lunes, junio 23, 2008

Why an universe with life needs the Ockham Razor

Yesterday I found a very interesting weblog Apperceptual, about philosophy of science, evolution, algoritmic complexity and so on.

One of the post is about Ockham Razor and genetic algoritms for machine learning (Ockham versus Darwin). Eventually, I was writing something about the implications of darwinian evolution and the mathemathical simplicity of the world, that makes the Ockham razor so sucessful: Among two theories that explain the same phenomena, choose the simplest one

Why? Why the word has such bias? I think that I have an answer:

I´m interested both in machine learning trough genetic algoritms and in the reason why the reality appears to adopt the most simple mathematical law among the ones compatible whith the dat facts.

My conjecture link both aspects : By the anthropic principle and the multiverse hypotesis, It appears that the universe in which we live is the most simple possible because for biological organism to "learn" instictivelely trough variation and selectión (and , thus, to learn the world trough genetic algoritms), it is a requisite that the fitness landscape, the world, must obey simple, lineal and, smoth laws at the macroscopic scale most of the time for most of the environments.

A more complex universe may need much more time for life to evolve, and this time could be more that the life span of the entire universe.

Chaotic and non lineal phenomena must be marginal effects of underliying microscopic lineal laws that also describe the rest of the world. (for example a local turbulence of the water obey the same simple hidrodinamic laws that a laminar flow)

This conjecture simply says that, among the universes complex enough, the simplest ones are more probable to harbor complex life.

A more rigurous explanation in mathematical and phisical terms need to introduce the concept of fitness landscape


A fitness landscape (FL) is a N-dimensional surface, each coordinate contains one parameter that defines an living being. One parameter could be le length of the legs, another could be the mean intake of food of this animal and so on. The vertical axis is the fitness of this combination of parameters. Along the surface, certaing combinations of parameters produce more fitness that others.

The FL uses to be represented as a two dimensional surface, but the real FL includes all the relevant paramenters. Don´t get overhemled by the complexity of this. Just let´s mentally take two of the N paramenters (a projection on two axis). For every two arbitrary parameters, there must be a two dimensional surface like the one in the figure.


Natural selection by definition, try to find more optimal design starting from less optimal ones. By definition, the combination of animal parameters will describe, trough evolution time, generation to generation, a line in the fitness landscape that goes from less to more values of fitness.
This is a cross-cut, in the fitness landscape around a local maximum; To this maximum converges different lines of evolution trough natural selection, because more appropiate combinations of parameters gives more fitness, more offspring that continues the tendency to climb to te maximum. We see two of such lines in this crosscut.

It can be demonstrated that every small change in the parameter values towards tha optimum value must correspond with an increase of fitness for the evolution to progress towards the maximum. That is , the first derivative of the curve must be positive when ascending from the left side. There can be relatively big or small changes in fitness for a small change, but the fitness change must grow towards the maximum. otherwise, the evolution will stop at every local maximum it encounters (for example, A). Suboptimal mutations can move down from a local maximum A to the bottom of the valley so that the offspring of the apparently less adapted living being can start to climb towards a higuer maximum B than A. However, a landscape plagued with similar local maximums will make evolution towards higuer maximums very difficult.


The worst case is a random fitness landscape where peaks and valleys are close together. There is no defined direction of evolution in this case. Selection can not work.



The shape of the fitness landscape is closely related with the laws of phisics. For example, there is la lineal, non chaotic relationship between the lengt of the leg of anthelope and the maximum speed that he can achive with other parameters staying constant. This is because the laws of forces, both for lineal and circular movements are constants. The relation between force and acceleration, the relation bettween angular momentum and angular acceleration are expressed in simple lineal functions that are analitically continuous. Because this lineality, the muscular and nervous system must not be complex in order to control for more or less velocity. Simple systems are more easily "discoverable" by natural selection.


Moreover, as I said before, selection operates better with simple laws because non complex curves with a lot of local maximums impede a rapid progress towards higuer maximums. If , for example, laws of circular momentum were non lineal perhaps for legs of 25, 50 and 60 cm would have had local maximums. This would impede a rapid progress towards the global maximum of 1,30 m for example. Fractal or chaotic relationships betweeen phisical parameters would make evolution impossible, because the fitness landscape would be random. No life could evolve in such universe.



To sumarize:

-Complicated laws produce complicated phenomena

-In some cases, linear laws produce linear environments (with smooth fitness landscapes) where life can evolve.

These are the strong points in my argumentation.

it follows that we must live in a certain universe where macroscopic phenomena must obey smooth, continuous, and parsimonious laws for the fitness landscape to be that way; that is, to permit life.

It is our universe, the thing that has been selected for life, just because it is simple. Therefore we, living beings, succeed when we try to explain real phenomena through smooth, simple, continuous, and parsimonious laws with little assumptions (some of them, that does not work always). Our universe has the bias (at least withing the limits of sizes, energies and so on withing which life evolve). It is not by chance. Other universes have not such bias, but they are empty of observers. The so called kolmogorov complexity of the everyday world is a minimum.

My arguments advocate for continuity and simplicity applied to the phisical laws relevant for the living beings. This is not the case of the extreme small and the extreme big.(In this case the Ockham razor should not apply for these strange cases, according with my congecture).

For example if a world like ours to exist, it is necessary the quantization of energy, plus fermionic particles. Without these ingredients, atoms would inmediatelly collapse if the classical macroscopic laws were also valid for the subatomic scales. The only kind of matter existent would have been black holes!.
A quantization of energy in the microscopic world is necessary for the existence of the atoms, chemistry, organic chemistry and life.

it seems like our ordinary environment is an oasis of simplicity for which the more complicated laws of the very small and the very big conspirates to produce indeed.

viernes, junio 20, 2008

Compulsiones, rituales, y el humano afán de perfección

Michael S. Gazzaniga escribió acerca de diversas cuestiones de la mente hace ya unos años. Entre los objetos de su interés estaban las obsesiones y las compulsiones. Buscando algo parecido en otros animales a las últimas se han encontrado comportamientos rituales sumamente extraños. Sobre esto Gazzaniga escribe lo siguiente:

La conducta ritualista que es gran parte de la enfermedad, ha sido estudiada en animales. En un experimento, al animal se le obligaba a reaccionar a un estímulo, pero a intervalos largos e irregulares se le suministraba una descarga eléctrica. Este ambiente impredecible creaba extraños patrones de conducta: el animal adopta una serie de movimientos estereotipados en el intervalo entre una respuesta y la otra, como si este tipo de acción pudiera, de algún modo reducir la posibilidad de recibir una descarga. En pocas palabras, se decreta un comportamiento ritualístico que debe tener efectos enormemente reforzadores.

Uno observa una situación de indefensión e ignorancia. Se aprecia que el animal trata de evitar un peligro con las armas de las que dispone: en el caso en el que no sabe por dónde le viene ni cómo pararlo, son rituales tranquilizadores. Quizás la dinámica de contorsionar el cuerpo de una determinada manera o saltar, o cualquier otra cosa, le alivie, o le cree la sensación de estar dando respuesta al peligro, ya que permanecer quieto se revela del todo inútil. Los seres vivos están hechos para huir o enfrentar el peligro. Si este no tiene rostro se lo ponen. Si no hay respuesta se inventan una estereotipada. En ocasiones, ante un depredador, lo mejor es quedarse paralizado, porque el depredador puede llegar a no percibir lo que permanece quieto. Pero en general los peligros, que son movimiento hostil, no siempre intencionado (pensemos en un terremoto) se enfrentan con movimiento en el mismo sentido o en el contrario, con huida o lucha.

Los seres humanos somos más sofisticados, y parte de esa sofisticación se traduce en rituales más elaborados, de los que los rituales compulsivos son una muestra extrema. Desde los rituales encaminados a aplacar a los dioses y a las fuerzas de la naturaleza divinizadas en el animismo, pasando por los rituales guerreros antes de y durante la batalla, por los rituales de cortejo, de buenas maneras, etc etc. Muchos de ellos son fórmulas óptimas, depuradas con el paso del tiempo y el ensayo y error de múltiples individuos y grupos, para relacionarse en determinados ámbitos, auténticas reglas de juego con pleno sentido, con independencia de que lo capten enteramente o no los participantes. Otros rituales en cambio son alambicadas absurdeces, quizás survivals, residuo de un pasado en el que tuvieran sentido, quizás simplemente compulsiones sociales o individuales, movimiento repetitivo y recurrente, sucesión ordenada de actos encaminados al alivio del sufriente más que a evitar un peligro real.

Como decía antes uno observa en los animales que ritualizan una situación de indefensión e ignorancia. Esa misma en la situación en la que se encuentra el hombre cuando realiza muchos de sus rituales, al menos los que no tienen sentido “real” sino solo sentido como fuente de alivio y de sosiego. No debemos subestimar, sin embargo, la importancia de estos rituales desde el punto de vista psicológico. El caso extremo que señalaba, que se considera patológico, las auténticas compulsiones, nacidas de un afán de perfección desmedido e irreal, al final resulta ser más destructivo que positivo para quien lo realiza. Se llega a la nada dudosa conclusión de que la compulsión produce mayores males que alivios. No es solamente que carezca de sentido: es que daña severamente al compulsivo.

