://psyche.csse.monash.edu.au/v2/psyche-2-23-penrose.html

    los niños tenemos que callar.

  7. Carlos said

    Efectivamente, la existencia implica demostración por construcción, eso es a lo que me refería. La cuestión de la verificación formal es ciertamente problemática en la medida que se quieran demostrar cosas tales como la consistencia de la IA (en la medida que la IA englobe los axiomas y mecanismos de razonamiento del demostrador, y que ésta sea realmente consistente).

    Una cuestión central aquí es el problema de la equivalencia entre algoritmos. Es cierto que probar la equivalencia de dos algoritmos no es computable en general, pero puede serlo en particular. Por otra parte, no está claro que incluso si la consciencia es algorítmica, haya un único tipo/algoritmo, y que todos sean equivalentes. Sea como fuere, siempre está la caracterización operacional, que podrá dar un falso positivo pero que en cualquier caso proporciona un mecanismo práctico de verificación que abre la puerta a una prueba constructiva. Saludos.

  8. […] otro viene de La Singularidad Desnuda y se titula Caos, no linealidad, y espontaneidad en el comportamiento de los insectos: Es sorprendente la extraordinaria complejidad subyacente al comportamiento aparentemente simple […]

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