Entrevista a José Antonio López García. Universidad, dolor e investigación en laboratorio

José Antonio López García es biólogo, doctor en psicología y profesor de fisiología de la Universidad de Alcalá de Henares. Es además entrañable amigo desde los tiempos del colegio. En esta entrevista habla sobre sus comienzos en Inglaterra y el estado de la universidad. Desmenuza el dolor y los mecanismos que lo producen. También nos muestra su laboratorio de investigación.

¿Cuándo crees tú que se simulará por completo el cerebro humano en un ordenador? Resultados de la encuesta

A la encuesta ¿cuándo crees tú que se simulará por completo el cerebro humano en un ordenador? habéis respondido 48 personas. Es un número importante. Gracias por vuestra participación

Resultados de la encuesta

El primer dato relevante es que el 31% responde que nunca será posible tal simulación y ello a pesar de que la encuesta se realiza en un blog de Neurociencia y Computación. Dado lo lejos que nos encontramos hoy de que esto ocurra, lo complejo del cerebro y lo mucho que aún ignoramos, es una respuesta completamente esperable y defendible.

Un 69% responde que sí es posible la simulación. De nuevo la un amplio número de encuestados se decantan por la respuesta más conservadora. Un 27% opina que será en un momento anterior a 2100. Lo que en la práctica supone que la mayoría de los lectores de este blog no lo verá. Si acumulamos esta respuesta a la anterior, obtenemos que el 58%, la mayoría, piensa que no veremos una simulación completa del cerebro, o porque esta no ocurrirá o porque será dentro de demasiado tiempo para verla.

De los restantes, un 23% piensa que será antes de 2030 y tan sólo un 19% se aventura a predecir que en menos de diez años veremos a un ordenador simulando por completo el cerebro.

¿Mi opinión? No es más autorizada que cualquiera de las 48 emitidas, pero creo que "debo mojarme" Necesitaremos un enorme avance en computación y, sobre todo, en conocimiento del cerebro que estimo que sí llegará. Esto me hace pensar que antes de 2030 habremos visto una simulación completa del cerebro y nuestros planteamientos serán muy distintos en muchos temas incluida la filosofía, la ética o la economía. Además del avance científico, tendremos que hacer un gran esfuerzo de pensamiento para estar preparados. Y confío que será para bien. Aunque por supuesto, es pura especulación.

Gracias de nuevo por participar.

La complejidad del cerebro y su simulación. Myers, Kurzweil y otros

Ray Kurzweil es el padre de la singularidad (el punto en el que las máquinas superarán la inteligencia humana), concepto de gran popularidad. Sus aseveraciones y predicciones son arriesgadas y han producido una gran polémica en especial en relación a la complejidad del cerebro y su posible simulación (ingeniería inversa que según él llegará en 2030). Recojo aquí citas del debate de Ray Kurzweil con el biólogo PZ Myers así como otras opiniones.

Myer

Por ingeniería inversa, quiere decir (Kurzweil) que vamos a ser capaces de escribir software que simule todas las funciones del cerebro humano

Tengo una muy buena idea de la inmensidad de lo que no entendemos acerca de cómo funciona el cerebro. Y si sólo entendemos una fracción de la funcionalidad del cerebro, eso hace que la ingeniería inversa sea extremadamente difícil.

Pronto se enredan en si la, aparentemente, poca complejidad del genoma ayuda en la compresión del cerebro

Kurzweil

El genoma humano tiene tres mil millones de pares de bases o seis mil millones de bits, que supone unos 800 millones de bytes antes de la compresión. Eliminando redundancias y aplicando compresión sin pérdidas la información se puede comprimir en unos 50 millones de bytes. Alrededor de la mitad de eso es el cerebro, lo que equivale a 25 millones de bytes, o un millón de líneas de código.

Myers

No es posible derivar el cerebro de las secuencias de proteínas en que se basa; las secuencias son insuficiente también porque la naturaleza de su expresión depende del medio ambiente y la historia de cientos de millones de células, cada una conectada de manera interdependiente.

Kurzweil

He mencionado el genoma en un contexto completamente diferente. He presentado una serie de argumentos de por qué el diseño del cerebro no es tan complejo como algunos teóricos han defendido. Esto es para responder a la idea de que se requeriría miles de millones de líneas de código para crear un sistema comparable. El argumento de la cantidad de información en el genoma es un argumentos entre otros. No es una estrategia propuesta para llevar a cabo la ingeniería inversa. Es un argumento de la teoría de la información, que Myers, obviamente, no entiende.