¿Cómo pudo evolucionar algo así, entre nosotros?. Las personas perfeccionistas pueden resultar cargantes, pero aportan bastante a la sociedad, por razones obvias. Una sociedad de perfeccionistas sería un desastre, probablemente, pero una sociedad con varios tipos humanos se puede beneficiar del aporte diferencial del tipo perfeccionista. El problema surge cuando el perfeccionismo es tan desmesurado (se produce algún bucle cerrado nefasto en algún circuito cerebral) que quien lo tiene no puede dejar de hacer cosas que la evidencia muestra que son erróneas, absurdas, y perjudiciales para quien las hace y para los que le rodean. Su obsesión por el control puede estar fuera de lugar. Si a esto se suma la indefensión y la ignorancia tenemos a un compulsivo. No es extraño que la mayoría de los casos de compulsiones, hoy, tengan que ver con la limpieza. Las bacterias producen indefensión, pues uno puede morir si entran en su organismo, y se ignora, por otra parte, dónde pueden estar y por qué vía pueden llegar a nosotros las patógenas. Existe un peligro real, si bien muy reducido, de recibir una bacteria mortal del ambiente. Pero el compulsivo lo convierte en un peligro de gran relevancia psicológica.

La caída en el tiempo

El cerebro se sitúa en la parte frontal de los organismos, en la punta de la flecha que estos constituyen, flecha lanzada como flecha del tiempo, que se proyecta en el ambiente, intencionalmente, para lograr objetivos múltiples asociados al objetivo último de la supervivencia. Así lo dice el neurocientífico colombiano Rodolfo Llinas, y, se puede apreciar, así es. En nuestro caso, dado que somos el animal vertical, el cerebro no está en la posición delantera, sino en línea con el resto del cuerpo. Al erguirnos mantuvimos el cerebro y sus sentidos en una posición privilegiada, y, por decirlo de alguna manera, física y metafórica, lo elevamos. También se dio en nosotros una proyección adelante, paralela al ascenso. Nuestro lóbulo frontal creció. Como dice Dean Falk en la entrevista que publicamos anteayer, era lo que se podía esperar en un cerebro homínido en crecimiento.

En el lóbulo frontal se asienta la función motora. De la articulación del habla al movimiento de los músculos de los brazos y las piernas. Su crecimiento supuso una ampliación de las denominadas regiones de asociación del córtex. Particularmente, creo yo, supuso una ampliación de las capacidades de percibir y manejar mentalmente el tiempo. Tiempo y movimiento son entidades indisolubles. Percibir y manejar mejor el movimiento supone percibir y manejar mejor el tiempo. El ser humano se convirtió, al desarrollar notablemente el lóbulo frontal, en un ser caído en el tiempo, como dijera Cioran. Ya no nos movíamos en el tiempo sin ser conscientes de ello, como el resto de los animales. De pronto percibíamos el tiempo, habíamos entrado en la cuarta dimensión, lo cual nos hacía conscientes. El lenguaje es una sucesión de palabras, símbolos. Las frases son concatenaciones ordenadas de imágenes mentales, movimiento organizador de piezas de significado. Cualquier animal puede construir una morada, por ejemplo, con una sucesión ordenada de movimientos. Mientras sus cerebros no entren en el tiempo no se proyectarán más allá de los instintos prefijados por los genes en su desarrollo. Su reloj biológico (entendiendo este en un sentido amplio, considerando los ritmos de la célula y el organismo como proyecto) marcará sus pasos. El movimiento carecerá de sentido. El sentido de las cosas se adquiere por el sentido en el espacio, y este por el tiempo percibido. Asimismo el tiempo se percibe cuando hay neuronas dedicadas en exclusiva a percibirlo.

Caer en el tiempo nos ha permitido apreciar nuestra caducidad de forma dolorosa. Nos permite también algo que contribuye a eludir dicha caducidad con mayor fortuna: proyectar a medio y largo plazo. Nos movemos en un espacio ampliado dentro de los 4 ejes del espacio-tiempo, a diferencia de otras especies, que están encerradas en un cubo tridimensional.

miércoles, junio 18, 2008

La evolución del cerebro (Entrevista a Dean Falk)

La evolución de nuestro cerebro es uno de los mayores misterios dentro de ese “misterio de los misterios” que representa el proceso evolutivo que va del instante antes del big bang a la mente humana. Existen varios hitos en los orígenes, hitos que han venido siendo explicados con mitos, hasta fechas muy recientes. Ahora la ciencia trata de ubicarlos con exactitud y saber cómo se produjeron, y por qué causas. Así tenemos el origen del cosmos, el nacimiento de la vida y el surgimiento de la consciencia. Todos ellos nos incumben muy directamente porque todos ellos dan razón de nuestra presencia aquí. Que ahora reflexionemos e investiguemos sobre nuestros orígenes es posible porque nuestro universo está hecho de la materia de la que está hecho, y no de otra ligeramente distinta, también porque las moléculas se juntaron para formar replicantes que evolucionaron y, desde luego, porque nuestro cerebro creció en tamaño en relación a nuestro cuerpo y estableció novedosas conexiones que hicieron posible una nueva y poderosa forma de comunicación simbólica.

Dean Falk lleva muchos años estudiando la evolución de ese órgano con el que percibimos y sentimos el mundo. Es un trabajo difícil, dado que al ser el cerebro una sustancia blanda, no deja restos útiles con los que trabajar. Es muy difícil encontrar un esqueleto completo. En general los paleoantropólogos encuentan mandíbulas, húmeros, falanges, dientes, pelvis...trozos óseos de un puzzle evolutivo que debe rehacerse trabajosamente, haciendo uso de las mejores herramientas técnicas y racionales, articulando hipótesis plausibles que deben ser sometidas a la contrastación tanto de los presentes como de los futuros hallazgos de campo.

Falk tiene una mente fértil para hipótesis certeras. Ha estudiado detenidamente los cráneos de homínidos y antropoides del pasado remoto, conjeturando cómo podría haber evolucionado nuestro cerebro y revelando ocultas evidencias. No por casualidad es una de las paleantropólogas más eminentes de nuestro tiempo, y sus ideas de las más influyentes.

Con exquisita amabilidad nos ha concedido una entrevista, que a continuación les ofrecemos.
Gracias a Memetic Warrior por currarse la traducción (el resultado está a la vista), además de formular las preguntas 11 y 12. Gracias asimismo a Michele Edmunds, del Laboratorio Fotográfico de la Universidad de South Florida, por las excelentes fotos de Dean que nos ha proporcionado (la imagen del molde endocraneal del hobbit, abajo, es de Kirk Smith, del Mallinckrodt Institute of Radiology).
En ingles:
1.- What evolutionary pressures do you think that motivated the evolution of a bigger brain size/body mass ratio?

Curiously, relative brain size increased in many lineages of mammals during the last 65 million years and, as the late Leonard Radinsky observed, the reason(s) for this remain an unresolved mystery. However, it has been shown that, to some degree, there is a statistical relationship between brain size and intelligence so it may simply be that increased intelligence was generally selected for during the Cenozoic. In any event, hominins carried this trend to an extreme by evolving brains that are (now), on average, three times the size predicted for primates with similar body sizes. As to the specific behaviors that drove the increase in brain size during our ancestors’ evolution, there have been many guesses. If I had to select one so-called ‘prime mover,’ it would be language because it is universally present and important among humans and other animals do not have it.

2.- In your opinion, what were the advantages, while evolving, of a bigger brain with more neocortex?

Our brains have exactly the amount of neocortex that one would predict for nonhuman primates with similarly-sized brains. I think that enlarged (and internally reorganized) brains conferred increased computational abilities that hominins put to use in a variety of ways – including linguistically.

3.- At what instant in the hominid evolution may possibly started the lateralization of brain functions and the development of the frontal lobule?

These trends had probably already begun by the time hominins split from the ancestors of chimpanzees (some 5-7 million years ago) because one sees whispers of them in living apes. Although it is a common misconception that humans have relatively enlarged frontal lobes, Katerina Semendeferi (U. of California, San Diego) and her colleagues have put this idea to rest. Rather than becoming differentially enlarged, hominin frontal lobes changed (became rewired) internally. From casts (endocasts) of the insides of fossilized braincases, we see signs of frontal lobe shape changes that were probably associated with internal rewiring in one group of hominins that lived between 2.5 and 3.2 million years ago (Australopithecus africanus, commonly called gracile australopithecines), but we do not know how much earlier these changes began.

4.- You advocate for a cause-effect relation between the need for brain cooling and a bigger brain. What paleo-anthropological evidences did you find in support for that?

