lunes, 11 de julio de 2011

Los límites de la inteligencia

¿Cuales con los límites de la inteligencia. ¿Limitan las leyes físicas la capacidad de nuestro cerebro de ser más inteligente?
Scientific American publica un interesante artículo que comienza, cómo no, refiriendo una comparación de Santiago Ramón y Cajal. Según el ilustre español, el cerebro de un insecto es como un reloj de pulsera mientras el de un mamífero parece el reloj de pared del abuelo. Y ello a pesar de que los insectos resuelven determinadas tareas, como los laberintos, tan bien como los mamíferos. Pero lo cierto es que los mamíferos somos más inteligentes, aunque ello conlleva algunos costes.
Un elefante tiene un cerebro millones de veces más grande que un insecto. Las señales nerviosas tienen un camino 100 veces más largo. Esto les lleva a ser más lentos, fiarse menos de los reflejos y realizar complejas planificaciones para cada paso que dan.
¿Y los humanos? Desde luego el canal del parto supone una seria limitación aunque un desarrollo aún más prolongado podría resolver este problema. Pero existen otros impedimentos. El tamaño del cerebro, el número neuronas, el número de conexiones o la velocidad a las que estas se disparan parecen haberse acercado a sus límites. Dicho de otra forma, una inteligencia basada en neuronas, como la humana, se rige por la ley de los resultados decrecientes: es necesaria mucha inversión para obtener una pequeña mejora en el rendimiento.
El tamaño del cerebro.
Una medida sencilla de realizar es la del tamaño del cerebro. Durante décadas han sido medidos los cerebros de miles de especies animales. Un cerebro más grande puede contener un número mayor de neuronas, una mayor complejidad y una mayor inteligencia. Sin embargo una vaca es apenas más inteligente que una rata. El motivo es que un cuerpo mayor obliga a destinar un mayor número de neuronas a controlar el cuerpo: superficie de la piel, mayores músculos, más sensores y eso no significa mayor inteligencia. Por ello lo importante es la relación entre el peso del cerebro y el peso corporal. Se ha calculado que, en los mamíferos, el peso del cerebro aumenta más despacio que el peso del cuerpo, en concreto en una relación de 3/4. Basada en esta medida se calculó el llamado cociente de encefalización que es la medida en que el peso del cerebro se desvía del cálculo que pronostica el peso corporal. El cociente humano es 7,5 (nuestro cerebro es 7,5 veces más grande de lo que sería esperable por nuestro peso corporal), el del delfín es 5,3, el de un mono es 4,8 y el de un buey es 0,5.
Aumentar el tamaño del cerebro puede comportar más inteligencia, pero a un precio muy elevado. El cerebro humano es un 2 % de nuestro peso pero consume un 20% de las calorías que comemos y en los recién nacidos la cifra llega hasta un 65%.
Un cerebro más grande cos serviría para ¿tener más neuronas? ¿más conexiones?
Conectividad
Según crece el cerebro, aparecen nuevos problemas como el número de neuronas, su conectividad y su tamaño.
Cuando el tamaño del cerebro aumenta, aumenta también el tamaño de las neuronas. Más tamaño del cerebro supone más neuronas que deben interconectarse y para ello el tamaño de cada una debe aumentar. Pero neuronas más grandes llevan a un empaquetamiento menos denso por lo que deben de estar más separadas entre sí lo que obliga a que los axones que las conectan sean más largos y ello hace que los tiempos de conexión sean más lentos. Para compensarlo es necesario que los axones sean más gruesos (un axón más grueso es más rápido).
Esto ha llevado a la creación de áreas funcionales donde un problema se resuelve en un espacio pequeño antes de que la respuesta viaje a sitios remotos del cerebro y reduce el flujo de información entre áreas.
Aumentar el tamaño del axón lleva a un gran incremento del consumo energético. A su vez una enrome parte del cerebro sería materia blanca (axones) en lugar de materia gris (cuerpos celulares)
De modo que hay que optimizar varios parámetros simultáneamente lo que no parece posible, cuando mejoras uno, empeoras el otro. Así, cuando aumenta el tamaño del cerebro, aumenta el tamaño de la neurona pero no lo suficiente para mantener la conectividad. Y también aumenta el grosor de los axones pero no lo bastante para mantener las demoras en la transmisión de la señal nerviosa.
La primacía de los primates
Menor densidad de neuronas en el área 10 en humanos (dcha) que en chimpancés (izqda) permite mayor número de conexiones
Sin embargo, los primates han sido capaces de aumentar el tamaño del cerebro y el número de neuronas y que estas aumenten poco su tamaño. Algunas son más grandes pero la mayoría no. Si un roedor tuviera los 100 mil millones de neuronas que tiene un humano, el peso de su cerebro sería de 45 kilos. Este denso empaquetamiento permite que aumente el número de neuronas corticales y se mantengan la velocidad de las conexiones.
Pero todo tiene un límite. El área 10 de Brodmann, situada en el lóbulo frontal, encima de los ojos, tiene relación con el pensamiento más abstracto y sofisticado. En este área, las neuronas humanas están más espaciadas que las del resto de los primates debido a que tienen más conexiones.
Diseño inteligente.
El cerebro humano sería más eficiente si los axones pudieran ser igual de rápidos siendo más delgados. Pero de nuevo el diseño parece haber llegado a sus límites. La unidad básica de generación eléctrica de los axones es el canal iónico. Estos son pequeñas proteínas que se abren y cierran permitiendo el paso de iones cargados eléctricamente entre el interior y el exterior de la neurona. Pero son tan pequeños que minúsculos cambios pueden hacer que se disparen. De hecho no son muy fiables y a veces parece que se disparan aleatoriamente. ¿Es un mal diseño? No, es de nuevo un compromiso. Si fueran más seguros serían más caros de mantener energéticamente y si fueran menos seguros producirían mucho "ruido", es decir, la señal global no sería fiable. Así que parece que un suficiente número de ellos mantiene la probabilidad global de disparo de la neurona, como si "votaran". Por lo tanto, al reducir el tamaño del axón y el número de canales, la neurona generaría mucho ruido y su comportamiento sería aleatorio. De nuevo parece que el tamaño de los axones se acerca a su límite físico.
 Este compromiso entre información, energía y ruido no es único en la biología. Los chips de los ordenadores sufren el mismo problema. Con una tecnología de 45 nanómetros, estamos acercándonos a los límites del átomo y cada nuevo procesador tiene más problemas de diseño, fiabilidad y calor.
Los diseñadores de transistores pueden cambiar por completo la tecnología para solucionar sus problemas. Pero la evolución no puede empezar desde cero. Los sistemas basados en neuronas parecen haber encontrado unos límites que ni la misma evolución puede superar.