Steven Novella (autor de Neurologica Blog):

El conocimiento del genoma empezó despacio pero se aceleró. En algunas tecnologías (para usar figuras simbólicas) cada mejora de 1% es 10 veces más difícil que la mejora incremental anterior.

Sejnowski (profesor del Laboratorio de Neurobiología Computacional) coincide con la evaluación de Kurzweil que alrededor de un millón de líneas de código puede ser suficiente para simular el cerebro humano.

La conclusión es que el genoma no es el método para entender el cerebro y para hacer ingeniería inversa de él.

En relación a la complejidad del cerebro y a las posibilidades de simularlo.

Myers

Si se quejan de que he dicho que será imposible construir un ordenador con todas las capacidades del cerebro humano, o que estoy abogando por el dualismo, revisenlo. El cerebro es un ordenador, y yo estoy en la parte que dice que no hay problema en principio en replicarlo artificialmente.

La ingeniería inversa del cerebro humano tiene complejidades que son enormemente subestimadas por Kurzweil, que demuestra poco conocimiento de cómo funciona el cerebro.

Mo Costandi (autor del blog  Neurophilosophy) "La ingeniería inversa del cerebro humano probablemente en 2020, dice Ray Kurzweil" Yo digo: no en un millón de años

Dharmendra Modha (IBM):

Si las tendencias actuales continúan en supercomputación, parece que las simulaciones a escala humana será posible en un futuro no muy lejano.

Nótese que Modha habla de escala humana. Es decir, los ordenadores tendrían la capacidad (en 2018), lo que no significa que sepamos como hacerlo.

Henry Markham (Proyecto Blue Brain)

No es imposible construir un cerebro humano y nosotros podemos hacerlo en 10 años (dicho en 2009)

Kurzweil

Podemos aplicar estos métodos (los del cerebro) con otros sustratos distintos de los sistemas bioquímicos que envían mensajes a velocidades que son un millón de veces más lentos que el de la electrónica contemporánea. El objetivo de la ingeniería es potenciar y concentrar los poderes de los principios de operación que son comprendidos, al igual que hemos aprovechado el poder de el principio de Bernoulli para crear todo el mundo de la aviación.

Lo que yo diría es que mis críticos subestiman el poder del crecimiento exponencial de la tecnología de la información. Este avance exponencial se aplica a todos los aspectos de la ingeniería inversa del cerebro.

Myers

El problema es que él no ha proporcionado ninguna razón para especificar una fecha, que no sea su vago mantra de "crecimiento exponencial". ¿Por qué no decir, 5 años? ¿Por qué no 50? El corazón del método de Kurzweil es tomar simplemente una fecha lo suficientemente lejana para que no podamos predecir que ocurrirá con los avances tecnológicos, y también que no sea probable que se enfrente con su incumplimiento frente a personas que le recuerden lo que dijo.

Kurzweil

La corteza, una región que sólo los mamíferos tienen y que es responsable de nuestra capacidad de pensar simbólicamente y de la jerarquía de las ideas, también tiene redundancia masiva. Dispone de un módulo básico de reconocimiento de patrones que es considerablemente más complejo que el módulo repetido en el cerebelo, pero ese módulo cortical se repite unas mil millones de veces. También hay información en las interconexiones, pero tambien hay redundancia masiva en el patrón de conexión. 

Myers

Si desea recrear un cerebro humano genérico, no funcionará si usted hace todas las neuronas piramidales exactamente idénticas, tiene que haber diferencias espaciales y diferencias en la conectividad. No será capaz de llevar a cabo algo más concreto, como emular el cerebro de Ray Kurzweil, si usted decide simplificar y hacer su cortex una matriz uniforme de módulos idénticos.

Novella

No tenemos ni idea, por ejemplo, de cómo un patrón de conexiones neuronales equivale a una palabra específica, y se conecta con nuestro conocimiento de cómo decir la palabra, cómo se deletrea, lo que significa esa palabra en toda la complejidad, los recuerdos que la palabra utiliza, y su relación con otras palabras y partes de palabras. Pero lo más importante, realmente no sabemos todavía lo complejo es este problema, y así predecir cuánto tiempo se tardará en resolver el problema me parece una locura total.

Myers

1) Su argumento a favor de la simplicidad es profundamente erróneo e irrelevante, 2) no ha hecho ninguna alegación cuantificable de lo mucho que sabemos sobre el cerebro en este momento y yo sostengo que sólo hemos arañado la superficie en las últimas décadas de investigación, 3) "exponencial" no es una palabra mágica que resuelve todos los problemas (si pongo hoy un centavo en el banco no quiere decir que tendré un millón de dólares en el fondo de pensiones en 20 años), y 4) Kurzweil no ha proporcionado ninguna explicación de cómo va a ser la "ingeniería inversa" del cerebro humano.