Yes. Because brains are very heat-sensitive, vascular mechanisms for regulating brain temperature exist in different animals (including primates, snakes, and giraffes). When hominins became bipedal, their vascular systems were subjected to changed gravitational constraints that caused them to become re-plumbed. This happened in different ways in two major lineages of hominins, the robust australopithecines (Paranthropus), on the one hand, and gracile australopithecines and their Homo descendants, on the other. The evidence for this consists of impressions and holes left, respectively, on skulls by venous sinuses and tiny veins that pierce the cranium (emissary veins). Emissary veins in living people are part of an extensive vascular network that hypothetically (according to exercise physiologists) kicks-in to cool overheated brains during exercise. The fossil record shows that these veins increased in frequency as brain size increased in the gracile australopithecine-Homo lineage but did not evolve in Paranthropus (who had a different kind of vascular system that was not efficient at cooling brains). I have hypothesized that the network of emissary foramina was selected in conjunction with active life styles in open (sunny) savanna habitats and that it released a thermal constraint that had previously kept brain size in check (and continued to in Paranthropus). This is a mechanistic idea in which the cranial radiator (as the network was dubbed) was viewed as a ‘prime releaser’ that permitted brain size to be selected for in thermally-stressful habitats. Since this hypothesis was first published (1990), new evidence has come to light that supports it. In 1996, Wolfgang Zenker and Stefan Kubik demonstrated the anatomical basis for selective brain cooling (and, hence, the cranial radiator) in Homo sapiens. New evidence also suggests that Paranthropus avoided open arid regions and, instead, preferred the more wooded portion of the habitat mosaic (D.J. deRuiter et al., 2008). The radiator hypothesis does not address why larger brains were selected; rather, it addresses thermal adaptations that permitted their size to be targeted by natural selection.

5.- About language, what we know about its origin? What are your hypothesis?. Did other extinct human species speak?

The topic of language origins has been highly controversial since at least 1866, when the Linguistic Society of Paris famously banned papers on the subject, reasoning that they were too subjective and speculative to be taken seriously. Today, there are various opposing schools of thought. Some researchers believe that language evolved slowly from the calls of our primate ancestors; others (often linguists) think that it was a relatively recent phenomenon that occurred rather suddenly, perhaps in conjunction with certain genetic mutations. I’m among the first group. I think that the earliest seeds that eventually gave rise to language (and music) may have been mammalian contact calls between mothers and their lost infants. Contact calls took an unexpected twist when bipedalism was selected for in our ancestors. Because of anatomical constraints associated with walking on two legs, babies were born in increasingly helpless (less developed) states and could no longer cling autonomously to their mothers the way that ape infants do. Hominin moms therefore had to carry their infants in their arms and, at times, they had to put them down. Babies would not have liked being put down anymore than our infants do today, and I think their vocal responses and mothers’ shushing and cooing answers opened up a vocal channel that led, over a great deal of time, to lullabies, motherese, protolanguage, and language. It gets a lot more complicated, but this is the essence of my hypothesis. (I have a book on the subject that will appear in 2009: Finding Our Tongues: Mothers, Infants, and the Origins of Language, Basic Books.) Yes, I think that other hominins, such as Neanderthals, had language.


6.- What significance do you concede to the liberation of the hand by the upright position and, therefore, the use of tools in our cognitive development?

I now think that liberation of the hand was very important, not just for tool use but because hand representations in the brain were co-opted and rewired to facilitate ‘grasping’ of social communications, including language (see answer to question 12, below).

7.- When did you think that the "Self" emerged? When did we start to have conscience of ourselves as individuals?

Because apes recognized themselves in mirrors and behave in other ways that suggest they have some sense of self, hominins have probably always had some degree of self awareness. That said, I think the sense of self probably increased dramatically in conjunction with frontal lobe reorganization that entailed a differential increase in the front-most sector, known as Brodmann’s area 10. This subregion is the largest in the prefrontal cortex and is very large in people compared to apes. Its functions are multifaceted and remain somewhat mysterious. Part of BA 10 is important for prospection (imagining future scenarios). I think we see evidence for changes in this part of the brain in Australopithecus africanus, who lived from 3.2 to 2.5 million years ago. Again, we do not know when (before then) this region began to change.

8.- About the relationship between the biological and cultural evolution, and about the nature/nurture debate, what is your point of view?

Nature and nurture were/are both important for hominin evolution, and the cultural end of things seems to speed up the pace of change. To some degree, certain monkeys and apes have been shown to have culture.

9.- For the study of evidences of our remote past, what research method do you use currently?

I work with endocasts from the interior of skulls of extant and extinct primates that reproduce details of external neuroanatomy including vascular patterns and (with luck) sulcal and gyral patterns that characterize the cerebral convolutions, which may (in some cases) have functional implications. The volumes of braincases are also good proxies for brain size, and fossil skeletons permit us to estimate body weights and statures. I am privileged to have enjoyed a long collaboration with a wonderful group of scientists at Mallinckrodt Institute of Radiology in St. Louis (Washington University School of Medicine). We use medical imaging technology such as three-dimensional computed tomography (3DCT) to study brain evolution. Using these techniques, we are able to obtain and measure ‘virtual endocasts’ from cat scans of fossil hominin skulls. Currently, we are working on projects related to the new hominin species, Homo floresiensis (‘Hobbit’).

10.- What evolutionary pressures do you think that influenced the differentiation between masculine and femenine brain, both anatomically and functionally? How this differentiation produced differences In terms of behavior?

I think it all goes back to reproductive fitness. Natural selection operated differently on males who (unconsciously) sought/seek to maximize the number of their offspring by mating as widely as possible, and females who strive to produce a few high-quality offspring that will survive long enough to bear their own young. On average, men have brains adapted for navigating and general visual/spatial processing, whereas women are more verbal and generally better at intuitively understanding social communications including language. These are huge generalizations, of course, and there is enormous overlap in the cognitive abilities of the two sexes. Nevertheless, neuroanatomical and behavioral differences between males and females are documented by a large scientific literature and fit well with the hypothesis that men and women, like male and female species of other primates, have different ‘reproductive strategies’ for maximizing their genetic contributions to future generations. Bottom line: Men are capable of fathering huge numbers of offspring, but women can only have so many. This single fact caused the two sexes to adopt different unconscious reproductive strategies that are related to their neuroanatomical and associated behavioral differences.

11.- Do you expect great news from the ongoing work for the sequentiation of the Neanderthal genome? About that, what provisional conclusions may we extract about the Neanderthal language based on this work and others?

Although I am optimistic that the Neanderthal genome project will eventually produce meaningful results, I think that, so far, the mixed and sometimes contradictory results preclude concluding anything definitive about Neanderthal phylogeny or language. Neanderthals have been subjected to bad press ever since Marcellin Boule’s unkind (to say the least) description of La Chapelle-aux-Saints in 1908, and I think this bias continues to have an impact on how they are viewed today. Despite arguments that invoke FOXP2 genes or reconstructions of laryngeal anatomy, I believe that there is nothing in Neanderthal’s cultural achievements, brain size, or brain morphology (as far as one can tell from endocasts) that is inconsistent with their having had language.

12.- What is your opinion about the common areas in the brain that control hand gestures and mouth? Do you think that a little reconfiguration of this area permitted to go from gestural language with some proto-syntax to a true spoken language?

Because of the discovery of mirror neurons and results of various functional imaging studies (e.g., based on PET and fMRI), I now think that evolutionary ‘tinkering’ of hand representations was of major importance for the emergence and development of language. Animals explore and manipulate their environments with appendages such as trunks, snouts, and hands. Grasping hands, of course, are crucial for monkeys, apes and humans, and it is well known that hands evolved in hominins (e.g., our opposable thumbs). So, too, would have hand representations in the brain, and it is a good bet that Broca’s speech area and more medial areas involved with syntax were co-opted from hand representations. As a result, we hominins ‘grasp’ our worlds not just with hands but also using the vocal/auditory channel. As to gestural origins of language, I no longer believe that gestural and vocal communications were selected for in a particular sequence. Rather, the whole package (and let’s throw in prosody or tone-of-voice) was there (albeit in primitive forms) from the get-go. For a variety of reasons, I think that full-blown music and language evolved in lockstep with each other during millions of years as the musical and linguistic sides of the brain (right and left, respectively) enlarged, reorganized, and became better at processing complex sounds. Our ancestors would have been waving their hands and keeping time to the beat through the whole thing (as we still do).

13.- Who are we?

We are big-brained primates who are descended from terrestrial, territorial ancestors that had social organizations based on dominance hierarchies, especially among males. Alas, because of our combination of evolved cognition and territoriality, the future of our species appears tenuous.

En castellano:

1.- ¿Qué presiones evolutivas cree que pudieron propiciar el desarrollo de un cerebro más grande, en términos relativos al peso corporal?