6 comentarios:

  1. Un post tremendamente interesante. Enhorabuena.

    No tenía ni idea de que estábamos tocando techo.

    Un saludo.

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  2. Hola Santiago.
    Sospecho que los tiempos que maneja la evolución no nos permitirán a nosotros, los hoy vivos, ver personas mucho más inteligentes. Eso en el caso de que la cultura no esté parando la evolución.
    En relación al post, parece que el diseño kludge ha dado bastante de sí. Aunque creo que aún hay margen. Un poco de aquí, un poco de allí y se puede mejorar.
    Un devoto saludo a la máquina.

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  3. Me ha interesado el articulo, los limtes actuales,(al parecer) no son superables salvo culturalmente. Pero esta seria la misma opinion (si la hubiera reflexionado ) para el hombre de neanderthal. Supongo que una reorgaqnizacion del sistema sera la opcion natural para superarlo como evolucion. Tomemos como ejemplo el funcionamiento de un sistema por capas, racional, limbico.reptiliano funcionando como entrada salida del uno al otro. El racional es apenas una capa fina superpuesta.¿Podemos descartar acaso un sistema de cuatro niveles? Supongamos, por ejemplo una especializacion en la capacidad de intuicion sujeta al resto de capacides, racional,sentimental y reptiliana. O cualquier otra opcion que signifique una ventaja adaptativa .

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  4. Interesante planteamiento, Anónimo.
    La superación cultural es un hecho. La invención de la escritura supuso el comienzo de una nueva era. La imprenta y los ordenadores han permitido la acumulación y transmisión de conocimiento de una forma impensable. No sabemos que ocurrirá.
    El planteamiento biológico es más discutible. El artículo puede estar equivocado, pero incide en que hemos llegado a ciertos límites físicos. Las circunvoluciones cerebrales dan la idea de lo difícil que ha sido meter en el cráneo tanta neurona. La capa fina superpuesta de racionalidad no es nada fina, es muy gruesa y ocupa la mayor parte del cerebro (córtex). Quizá sigamos evolucionando, aunque nuestra corta vida mortal nos impedirá verlo, pero parece que los límites existen.
    Un saludo

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  5. Muy buen artículo!!
    El segundo gráfico es muy explicativo de la situación evolutiva.

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  6. Gracias nunes.
    Los límites de la inteligencia natural están más claros que los de la inteligencia artificial.
    Un saludo

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