Ray Kurzweil does not understand the brain
Ray Kurzweil Responds to “Ray Kurzweil does not understand the brain”
Kurzweil still doesn't understand the brain
Kurzweil vs Myer on Brain Complexity
Reverse-Engineering of Human Brain Likely by 2020

El cerebro coherente

El cerebro es un órgano que pretende ser coherente, mantener una coherencia interna, producir una respuesta conductual coherente, ser coherente con la realidad exterior.

El cerebro está compuesto de múltiples unidades de proceso (véase las tareas del cerebro). La coordinación entre ellas es fundamental. El cerebro pretende dar una imagen única de lo que ocurre en su interior, luchar contra el caos de los procesos independientes y distribuídos.

Esto ocurre en muy distintos planos del funcionamiento del cerebro.

Podemos modificar la decisión que toma un sujeto aplicando campos magnéticos. Dado que el proceso es secuencial, primero se decide y después se es consciente de la decisión. Cuando, a continuación de alterar la decisión del sujeto, este toma conciencia de la decisión, mantendrá que es una decisión propia, no influida. El cerebro no está preparado para admitir que la decisión ha sido externa. Y mantendrá la coherencia.

Naturalmente, la toma de decisiones es una ventaja evolutiva. El cerebro admite la discrepancia entre los distintos argumentos. Tomar la mejor decisión ayuda a sobrevivir. Sin embargo, una vez tomada la decisión, el peso de los argumentos cambia. Los contrarios se debilitan y los que soportan la decisión se afirman. El cerebro trata de ser coherente. Y mantendrá que la decisión tomada es la correcta a menos que los argumentos en contra supongan un peligro que obligue a reconsiderar la decisión. Es la teoría de la disonancia cognitiva de León Festinger.

La memoria fabula, rellena los detalles de los recuerdos para que sean coherentes. Los hechos que recordamos pretenden ser únicos, completos, sin fisuras. Recordamos con nitidez un lugar, una casa de la infancia. Estamos completamente convencidos de nuestro recuerdo. sin embargo, cuando años después la vemos, apenas la reconocemos. Nuestro recuerdo es muy distinto de la realidad. Aún así era un recuerdo vívido que considerábamos fiel. Existen múltiple experiencias mediante las cuales cambiamos (por la palabra y la sugestión) los recuerdos de una persona. Cada uno de esos recuerdos se vive como cierto. Esto es de gran importancia en los tribunales donde el recuerdo de los testigos es de importancia capital a la vez que poco fiable.

El cerebro es coherente en su manifestación más esencial, el yo. La experiencia del yo como sujeto autónomo, distinto del mundo, es vital. Soy yo, siempre yo, el mismo de siempre, quizá con algún cambio circunstancial, pero definitivamente el mismo yo desde que tengo recuerdos, y a la vez soy único y unitario. No hay otro yo, no hay dos yo. El resquebrajamiento del yo es el último estado de la patología mental y produce terror. 

El cerebro es una red de unidades de proceso que generan una experiencia única, un yo único, unos recuerdos únicos. El cerebro es coherente.

Establecimiento de la madurez del cerebro a través de las conexiones reveladas en el fMRI

Una prueba de fMRI  de cinco minutos puede revelar hasta dónde ha llegado el cerebro de un niño en su camino desde la infancia a la madurez y, potencialmente, arrojar luz sobre una serie de trastornos psicológicos y de desarrollo, según publica Science.

Es común hallar pruebas de escáner cerebrales cuyo resultado es normal en individuos con severos problemas. Normalmente se analizan los datos con una perspectiva estructural: qué forma tiene una u otra parte del cerebro. En el nuevo estudio se propone analizar las conexiones entre las distintas áreas cerebrales.

Según maduramos, las fibras que conectan unas partes con otras del cerebro cambian. Al principio hay una maraña de conexiones entre áreas próximas. Con el tiempo, estas conexiones se "podan" en gran medida y se refuerzan las conexiones entre áreas lejanas del cerebro.

Esto se ha averiguado realizando imágenes de resonancia magnética fMRI de cinco minutos en 238 sujetos normales de edades comprendidas entre los 7 y los 30 años. Se analizaron aproximadamente 13.000 conexiones cerebrales funcionales y se seleccionaron las 200 mejores para producir un índice único de madurez de cada sujeto. Los datos permitieron predecir si los sujetos eran niños o adultos, y crear una curva que refleja el desarrollo normal del cerebro. Se utilizó una técnica de análisis matemático llamada máquina de soporte de vectores. Se usa en muchos contextos de ciencia y economía y en Internet para predecir algo con alta especificidad y sensibilidad cuando se tiene una enorme cantidad de datos en lugar de una buena medición. La técnica usada en el escáner correlaciona los aumentos y disminuciones de flujo sanguíneo en las diferentes regiones cerebrales cuando el sujeto está en reposo para determinar cuáles trabajan juntas en redes cerebrales.