Curiosamente, el tamaño del cerebro se incrementó en muchos linajes de mamíferos durante los últimos 65 millones de años, y, como observó el difunto Leonard Radinsky, la razón de esto sigue siendo un misterio. Sin embargo, se ha mostrado que, en cierto grado, hay una relación estadística entre el tamaño de cerebro y la inteligencia, de modo que tal vez sea simplemente que, en general, durante el Cenozoico se seleccionaba una mayor inteligencia. De cualquier forma, los homininos llevaron esta tendencia hasta el extremo desarrollando cerebros que son (hoy), como media, de tres veces el tamaño predicho para primates de parecido tamaño corporal. Con respecto al comportamiento específico que llevó a este incremento en tamaño de cerebro durante la evolución de nuestros ancestros, ha habido muchas tentativas de explicación. Si tuviese que elegir un, digamos, primer motor, sería el lenguaje, porque está universalmente presente y es universalmente importante entre los humanos, y otros animales no lo tienen.

2.- ¿Qué ventajas piensa que pudo proporcionarnos, según se iba desarrollando, un cerebro más grande y con más neocórtex?

Nuestros cerebros tienen exactamente la cantidad de neocórtex que alguien puede predecir para primates no humanos con similares tamaños de cerebro. Pienso que los cerebros más grandes e internamente reorganizados permitieron el incremento de habilidades computacionales que los homínidos utilizaron para muchas cosas, incluyendo el lenguaje.

3.- ¿En qué momento de la evolución de los homínidos comienzan a apreciarse lateralización de funciones y desarrollo del lóbulo frontal?


Esas tendencias habían comenzado probablemente en el tiempo en que los homínidos se separaron de los ancestros de los chimpancés (alrededor de hace 5-7 millones de años) porque uno ve indicios de ello en los primates actuales. Aunque es un error común creer que los humanos tenemos relativamente grandes los lóbulos frontales, Kateria Semndeferi (U. de California, San Diego) y sus colegas han puesto en duda esta idea. En vez de crecer diferenciadamente, los lóbulos frontales de los homínidos cambiaron (fueron re-cableados) internamente. De moldes (endomoldes) de la parte interior de calaveras fosilizadas, uno ve signos de cambios de la forma del lóbulo frontal que probablemente iban asociados con re-cableados internos en un grupo de homínidos que vivieron hace entre 2.5 y 3.2 millones de años.(Australopitecus Africanus, llamado comúnmente Australopiteco grácil) Pero no sabemos cuando esos cambios comenzaron.

4.- ¿Qué evidencias paleoantropológicas ha hallado que apuntan a sus ideas sobre la necesidad de un buen sistema de refrigeración en el cerebro para que este sea mayor?


Si. Debido a que los cerebros son muy sensitivos al calor, existen mecanismos vasculares para regular la temperatura del cerebro en diferentes animales (incluyendo primates, serpientes y jirafas). Cuando los homínidos se convirtieron en bípedos, su sistema vascular estuvo sometido a cambios en las condiciones grativacionales, lo que causó que éste se reorganizara. Esto aparece en distintas formas en dos líneas mayores de homínidos, el australopiteco robusto (Parantropo), por un lado y el australopiteco grácil y sus descendientes Homo, por el otro.

La evidencia de esto consiste en impresiones y agujeros dejados, respectivamente, en las calaveras por los senos venosos y pequeñas venas que atraviesan el cráneo (venas emisarias). Las venas emisarias, en la gente viva, son parte del sistema vascular general que hipotéticamente (de acuerdo con fisiólogos del ejercicio) intervienen en el enfriamiento de los cerebros sobrecalentados durante el ejercicio. El registro fósil muestra que esas venas incrementaban en frecuencia a medida que el tamaño del cerebro se incrementaba en la variedad grácil de australopiteco-Homo, pero no en los Parantropos (que tenían una variedad diferente de sistema vascular, que no era eficiente para enfriar cerebros).

Yo lancé la hipótesis de que esa red de emisores fue seleccionada en conjunción con la vida activa, expuesta al sol, en habitats de la Sabana abierta, y que liberaba de restricciones térmicas, que hasta ese momento mantenía los cerebros a un volumen limitado. (y así continuó en los parántropos). Esta es una idea mecanicista, en la cual el radiador craneal (así se llamó a esa red) fue vista como un liberador, que permitió al tamaño de cerebro ser seleccionado para habitats con estrés térmico. Desde que esa hipótesis fue publicada por primera vez, (1990), nuevas evidencias han venido a la luz que la dan soporte. En 1996, Wolfgang Zenker y Stefan Kubik demostraron las bases anatómicas para el enfriamiento selectivo del cerebro (y, por tanto, el radiador craneal) en Homo Sapiens. Nuevas evidencias también sugieren que el Parántropo evitaba las regiones abiertas y áridas, y en cambio, prefería las porciones mas arboladas del mosaico de hábitats (D. J. de Ruiter et al., 2008). La hipótesis del radiador no responde a al pregunta del por qué se seleccionaron cerebros mas grandes; solamente explica las adaptaciones térmicas que permitieron al cerebro ser mas grande por selección natural.

5.- ¿Qué se sabe del origen del lenguaje? ¿Cuáles son sus hipótesis al respecto? ¿Hablaban otras especies extintas emparentadas con la nuestra?


El asunto del origen del lenguaje ha sido altamente controvertido desde al menos 1866, desde que la Sociedad Lingüística de Paris famosamente descartó los artículos sobre el asunto, razonando que eran demasiado subjetivos y especulativos para ser tomados seriamente. Hoy, hay varias escuelas opuestas de pensamiento. Algunos investigadores creen que el lenguaje evolucionó lentamente desde las llamadas de nuestros ancestros primates; otros (a menudo lingüistas) piensan que fue una fenómeno relativamente reciente que ocurrió súbitamente en términos relativos, quizás en conjunción con ciertas mutaciones genéticas. Yo estoy entre los del primer grupo.

Creo que los primeras semillas que eventualmente dieron lugar al lenguaje (y la música) pueden ser las llamadas de contacto de los mamíferos entre madres y sus crías perdidas. Estas llamadas de contacto sufrieron un cambio inesperado cuando el bipedísmo fue seleccionado entre nuestros ancestros. Debido a restricciones anatómicas, asociadas con el caminar en dos piernas, los bebés ya no quisieron quedar en el suelo, como los niños ahora, y yo pienso que sus respuestas vocales y las respuestas tranquilizadoras de las madres abrieron nuevos canales vocales que llevaron, a lo largo de mucho tiempo a canciones de cuna, expresiones cariñosas con los niños, a un proto-lenguaje y finalmente, un lenguaje. Es mucho mas complicado, pero esa es, en esencia, mi hipótesis. (Tengo un libro sobre el asunto, que aparecerá en el 2009: Finding Our Tongues: Mothers, Infants, and the Origins of Language, Basic Books.) Si, pienso que otros homínidos como los Neandertales, tenían lenguaje.

6.- ¿Qué importancia concede a la liberación de la mano y a la subsiguiente manipulación de herramientas en nuestro desarrollo cognitivo?



Ahora pienso que la liberación de las manos fue muy importante, no solo para uso de las herramientas, sino porque las representaciones de la mano en el cerebro fueron co-optadas y re-cableadas para facilitar la comunicación social, incluyendo el lenguaje. (Ver la respuesta 12, más abajo).


7.- ¿Cuándo diría que surgió el "yo", cuando empezamos a ser conscientes de nosotros mismos como individuos? 


Debido a que los monos se reconocen en los espejos y se comportan de otras maneras que sugieren que tienen algún sentido de si mismos, los homínidos han tenidos probablemente siempre algún sentido de consciencia de si mismos. Dicho esto, pienso que el sentido de uno mismo probablemente se incrementó dramáticamente en conjunción con la reorganización del lóbulo frontal, que entrañaba un incremento diferencial en la parte más frontal, conocida como Área 10 de Brodmann. Esta subregión es la más grande en el cortex prefrontal y es muy grande en comparación con los primates. Sus funciones son múltiples y permanece como un misterio de alguna manera. Parte de A B 10 es importante para la prospección (la imaginación de escenarios futuros). Pienso que vemos evidencia de cambios en esta parte del cerebro en Australopitecus Africanus, que vivió hace de 2.3 al 2.5 millones de años. De nuevo, no conocemos cuando esta región comenzó a cambiar.


8.- ¿Cual es su punto de vista sobre la relación entre evolución biológica y cultural, así cómo en el debate naturaleza/crianza?


Lo congénito y lo adquirido fueron y son importes para la evolución de los homínidos, y la parte cultural del asunto parece que acelera el ritmo de cambios. En cierto grado, se ha visto que ciertos monos tienen cultura.


9.- ¿Qué métodos utiliza en la actualidad para estudiar los restos del pasado remoto?


