El antiguo testamento de la cibernética
En 1948, el matemático Norbert Wiener publicó Cybernetics, libro que explora la inteligencia, la neurología y el comportamiento animal mediante la emergente ciencia computacional, con el fin de establecer sus principios subyacentes y trasladarlos hacia los autómatas
POR RAÚL ROJAS
La palabra cibernética, hoy tan de moda, es realmente de creación histórica reciente. Fue acuñada apenas en 1946 por Norbert Wiener, un profesor de matemáticas del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), para referirse a aquella exploración interdisciplinaria que busca descubrir principios comunes de “control y comunicación en el animal y en la máquina”. Dos años más tarde, esa larga frase se convertiría en el subtítulo de Cybernetics, el libro con el que Wiener pregonaba el inicio de la nueva revolución industrial, la de las computadoras y la inteligencia artificial.
En aquellos años no existía un término apropiado para una investigación interdisciplinaria de esa naturaleza, así que Wiener improvisó y adoptó la palabra griega kybernetes, que se refiere al conductor o piloto de un navío, es decir, a aquel que ejerce control sobre cómo suceden las cosas. Y es que el objetivo de Wiener era examinar la teoría matemática de la información y del control para establecer los principios subyacentes en el comportamiento animal, principios que hay que conocer para poder trasladarlos a los autómatas. Así, Wiener cierra el círculo. Antes de él, en el siglo anterior, el alemán Hermann von Helmholtz había estudiado la fisiología animal desde el punto de vista de las leyes naturales. El escocés D’Arcy Wentworth Thompson, por su parte, había investigado la matematización de la morfología biológica. En Cibernética le toca su turno a la inteligencia, a la neurología y al comportamiento. Para lograr su formalización, Wiener las investiga desde el punto de vista de la emergente ciencia de la computación.
Es natural que las computadoras y su descripción ocupen mucho espacio en Cibernética. Sin embargo, tenemos que considerar que en 1948 no existía aún ninguna computadora comercial, sólo prototipos militares, o bien, universitarios. Pero ya desde antes de la Segunda Guerra Mundial, Wiener se había ocupado de estudiar los aparatos de cálculo existentes, especialmente las calculadoras llamadas analógicas. Éstas resuelven un problema representando números con una magnitud física, por ejemplo, con la intensidad de una corriente o con el valor de un voltaje. Con esas máquinas se pueden resolver ecuaciones materializadas en un circuito eléctrico. Wiener explica porqué esas calculadoras pertenecen al pasado: en el futuro se utilizarán computadoras digitales (como las que tenemos hoy, basadas en bits de información) que son más flexibles y además más fáciles de programar.
Aunque Cibernética fue escrita por Wiener, representa en realidad un esfuerzo colectivo de un heterogéneo grupo de matemáticos, físicos y médicos, interesados todos en conectar las matemáticas y la computación con la biología, especialmente con la neurología. De ese grupo selecto formaron parte los mexicanos Arturo Rosenblueth, un fisiólogo, y Manuel Sandoval Vallarta, un físico. También los neurólogos Warren McCulloch y Walter Pitts se integraron a las cenas mensuales del grupo de investigadores de MIT y Harvard.
Precisamente, el modelo de McCulloch y Pitts nos puede servir para ilustrar lo que la cibernética llama a lograr. En la época en que Wiener escribe su libro, era bien sabido
que el cerebro consiste en células individuales, las llamadas neuronas, que intercambian información a través de pulsos eléctricos. Esos pulsos se transmiten a través de los axones de las neuronas, de una a otra, y son señales “binarias”. Es decir, o hay un pulso, o no lo hay, pero no hay medios pulsos, ni cuartos de pulso. Esto se debe a que un pulso se inicia en un axón cuando las compuertas de su membrana se abren para posibilitar el flujo de iones a su interior. El pulso es como una reacción en cadena, como cuando caen las fichas de un dominó, y así la señal se propaga y mantiene su ímpetu durante todo su trayecto. El modelo fisicoquímico de este proceso lo formularán los ingleses Alan Huxley y Andrew Hodgkin apenas cuatro años después de la publicación de Cibernética, lo que los llevará a obtener el Premio Nobel de Medicina en 1963.