Este sistema permite establecer una curva de madurez (como el peso o la altura en los niños) y determinar si el cerebro de un niño se ha desarrollado como corresponde así como evaluar el riesgo para desarrollar alguna enfermedad. La ventaja adicional es que es una prueba pasiva en la que el sujeto no hace nada y no presenta el inconveniente de las activas en las que el rendimiento del sujeto puede verse alterado por múltiple causas.

Las tareas del cerebro

El cerebro está compuesto de múltiples unidades de proceso: cientos de miles de millones de neuronas, millones de columnas neocorticales y decenas de áreas cerebrales que actúan conjuntamente para realizar tareas. Cada tarea se puede descomponer en múltiples subtareas en un proceso sin fin. Las subtareas pueden además combinarse de nuevas formas para dar lugar a novedosos comportamientos que antes no existían.

La primera constatación de este hecho vino de mano de los test de inteligencia. Pronto Alfred Binet y sus colegas se dieron cuenta de que no existe una inteligencia. Así propusieron baterías de pruebas de inteligencia que medían razonamiento espacial, numérico, verbal...

El sentido común parece reforzar la tesis de las tareas del cerebro. Miles de componentes deben de realizar distintas tareas que combinadas den lugar a un comportamiento aparentemente uniforme. En su apoyo vienen los múltiples estudios de daños cerebrales. Daños en distintas áreas producen distintas alteraciones de comportamiento. Y así podemos seguir con la neuroimagen en la que distintas tareas activan distintas áreas cerebrales.

Lo anterior lleva plantearse el problema del lenguaje aplicado a los comportamientos. ¿Qué es ver, o pensar o sentir? Son unas tareas formadas por subtareas que a su vez se pueden dividir hasta atomizar por completo la conducta. Y aunque introduce una gran confusión no parece quedar más remedio que descomponer la conducta si queremos entenderla.

Un par de ejemplos ilustran la pertinencia del debate.

En "El juicio moral puede cambiar influido por imanes." se plantea que juzgamos moralmente a una persona en relación a sus intenciones. Si (mediante la TMS) inhibimos la parte del cerebro que evalúa las intenciones de esta persona, el juicio moral varía y sólo queda atender a las consecuencias del acto realizado.

En "La conciencia. Investigación experimental de Stanislas Dehaene" se pone en evidencia que un estímulo llega a la conciencia después de haber tenido un alto grado de procesamiento previo. Y aún los estudios de Benjamín Libet ponen de manifiesto que tomamos decisiones antes de que estas sean conscientes y que el experimentador puede conocer lo que ha elegido el sujeto antes que el sujeto mismo.

Red neuronal por defecto (DMN Default Mode Network)

¿Qué parte de nuestro cerebro está activa cuando, estando despiertos, no pensamos en nada concreto? La red neuronal por defecto (DMN).
El cerebro consume sólo un 5% menos cuando no estamos centrados en una tarea concreta. Esto evidencia que está muy activo aunque digamos que está en reposo.
Durante la actividad orientada a conseguir objetivos (tareas como calcular, hallar una solución, buscar una cara...) el cerebro activa las áreas concretas involucradas y la, así llamada, red orientada a tareas TPN (task positive network). Cuando dejamos vagar el pensamiento, estás áreas se desactivan y se activa la DMN también llamada TNN (task negative network). La red por defecto consiste en una oscilación neuronal coherente entre varias áreas cerebrales que según qué literatura se consulte incluyen parte del lóbulo temporal medial, del cortex medial prefrontal y del cortex parietal medial.

Las tareas típicas de este estado de ensoñación suelen ser introspectivas, no relacionadas con un estímulo exterior concreto, relativas al "yo", visualización del futuro o recuerdo del pasado.
Al parecer, la red por defecto, se altera en enfermedades como la de Alzheimer, el autismo y la esquizofrenia. También existe una dificultad para entrar o salir de ella en edades avanzadas.
Del mismo modo que el sueño ha dejado de considerarse inútil y es objeto del máximo estudio, la red neuronal por defecto, centra la atención de los investigadores y promete ofrecer una interesante perspectiva del funcionamiento del cerebro.