Trabajo con moldes internos de las calaveras de primates existentes y extintos que reproducen detalles de la neuroanatomía externa, incluyendo patrones vasculares y (con suerte) los patrones de surcos y giros que caracterizan las circunvoluciones cerebrales, que pueden (en algunos casos) tener implicaciones funcionales. Los volúmenes de las carcasas cerebrales son también buenas aproximaciones del tamaño del cerebro, y los esqueletos fósiles permiten estimar el peso del cuerpo y su estatura. Me siento privilegiada de haber disfrutado de una larga colaboración con un grupo maravillosos de científicos en el Mallinckrodt Institute of Radiology en St. Louis (Washington University School of Medicine), Usamos tecnología de imágenes médicas, como tomografía 3D computerizada (2DCT) para estudiar la evolución del cerebro. Usando esas técnicas, somos capaces de obtener y medir "moldes virtuales" de escáneres de gatos y calaveras de homínidos. Actualmente, estamos trabajando en proyectos relacionados con nuevas especies de homínidos, Homo floresiensis ("Hobbit").


10.- ¿Qué circunstancias cree que propiciaron las diferencias anatómicas y funcionales entre los cerebros masculinos y femeninos? ¿Cómo se refleja esto en terminus de conducta?

Creo que tiene que ver enteramente con la eficiencia reproductiva. La selección natural operaba de forma diferente en machos, que (inconscientemente) tienden a maximizar el numero de su descendencia por el medio de aparearse lo mas ampliamente posible, y las hembras, que intentan producir unos pocos descendientes de alta calidad, que sobrevivan lo suficiente como para generar su propia descendencia. De media, los hombres tienen cerebros adaptados para navegar y para el procesado visual/espacial general, mientras que las mujeres son más verbales y genialmente mejores a la hora de entender la comunicación social intuitivamente, incluyendo el lenguaje. Estas son grandes generalizaciones, por supuesto, y hay mucho solapamiento en las habilidades cognitivas en los dos sexos. No obstante, las diferencias neuroanatómicas y funcionales entre hombres y mujeres están documentadas por una literatura científica extensa, y encajan bien con la hipótesis de que hombres y mujeres, como los machos y la hembras de otros primates, tienen diferentes estrategias reproductivas, para maximizar sus contribución genética a las futuras generaciones. En pocas palabras, los hombres son capaces de ser padres de una cantidad enorme de descendencia, pero las mujeres solo pueden tener unos pocos. Este simple hecho causó que los dos sexos inconscientemente adoptaran diferentes estrategias reproductivas que están relacionadas con sus diferencias neuroanatómicas y de comportamiento.

11.- ¿Espera grandes noticias de la labor en curso para la secuenciación del genoma del hombre de Neandertal? ¿Qué conclusiones provisionales podemos extraer sobre el lenguaje del hombre de Neandertal basándonos en este y otros trabajos?

Aunque soy optimista acerca de que el proyecto del genoma del Neardental producirá resultados, pienso que, hasta el momento, los confusos y a veces contradictorios resultados impiden concluir nade definitivo acerca de la filogenia o lenguaje del Neandertal. Los Neandertales ha sido objeto de mala prensa desde la burda (por decirlo suavemente) descripción de Marcellin Boulé de la Chapelle-aux-Saints en 1908, y pienso que este prejuicio continua teniendo un impacto en cómo son vistos hoy en día. Aparte de los argumentos que invocan genes FOXP2 o reconstrucciones de la anatomía de la laringe, pienso que no hay nada en los logros culturales, el tamaño del cerebro, o la morfología del cerebro (en lo que tiene que ver con los moldes cerebrales) del Neardental que sea inconsistente con haber tenido lenguaje.

12.- ¿Cuál es su opinión sobre las áreas cerebrales comunes que controlan los gestos de la mano y la boca en el desarrollo del lenguaje? ¿Cree usted que una pequeña reconfiguración en esa zona permitió pasar de un idioma gestual con alguna proto-sintaxis a un verdadero lenguaje hablado?

Debido al descubrimiento de neuronas espejo y los resultados de varios estudios de imágenes (por ejemplo basadas en PET u fMRI), ahora pienso que los "retoques" evolutivos de las representaciones (cerebrales) de las manos fueron de mayor importancia para la emergencia y desarrollo del lenguaje. Los animales exploran y manipulan sus entornos con apéndices como trompas, hocicos y manos. Las manos prensiles, por supuesto, son cruciales para los monos, primates y humanos, y es bien conocido que las manos evolucionaron en los homínidos (por ejemplo, nuestro pulgar opuesto). Luego, también, teníamos representaciones de las manos en el cerebro, y es lógico pensar que el área del habla de Broca y áreas mas medias relacionadas con la sintaxis fueran co-optadas a partir de las representaciones de las manos. Como resultado, nosotros los homínidos expresamos nuestras palabras no solo con las manos sino también usando el canal voz/oído. Con respecto al origen gestual del lenguaje, ya no creo que el lenguaje gestual y vocal fueran seleccionados en una secuencia particular. Por el contrario, el sistema completo, (Y quitemos de esto la prosodia o el tono de voz) estaba ahí desde el comienzo. Por una variedad de razones, pienso que la auténtica música y el lenguaje evolucionaron conjuntamente durante millones de años a medida que las partes musicales y lingüísticas del cerebro (derecho e izquierdo, respectivamente) aumentaron, se reorganizaron, y fueron mejores en el procesado de sonidos complejos. Nuestros ancestros debían haber agitado sus manos en sincronía con el ritmo de todo ese proceso (y todavía lo hacemos).

13.- ¿Quiénes somos?

Somos primates con grandes cerebros que descendemos de ancestros territoriales y terrestres que tenían organizaciones sociales basadas en jerarquías de dominancia, especialmente entre los hombres. Por desgracia, debido a nuestra combinación de cognición evolucionada y territorialidad, el futuro de nuestra especie parece brumoso.

También publicado en Desde el Exilio.

martes, junio 17, 2008

Evolutionary design of the human face

In a previous post in Spanish, I conjectured that a great deal of the human face traits are protections against another human adaptation: the capacity to strike with the free hands. In male-male competition and in war, the face protections would have been a very important evolutionary pressure, where intersexual aggression may also have been present.

The chin, the cheekbones, the low and prominent eyebrows seem to be designed to protect sensible areas of the face. Our teeth are protected within the prominences in the lower jaw, the chin and the cheekbones. The eyes are protected also by a strong reaction that produces accumulation of blood around the eyes, like blood airbags. The entire face tends to inflate itself in response to strokes. This reaction is also particularly intense around the brain. These traits I don´t know if are present in other primates. I guess not. Male faces have such defensive traits more prominent, as is expected from the agressive nature of males.

What I found recently is that the nose also responds to two different adaptive pressures. one of which is the protection. No ape has sus protuberances as the human nose. It is also possible that it is a protection against strokes. The protuberance protects the eyes. together with the chin they also protect the teeth. The cartilage, at the end of the nose is a natural shock absorber. The hard bone of the nose is the hard protection when the stroke is too close to the eyes. The apes have not such protection because they do not launch strokes ones against others like men. In the ape skull it is visible the lack of protection of the teeth; there is no chin and no lateral protuberances in the ape´s jaws. No protective noose too.

The other evolutionary pressure that is responsible fo the shape of the nose is the need of a wide angle of stereoscopic vision. If the nose were more prominent or more wide, the stereoscopic vision would be not possible when looking towards one side or the other. The part of the nose the less prominent is at the heigth of the eyes;
From the front to the nose tip, very often there are a concavity at the height of the eyes. This seems to be designed to permit lateral stereoscopic visibility. Men often have more priminent nose bones and sometimes this concavity is more evident. the nose bone prologates itself from this point below, where the interference with vision is less critical. The prominent front and nose of very masculine men are effective protections against strokes and projectiles. This is in agreement with the differential defensive needs of men and women and the defensive nature of the nose. It may be possible that the stereoscopic vision at the sides would be more important in men than in women, so this concavity has further reasons to exist in men. The stereoscopic lateral vision could help to avoid projectiles and strokes at the last moment.

In the other side, the cheekbones, being protections, have ticker dermis that the rest of the face , this happens also at the chin and around the teeth in the sides. The protective nature of this dermis match with some facts. for example, the fact that the cortisone, a stress hormone, which is supposed to prepare the body for dangerous situation, produces the increase of the dermis tickness (trough water acumulation) in these areas.

Another phisiological evidence are the bumps in the head, that are fast reactions to relative small hits. They act as liquid "airbags" thar protect the head from further shocks. All of this points to a specific selection in humans, specially males, against shocks in the head.

Psicopatía: una Estrategia Evolutivamente Estable

La psicopatía es difícil de detectar de forma concluyente. Tal es así que algunos ignorantes osados se atreven a sugerir que no existe. Pero como decía Robert Hare, experto en esta forma de ser y comportarse (la denominación de “enfermedad” resulta inapropiada), en una entrevista que le hacía Eduardo Punset, esta no consiste en un daño cerebral, en una diferencia anatómica, sino en algo fisiológico, en una diferencia funcional. El cerebro del psicópata no es un cerebro enfermo: funciona de otra manera.