Pues bien, McCulloch y Pitts van a postular el equivalente matemático de esas neuronas cerebrales. En su modelo la información se transmite como ceros (ausencia de un pulso) y unos (presencia de un pulso), que se acumulan en las neuronas, las que son modeladas como simples “contadores” de señales. Si los pulsos que arriban a una neurona rebasan su umbral de excitabilidad, esa neurona “dispara” y produce un nuevo pulso que se propaga a otras neuronas conectadas en la red de transmisión. Si los pulsos acumulados no rebasan al umbral de excitabilidad, la neurona permanece silenciosa. Además, algunos pulsos actuarán, no de manera “excitatoria”, sino inhibiendo la producción de pulsos por la neurona que recopila la información. En el trabajo de McCulloch y Pitts, esas neuronas abstractas son componentes lógicos con los que se puede, incluso, construir computadoras. El pionero de la computación John von Neumann irá tan lejos, que su propuesta de 1945 para una nueva arquitectura de computadoras la formulará utilizando elementos lógicos a la McCulloch y Pitts.
Todo eso es lo que “está en el aire” cuando Wiener convoca entre 1946 y 1948 a su círculo de amigos a reuniones para fundar una nueva rama de la ciencia. Todo esto lo explica el profesor del MIT en el prólogo de su libro, cuyos capítulos tratan de ir un poco más lejos en términos de fundamentación matemática. El primer capítulo ya aborda la diferencia entre procesos determinísticos y reversibles, como los estudiados por la mecánica newtoniana, y procesos que sólo se pueden estudiar estadísticamente y que son irreversibles, como la difusión del calor. Para Wiener, algo muy importante es que el estudio de los seres vivos no puede darse en términos newtonianos, sino estadísticos. Además, “los autómatas de nuestra era están acoplados al mundo exterior para recibir impresiones y actuar sobre él (…) la era presente es verdaderamente la de los servomecanismos, así como el siglo XIX fue la era de la máquina de vapor o el siglo XVII la era del reloj”. Todos esos mecanismos tratan de mantener sus parámetros internos en condiciones ideales de funcionamiento actuando de manera “homeostática”, es decir, buscando preservar su estabilidad. Su funcionamiento es “estadístico” porque nos interesa que operen bien bajo un rango muy amplio de condiciones.
El lector que no viene de las matemáticas haría bien continuando la lectura de Cibernética con el quinto capítulo, que es el que compara al sistema nervioso con las computadoras. Para hacerlo, Wiener se apoya en la teoría de la información formulada años antes por su colega Claude Shannon, también profesor en MIT. Shannon introdujo en la informática una manera formal de medir la información en términos del número de bits promedio que se necesitan para enviar un mensaje a través de un canal de comunicación, bajo el supuesto de una codificación óptima y en presencia de ruido. Wiener muestra que la codificación binaria es la más adecuada para construir una computadora y que sería deseable que ésta estuviera constituida por un procesador de información, una memoria y dispositivos de comunicación con el entorno. Internamente, la computadora modifica las percepciones y produce nuevos resultados, como si fueran éstas las “ideas secundarias” de las que hablaba John Locke.
La argumentación formal de Wiener está encuadrada en la teoría de transformaciones matemáticas, que son el tema del segundo capítulo, el que, desgraciadamente, se mete en detalles y honduras teóricas que no son necesarias para el conjunto de la exposición. Wiener muestra que en la física se puede hablar de transformaciones de sistemas, y que esas transformaciones pueden ser concatenadas y, a veces, pueden invertirse. Forman lo que se llama en las matemáticas un “grupo algebraico”, de manera que su aplicación formal en un sistema está sujeta a la llamada teoría de grupos. Un aspecto muy importante serían los invariantes, es decir, aquellas propiedades que se mantienen constantes de una transformación a otra. La noción de entropía sería también muy significativa, porque en sistemas físicos cerrados ésta va siempre en aumento. A la entropía la podemos identificar con el “grado de desorden” de un sistema.
Los dos capítulos siguientes tratan sobre la teoría de la información y sobre la retroalimentación de comandos (feedback). Todos los autómatas con un cierto grado de sofisticación utilizan, de alguna manera, retroalimentación. Un termostato, por ejemplo, ordena que baje la temperatura en un cuarto, si es muy alta, o que suba, si es muy baja. Un vehículo cuya velocidad debe mantenerse constante frena un poco, si va de bajada y la velocidad va aumentando, o acelera, si va de subida y la velocidad ha disminuido. La retroalimentación para mantener homeostasis es precisamente uno de los factores que conectan a los autómatas modernos con los animales. Pero hay un problema clave: el comando de retroalimentación puede llegar tarde al sistema y entonces los ajustes ya no son elegantes. Un auto cuya velocidad ha bajado mucho debe acelerar vigorosamente y puede sobrepasar la velocidad constante deseada. Tiene que frenar, para después acelerar, etc. El sistema puede entrar en oscilación. Por eso, el diseño correcto de las constantes temporales de retroalimentación es precisamente uno de los temas que ocupan a todos los ingenieros de control. Para que mejor funcione un controlador, se necesita una especie de predicción de la repercusión futura de la señal de control sobre el sistema, de manera que se pueda regular anticipando ese efecto. Hoy en día existen los que se puede llamar algoritmos “adaptivos”, que van ajustando al controlador para que evite oscilaciones no deseadas, así como pérdida de “homeostasis”, cuando el controlador no es suficientemente rápido.