No obstante lo dicho habría que precisar algo: con toda seguridad hay diferencias estructurales entre el cerebro de un psicópata y el de una persona “normal”, pero estas diferencias no se aprecian con las actuales técnicas de neuroimagen ni en las autopsias. Serían diferencias en cómo las neuronas se conectan en determinadas áreas, y en cosas tales como el número de algunos neurotransmisores en esas regiones críticas. El lóbulo frontal en su conexión con el sistema límbico parece el lugar obvio para buscar estas divergencias de ultraestructura (es decir, de estructura celular y molecular, de anatomía fina del cerebro), puesto que en ese área se asienta, parece ser, la actividad cerebral que hace que nos pongamos en el lugar del otro emocionalmente hablando, es decir, que nos compadezcamos y sonriamos socialmente, y que emitamos juicios morales no puramente lingüísticos, sino sentidos. El psicópata razona verbalmente tan bien como cualquier otra persona. Puede, asimismo, ponerse en el lugar del otro en abstracto, pero sin experimentar emoción alguna. Es un buen mentiroso y, en lo que mejor finge, es en sus sentimientos, poniéndose máscaras emocionales si es preciso para obtener lo que busca. Su mimetismo de la emoción y del sentimiento será puramente gestual y verbal, no despertará en él emoción ni sentimiento alguno que se refiera a lo que emociona o produce sentimientos en los demás. Mimetizará pues solamente la superficie, lo cual, para él, igual que para nosotros, será un medio, si bien su fin será otro, y será plenamente consciente de él. Ningún registro fisiológico (que captan la fisiología de las emociones) podrá detectar su mentira.

Hare considera que el psicópata ni nace ni se hace, pero esto quizás se deba a que no se atreve –ante sí mismo y ante lo políticamente correcto- a llegar a la conclusión obvia: el psicópata, al margen de los activadores ambientales de su conducta destructiva, nace. Es más, en mi opinión la psicopatía es mucho más que un comportamiento poco social: se trata de una estrategia cognitiva que a lo largo de la evolución del hombre, primate social, se ha revelado exitosa, en un determinado grado. La psicopatía es una estrategia evolutivamente estable y el psicópata nace -porque puede.

La vieja distinción que hacen los evolucionistas amantes de la teoría de juegos entre halcones y palomas se queda corta, en este caso. El psicópata tiene una herramienta mucho más poderosa que los rituales de lucha y huída y el simple ensayo prueba y error. Puede fingir, puede pasar por paloma, puede comportarse en unos contextos como paloma y en otros como halcón, a conveniencia, puede pensar en el futuro y proyectar a largo plazo. Dispone de un lóbulo frontal funcional, si bien desconectado en algún punto de las emociones, privado con ello de las “necesarias” emociones sociales.

Las emociones sociales son necesarias, digo, pero lo son para el grupo. Estas emociones son la fuente de la concordia y el altruismo. Pero si una sola persona carece de ellas y consigue que los demás le acepten fingiéndola a conveniencia, saldrá beneficiada. Cuanto más impersonal es una sociedad tantas más posibilidades tiene de prosperar un psicópata. De las múltiples interacciones que tenemos a diario en nuestras sociedades desarrolladas no estamos en condiciones de valorar en profundidad las emociones de cada interviniente. En el juego social se requiere un contacto prolongado y profundo. Obviamente los psicópatas no podrán tener un gran éxito en una relación de pareja o de amistad duraderas, pero no las necesitan. Pueden fingir el tiempo que haga falta para sus fines inmediatos, y su verdadera cara emocional, que no es otra que ninguna, se terminará viendo, pero demasiado tarde.

En ámbitos de lucha despiadada un psicópata será un “buen elemento”. Como soldado en la guerra o como político en la paz puede obtener buenos resultados. Como trepa en el mundo de la empresa también. Puede destruir muchas vidas, y amargar siquiera temporalmente otras tantas, pero la sociedad en su conjunto no se resiente, ni tiene además capacidad para exterminar ese parásito perverso.

Se estima –eso dice Hare- que hay un 1% de psicópatas en EEUU. Más de 2 millones. Esto concuerda con una EEE. Un porcentaje bajo, sí, pero siempre presente.

Mirando a cada uno de los sexos no es difícil de imaginar cómo la psicopatía podría haber dejado descendencia. De los hombres se ha esperado siempre mayor fuerza no sólo física, sino emocional. Ser capaz de contener las emociones se ha considerado siempre algo deseable en los machos de nuestra especie. En períodos de guerra –que básicamente han sido todos los que nos han precedido, siendo la paz un bien escaso, asociado a la prosperidad- la predisposición a la violencia y la falta de escrúpulos tenían necesariamente que conllevar éxito social.

En cuanto a las mujeres, siempre que fuera asociada a la belleza, una frialdad interesada parecía incluso razonable, en un contexto de “guerra de los sexos” en el que los machos buscan y mujeres reclaman recursos.

No sería la misma estrategia cognitiva la de un hombre que la de una mujer psicópatas, de la misma forma que no son la misma estrategia cognitiva la de un hombre y una mujer que no lo son, que padecen esa necesaria “enfermedad” social que son los sentimientos morales.

lunes, junio 16, 2008

La Consciencia (Entrevista a David J. Chalmers)

El abordaje científico de nuestras funciones psíquicas superiores es cosa muy reciente. Durante mucho tiempo se consideró, o bien que los sentimientos pensamientos y vivencias subjetivas de los seres humanos eran demasiado elevados para ser investigados, siquiera tocados, por la ciencia, como consideraban los dualistas, bien que no podía hacerse buena ciencia con ellos, por ser demasiado etéreos, como consideraban los psicólogos conductistas, que solamente atendían a la conducta.

El estudio del alma, en todas sus manifestaciones, era cosa de la filosofía, y, en muchos casos, dentro de esta, de la metafísica. Pero el desarrollo de las neurociencias, en particular, el poder observar un cerebro vivo, en acción, a través del cráneo, gracias a las nuevas técnicas de neuroimagen funcional que empezaron a usarse en los 80 (que posibilitaron experimentar con sujetos voluntarios las zonas del cerebro que se activaban con diversos estímulos externos e ideas y pensamientos sugeridos), cambió el panorama.

Hasta ahora no se ha localizado lugar alguno en el cerebro que pueda considerarse la sede de la consciencia. Los científicos que estudian este “fenómeno” o “epifenómeno”, que buscan el correlato neuronal del mismo, creen, cada vez más, que este se articula en redes cambiantes. Los qualia, o vivencias subjetivas, se producirían con la activación simultánea de neuronas en las zonas de asociación del cerebro.

Muchos son los científicos y pensadores que reflexionan y experimentan hoy con la consciencia. Entre ellos algunos no precisamente irrelevantes. Dos Premios Nobel como Francis Crick y Gerald Edelman se embarcaron a finales del siglo pasado en esta apasionante aventura científica. Crick, ya fallecido, dejó su legado a su colaborador Christof Koch, que ahora estudia célula a célula, en pacientes vivos, la experiencia consciente. Edelman ha propuesto, junto con su colaborador Giulio Tononi, un modelo de consciencia en red. Aquí y aquí podemos ponernos al corriente de la actualidad en este campo.

La neurociencia avanza a gran velocidad, y los científicos más reduccionistas confían en que pronto podrá explicarse la consciencia de forma completa. Sin embargo un filósofo australiano, bastante informado e interesado en el asunto, saltó a la palestra del mundo de la ciencia para poner un “pero”. La neurociencia, en su “búsqueda científica del alma”, se enfrentaba a dos problemas: uno, que podría considerarse el “problema fácil”, era localizar en el cerebro determinadas funciones, y encontrar explicaciones plausible sobre cómo funciona la mente. El otro, el “problema duro”, no sería tan sencillo de resolver. Consistiría este en explicar los qualia, en hacer comprensible que un grupo de células nerviosas en red, activándose de una determinada forma, den origen a la experiencia consciente.

Este filósofo, David J. Chalmers, continúa su actividad docente e investigadora, sus estudios y reflexiones sobre la consciencia en su tierra, tras haber trabajado durante bastantes años en EEUU. En su libro “La Mente Consciente”, traducido al castellano para la Editorial Gedisa, expone sus ideas sobre la consciencia. Podemos encontrar asimismo, en Scientific American, el artículo en el que planteaba al mundo el problema duro y, si le damos al inglés, pasearnos por su blog.

David ha tenido la cortesía de respondernos algunas preguntas. Gracias a él y a Marzo por traducirlo todo de uno a otro idioma.


En Inglés:

1) What is consciousness? (trick question).
Consciousness is subjective experience. A creature is conscious when there is som deething it is like to be that creature.


2) It may be assumed that consciousness is a unitary process. Would people with a divided brain, or with split personalities, have two or more consciences?

In principle, I don't see why there couldn't be more than one consciousness in a given head. But I don't think that split brains or split personalities" yield such cases. Rather, one conscious being, with multiple conscious states, some of which are not accessible to each other.


3) If all knowledge is grounded on experience, and experience is grounded on consciousness, is a true knowledge possible while consciousness is not understood? Moreover, "external reality" being that which we consciously perceive of it, won't we always remain in doubt about its actuality? Can we think of a solipsistic creation, of a Matrix, of a last redoubt for faith?
I think you can use a telescope to gain knowledge even if you don't know how it works. Same for consciousness. Of course once we know how consciousness works, then we will know more. I don't think we will ever prove that the external world is just as we think it is. We can't rule out that we are in a Matrix. But I think that even if we are in a Matrix, a lot of what we believe about the world is still true.


4) Is the problem of consciousness, today, a metaphysical problem?

One part of the problem is a metaphysical problem: how does consciousness fit into the ultimate nature of reality? But the problem is also a scientific problem, an epistemological problem, and many other sorts of problem.


5) Nagel has wondered what is it like to be a bat. Consciousness will presumably have different levels and forms depending on the senses used to perceive the outside world, as well as the structure, size and function of the brain; ultimately, on what each species is adapted to. Do you think that there is much interspecies variability in conscious experience? How important do you think language is in our species' consciousness? Does being social make us more aware? Could there be animals that are pure automatons, a la Descartes? What can be said about the evolution of consciousness? What about its ontogeny?

I think that consciousness exists in many different organisms, even quite simple organisms, though it is hard to know for sure. But certainly consciousness will differ greatly among these organisms. The more complex the creature, the more complex the consciousness. Simple sensory and affective consciousness may be very common in the animal kingdom. But complex things such as self-consciousness and conceptual consciousness may be limited to humans and perhaps a few other species.

Language certainly makes a big difference. It allows us to acquire all sorts of concepts and categories, which then make a big difference to how we experience the world. And through social interaction with a community around us, it allows us to build a huge reservoir of knowledge that moulds our consciousness is complex ways.


6) I would say that consciousness, like every biological phenomenon, emerged through natural selection in evolution. This would mean that necessity had a decisive role in its shaping. Could a machine be aware, without being bound by necessity?

The evolution of consciousness is a big mystery. No-one has a plausible story about how consciousness might have been directly selected for in a process of natual selection. Somehow brain processes get selected, for performing various functions, and consciousness arises. But whether this is a byproduct, or whether it is somehow driving the engine of selection, is something that we right now don't have a good understanding of.

I think that in principle a machine could be aware. The brain is a complex machine, and I don't see a principled difference between neurons and silicon. I suspect that all systems in our world are bound by "necessity" to some extent, since we cannot contravene the laws of nature.

7) Canadian neuropsychologists Kolb and Whishaw say that a brain in a bottle would not be functional, would have no conscience. According to these authors we need the whole body to be. A slight hand movement, an orientation of the eyes, a change in the salinity of blood... all inputs and outputs of the body, all afferences and efferences, would be what gives a meaning and a shape to consciousness. Can you imagine consciousness without a body?

Yes. I think our body influences and shapes our consciousness to a huge extent. Having arms and legs makes a big difference to how we experience the world. But after limbs are amputated, people are still conscious. Same for the rest of the body, in principle. A brain in a vat could still think, and imagine, and feel emotions, and so on, at least in the short term. The consciousness here might be a bit like being in a sensory deprivation tank, perhaps, but more extreme. In the long term, we don't really know how a brain would perform without sensory input.

8) We assume that the organ with which we perceive, feel and think is the brain. It is made up of cells, nervous and glial. It is assumed —that's how you think— that information processing by neurons is what creates consciousness. Elsewhere in our bodies there are trillions of other cells that do not, apparently, feel or suffer; or, at least, we do not feel their feeling. Can we confidently rule out some rudimentary form of consciousness in a somatic cell, with all its considerable structural and functional complexity, while at the same time speculatively attributing it to a mere thermostat?

I don't rule out the possibility that there is some degree of consciousness at all levels. There is no direct sign of it, but of course consciousness is not something we can detect directly from the outside. So as scientists I think we should be neutral on the question. As philosophers, we can at least speculate. Perhaps where there is complex information-processing, there is complex consciousness, and where there is simple information-processing, there is simple consciousness. I don't think that simple systems would properly be said to think, or to suffer. But maybe they have some much simpler sort of experience, or proto-experience. I don't know whether this is true. But if it is, then we might eventually have a much more integrated picture of the way that consciousness fits into the natural order.

En castellano:
1) ¿Qué es la consciencia? (pregunta trampa).

(R) La consciencia es experiencia subjetiva. Una criatura es consciente cuando hay un "cómo es ser esa criatura".

2) Cabe suponer que la consciencia es un proceso unitario. Personas con cerebro dividido o escisión de personalidades, ¿tendrían dos o más consciencias?
(R) En principio, no veo por qué no podría haber más de una consciencia en una cabeza dada. Pero no creo que los cerebros divididos o las "personalidades escindidas" nos proporcionen casos así. Más bien un solo ser consciente con múltiples estados conscientes, algunos de los cuales no son accesibles entre sí.


3) Si todo conocimiento se cimienta en la experiencia, y esta lo hace en la consciencia, ¿puede haber verdadero conocimiento mientras no se comprenda la consciencia? Siendo además la "realidad exterior" lo que conscientemente percibimos de ella, ¿no nos quedará siempre la duda de la certeza de la misma? ¿Podemos pensar en una creación solipsista, en una Matrix y en un último reducto para la fe?
(R) Creo que puede usarse un telescopio para adquirir conocimientos aun sin saber cómo funciona. Lo mismo con la consciencia. Por supuesto, una vez sepamos cómo funciona la consciencia sabremos más. No creo que demostremos jamás que el mundo externo es exactamente como creemos que es. No podemos descartar que estemos en una Matrix. Pero pienso que, incluso si estamos en una Matrix, aun así mucho de lo que creemos acerca del mundo es verdadero.


4) ¿Es el problema de la consciencia, a día de hoy, un problema metafísico?

(R) Una parte del problema es metafísica: ¿cómo encaja la consciencia en la naturaleza fundamental de la realidad? Pero el problema es también un problema científico, un problema epistemológico y muchas otras clases de problema.

5) Nagel se preguntaba cómo es ser un murciélago. Cabe suponer que la consciencia tendrá distintos niveles y formas, según los sentidos que se empleen para percibir el mundo exterior, así como según sea la estructura, tamaño y función del cerebro, en definitiva según para qué esté adaptada cada especie. ¿Cree que se puede atribuir una gran variabilidad entre especies a la experiencia consciente? ¿Qué importancia atribuiría al lenguaje en la consciencia de nuestra especie? ¿Ser sociales nos hace más conscientes? ¿Podría haber animales puramente autómatas, como dijera Descartes? ¿Qué decir de la evolución de la consciencia? ¿Y de su ontogenia?
(R) Creo que hay consciencia en muchos organismos diferentes, incluso organismos bastante simples, aunque es difícil saberlo con certeza. Pero ciertamente la consciencia diferirá mucho entre estos organismos. Cuanto más compleja la criatura, más compleja la consciencia. Una consciencia sensorial y afectiva simple puede ser muy común en el reino animal. Pero cosas complejas como la autoconsciencia y la consciencia conceptual pueden estar limitadas a los humanos y tal vez algunas otras, pocas, especies.

El lenguaje ciertamente marca una gran diferencia. Nos permite adquirir toda clase de conceptos y categorías, que a su vez marcan grandes diferencias en cómo experimentamos el mundo. Y, mediante la interacción social con una comunidad a nuestro alrededor, nos permite construir un enorme depósito de conocimiento que moldea nuestras consciencias en maneras complejas.

6) Yo diría que la consciencia, como todo fenómeno biológico, surgió por selección natural en la evolución. Esto implicaría una decisiva importancia de la necesidad en su conformación. ¿Podría una máquina ser consciente, sin estar sujeta a la necesidad?
(R) La evolución de la consciencia es un gran misterio. Nadie tiene un relato plausible sobre cómo podría haberse seleccionado directamente la consciencia en un proceso de selección natural. De alguna manera se seleccionan procesos cerebrales, para desempeñar diversas funciones, y surge la consciencia. Pero si esta es un subproducto o si de alguna manera impulsa el motor de la selección, es algo que en este momento no entendemos bien.

Creo que en principio una máquina podría ser consciente. El cerebro es una máquina compleja, y no veo en principio una diferencia entre neuronas y silicio. Sospecho que todos los sistemas en nuestro mundo están sujetos a la "necesidad" hasta cierto punto, pues no podemos contravenir las leyes de la Naturaleza.