Pero decía Stephen Hawking que cada ecuación en un libro de divulgación reduce el número de lectores a la mitad. Con tres capítulos llenos de arcanas fórmulas, Wiener redujo sustancialmente el número de lectores de Cibernética. Tantas ecuaciones no eran realmente necesarias, como el mismo Wiener demostró, cuando en 1954 reescribió, por así decirlo, a Cibernética en otro libro con el título El uso humano de los humanos: cibernética y sociedad. El mensaje ahí es esencialmente el mismo, pero extendido también a aspectos que atañen más a la sociedad, como, por ejemplo, el papel de los científicos y la relación entre las revoluciones industriales.
Eso no quiere decir que Cibernética no aborde también aspectos sociales. El capítulo final, sobre información, lenguaje y sociedad, examina las repercusiones del mundo de la información sobre las comunidades. Toca incluso un aspecto que hoy preocupa mucho, que es el del control de esa información por monopolios. En la introducción Wiener escribe cómo se sintió obligado a buscar el contacto con los sindicatos en Estados Unidos para prevenirlos de la automatización creciente que iba a destruir sus empleos. El resultado no fue el esperado. Por lo que Wiener reporta, no entendieron de qué estaba hablando.
Cibernética concluye proponiendo una pequeña prueba conceptual para una inteligencia artificial futura, que sería aprender a jugar ajedrez. Es algo que ya habían estudiado Alan Turing en Inglaterra y Konrad Zuse en Alemania, durante la década de los 40. También Claude Shannon tenía un pequeño “algoritmo” para jugar ajedrez. Wiener propone que la computadora utilice su gran velocidad para analizar todos los posibles movimientos en el tablero, hasta una cierta profundidad de búsqueda. A esos movimientos se les asignaría un valor, de acuerdo al objetivo de ganar el juego, ya sea a través de conquistar piezas o bien mejorando la posición de las piezas propias sobre el tablero. Con ese método de “fuerza bruta” sería posible jugar un tipo de ajedrez que podría superar, no a los mejores jugadores, pero sí al jugador promedio.
Por todo lo explicado, podemos considerar a Cibernética no sólo como una obra de popularización, sino como una especie de manifiesto, un llamado a la acción. Mucho de lo que Wiener propuso en 1948 ya se ha logrado. El campeón mundial de ajedrez, Gary Kaspárov, fue derrotado por la computadora Deep-Blue en 1997. Sofisticados sistemas de control basados en feedback están presentes hoy hasta en el más humilde de los aparatos electrodomésticos y en nuestros automóviles. La teoría de la información y de control han avanzado con botas de siete leguas en estas últimas siete décadas. Y hasta la advertencia que Wiener formula en la introducción suena hoy profética: “La revolución industrial moderna está destinada a devaluar al cerebro humano, al menos en lo que atañe a sus decisiones más simples y rutinarias”. Y añade: “Hemos contribuido a iniciar una nueva ciencia que (…) incluye desarrollos técnicos con grandes posibilidades de hacer el bien o el mal (…) no tenemos ni siquiera la posibilidad de suprimir estos desarrollos (…) lo mejor que podemos hacer es velar porque el público entienda la tendencia y relevancia de este trabajo”.
Con el transcurso de los años, Cibernética se convirtió, de manifiesto, en una especie de Biblia de la época moderna, aunque hoy, a la distancia de siete décadas, y con tantos avances tecnológicos que han rebasado su contenido, la obra nos parezca ya tan legendaria como un Antiguo Testamento de la Inteligencia Artificial.
FOTO: Durante la Segunda Guerra Mundial, Wiener trabajó para las Fuerzas Armadas de los Estados Unidos en un proyecto para guiar automáticamente la artillería antiaérea con el uso de un radar/ Museo del Instituto Tecnológico de Massachusetts
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