7) Los neuropsicólogos canadienses Kolb y Whishaw dicen que un cerebro en una botella no sería funcional, no tendría consciencia. Según estos autores precisamos todo el cuerpo para ser –digámoslo así. Un leve movimiento de la mano, una orientación de los ojos, un cambio en la salinidad de la sangre... todos los inputs y outputs del cuerpo, todas las aferencias y eferencias, son lo que daría sentido y forma a la consciencia. ¿Imagina una consciencia sin cuerpo?(R) Sí. Creo que nuestro cuerpo influye en nuestra consciencia y le da forma en enorme medida. Tener brazos y piernas marca una gran diferencia en cómo percibimos el mundo. Pero después de amputar miembros, la gente sigue siendo consciente. Lo mismo para el resto del cuerpo, en principio. Un cerebro en una cuba aún podría pensar, imaginar, y sentir emociones, etcétera, al menos a corto plazo. La consciencia aquí podría ser un poco como estar en un tanque de privación sensorial, tal vez, pero más extremo. A largo plazo, no sabemos en realidad cómo lo haría un cerebro sin señales sensoriales.

8) Damos por supuesto que el órgano con el que percibimos, sentimos y pensamos es el cerebro. Este está formado por células, nerviosas y gliales. Se supone —usted lo cree así— que es el procesamiento de la información en las neuronas lo que crea la consciencia. En el resto del cuerpo tenemos billones de células que, parece ser, no sienten ni padecen o, al menos, nosotros no sentimos que sientan. ¿Podemos descartar que una célula somática, con su considerable complejidad de estructura y función, tenga alguna forma rudimentaria de consciencia mientras especulamos con que acaso la tenga un simple termostato?
(R) No descarto la posibilidad de que haya algún grado de consciencia a todos los niveles. No hay ningún signo directo de ello, pero por supuesto la consciencia no es algo que podamos detectar directamente desde el exterior. Así pues, como científicos creo que deberíamos ser neutrales en la cuestión. Como filósofos, podemos al menos especular. Tal vez donde hay procesamiento complejo de información hay consciencia compleja, y donde hay procesamiento simple de información hay consciencia simple. No creo que pudiera decirse con propiedad de sistemas simples que piensan, o que sufren. Pero tal vez tengan alguna clase mucho más sencilla de experiencia, o proto-experiencia. No sé si esto es verdad. Pero si lo es, entonces podríamos llegar a tener una descripción mucho más integrada de la manera en la que la consciencia encaja en el orden natural.

domingo, junio 15, 2008

Epistemología evolucionista y epistemología cibernética

El no leer los últimos ensayos de Popper me ha llevado a no darme cuenta de que mi post acerca de la ciencia como una evolución incompleta de la mitología es un mini-ensayo de epistemología evolucionista.

Popper (1) da un ejemplo muy claro de lo que es la epistemología evolucionista: Dice que hay un solo paso entre una ameba y Einsein. Ambos la ameba, que tiene que sobrevivir en el entorno, como lEinstein, que desarrolla teorías físicas, resuelven sus problemas mediante el ensayo y el error. La diferencia es la forma en que se eliminan los errores. La ameba no hace la eliminación del error, el error de la emeba es eliminado por medio de la eliminación de la ameba. Esto es, la selección natural. Sin embago Einstein tiene un lenguaje y puede usarlo para buscar errores en sus propias teorías. Popper hace incapié en que la diferencia entre los humanos y otras especies es la existencia de lenguaje.

Campbell (2) es el creador del término "Epistemología evolucionista". Campbell es de los primeros que desarrolla la selección multinivel y el concepto de emergencia (de nuevos niveles de evolución) y se apoya en el concepto de selectores subsidiarios (vicarious selectors);

En un punto de la evolución a un nivel surgen selectores subsidiarios, un ejemplo son los memes, pero también un ejemplo pueden ser los mecanismos conductistas de un animal, que seleccionan las conductas mas exitosas de entre las que ha ensayado.

El siguiente nivel es aquel de los seres inteligentes que construyen modelos del mundo exterior y a través de simulaciones internas, descartan aquellas ideas que no dan cuenta de la realidad, evitando a la realización de cualquier acción errónea que pueda ser peligrosa. de esta forma, el ser vivo va alejándose mas del peligro de perecer, al precio de realizar una computación mas compleja, y por tanto, mas lenta y con necesidad de gran cantidad de información previa. Esto explica la pervivencia de los niveles inferiores de respuesta en los seres inteligentes como nosotros. Precisamente, para dar respuesta a circunstancias en las que la rapidez de respuesta (al quemarnos con un cigarro) o la falta de información (Marcamos el teléfono de esa chica?) hace que el nivel de respuesta biológico y conducta respectivamente sean necesarios.

El núcleo duro de la epistemología evolucionista que lo hace a la vez pragmáticamente fuerte y refutador de todo constructivismo o solipsismo es que nuestros sentidos y nuestra percepción nos muestran un reflejo pragmaticamente fiel de la realidad externa porque nuestros sentidos y nuestro intelecto han sido seleccionados para ello. Por la misma razón nuestras conductas individuales y sociales no son arbitrarias sino que responden a procesos de selección. Por eso, la epistemología evolucionista es al constructivismo lo que la psicología evolucionista o la sociobiología es al determinismo cultural o la derivada e incipiente ética evolucionista es al relativismo ético.

El matiz "pragmáticamente fiel" se refiere a que percibimos aquella parte de la realidad que es relevante para la superviviencia y la reproducción. Pero, al mismo tiempo, la urgencia de obtener información por adelantado de nuestro nivel inteligente nos ha hecho crear instrumentos que nos permiten percibir la realidad, o al menos, obtener modelos de ésta que están mas allá de nuestras necesidades actuales.

Un desarrollo de la epistemología evolucionista es la epistemología cibernética, que formaliza lo anterior en términos algoritmicos, y se abstrae del contexto real para generalizarlo para cualquier entorno.


Un sistema cibernético (3)obtiene conocimiento del medio (natural o artificial) creando un modelo de datos (representación 1) . A través de un modelo, obtiene una predicción de la evolución del medio (representación 2) . A través de la observación, compara su representación 2 obtenida con el estado real del medio. De esta manera puede decidir si su modelo es bueno o malo con respecto a los objetivos del sistema y discriminar este modelo entre otros posibles. Es importante el matiz, porque bueno o malo no se toma en el sentido absoluto sino a un nivel pragmático. Los objetivos del sistema lo marca el sistema de selección. (ver mas adelante).
Este esquema sirve tanto para el nivel conductista como el inteligente. Asumo que para el nivel inteligente, es evidente. En el modelo conductista, la representación es simplemente un esquema de datos simple obtenido por los sentidos. El modelo y la la representación 2 son variaciones posibles de conductas instintivas. Mediante la observación, el animal coteja los distintos resultados y elije el mejor. Para elegir el mejor, el animal debería disponer de un nivel superior de observación y selección propias conductas, superpuesto al anterior, para el cual, el medio serían los propios modelos instintivos y sus resultados, no la realidad.

Estos niveles sucesivos, equivalentes a la noción de campbell de selectores subsidiarios, es descrito formalmente por Turchin como transiciones a un metasistema:


Dado un sistema S, que puede ser el del esquema anterior (de modelos y representaciones), un metasistema es aquel que por un lado elabora variantes de ese sistema S y por otro selecciona los mas exitosos.
Me arrepiento de haber eliminado mi weblog "My artificial intelgence project" donde intentaba sin saberlo, hacer uso de esos conceptos cibernéticos. Esta es, en síntesis, las ideas que desarrollaba e intentaba plasmar en programación en ese weblog:

El metasistema inteligente probablemente contiene varios niveles a partir del sistema conductal. Simula el modelo conductal aplicandolo a sus representaciones en lugar de al mundo exterior. De ese nivel obtiene conductas exitosas dentro de esas representaciones, que por otro lado intenta enriquecer continuamente cotejándolas con el mundo exterior. A continuación, de los conjuntos de conductas simuladamente exitosas, las toma como medio para el siguente nivel, que intenta obtener generalizaciones.

Las generalizaciones son modelos que deben predecir los modelos exitosos del nivel inferior. Si lo hacen, son válidas y se seleccinan para ser objeto de un metasistema superior y así sucesivamente, mediante el mismo proceso de ensayo y error, esta vez aplicado a generalizaciones de generalizaciones etc. Una generalización puede tener varios grados de validez. Puede ser una ley de la naturaleza, un concepto filosófico, un proberbio de sabiduria tradicional o un tópico sobre los hombres, las mujeres, el tiempo que hace o cualquier campo de conocimiento.

El último nivel de conocimiento no está en el cerebro de cada uno, sino en el nivel social . Éste último nivel selecciona ideas de distintos individuos. Los ejemplos anteriores son productos del metasistema social.

1) Popper, Karl R. Evolutionary epistemology. In J. W. Pollard (Ed.), Evolutionary theory: Paths into the future, 1984 Chichester: Wiley, (pp. 239-254).

2) Campbell D.T. Evolutionary Epistemology. In: Schilpp P.A. (ed) The Philosophy of Karl Popper. Open Court Publish., La Salle, Ill., 1974, pp 413-463.

Primera imagen tomada de: