Lunes en la Ciencia, 2 de enero del 2001
Sistemas complejos y descentralizados, herramientas desaprovechadas
ƑEmbotellamientos de hormigas en el cerebro?
Gabriel Ramos Fernández
ƑEn qué se parecen un hormiguero, el tráfico en la ciudad de México y un cerebro que piensa? Pensemos.
A primera vista no se parecen en nada: el hormiguero está formado por hormigas, el tráfico es el conjunto de miles de coches y el cerebro es una masa grisácea de millones de neuronas conectadas entre sí. Pero si olvidamos por un momento la naturaleza física de los elementos que componen a cada uno de estos sistemas, descubriremos un parecido muy importante: las hormigas, los automóviles en una ciudad y las neuronas son muy parecidos, porque individualmente se comportan de acuerdo con reglas locales muy sencillas.
Una hormiga decide avanzar por el camino que se aleja de su hormiguero si el olor de las hormigas que han pasado por ahí es suficientemente fuerte; el conductor de un automóvil decide cambiarse de carril si el suyo avanza más lento que los demás; y la neurona dispara un estímulo químico a sus vecinas de abajo si recibe un estímulo de cuatro de sus vecinas de arriba.
Ni una hormiga, ni un automovilista ni una neurona son capaces de percibir en su totalidad el sistema al que pertenecen. Tampoco tienen líderes que diseñen o controlen la conducta de los demás. Aún así, las decisiones individuales de miles de hormigas, automovilistas o neuronas pueden producir patrones extraordinariamente complejos. Por ejemplo, un hormiguero en la selva visto desde arriba parecería una araña gigante, con tentáculos que se extenderían buscando alimento y se retraerían después de terminárselo, trayéndolo hacia el centro de la gran araña en donde otras hormigas procesarían el alimento y construirían una verdadera unidad habitacional con criaderos, bodegas de alimento y receptáculos para la basura. El tráfico en la ciudad de México, aunque no parece estar muy organizado, es extraordinariamente complejo, tanto que las soluciones que se plantean a veces resultan contraproducentes, como alargar el tiempo entre el "siga" de los semáforos o abrir nuevas calles demasiado angostas. El cerebro, esa gelatina gris cuyos pensamientos no son más que la suma de la actividad eléctrica y química de miles de millones de neuronas, puede generar patrones complejos como este artículo o hermosos como una sinfonía de Mahler.
ƑQué está sucediendo aquí? ƑCómo es que la conducta colectiva de miles o millones de elementos simples, sin ningún tipo de líder o autoridad central, genera un sistema complejo? La complejidad en estos sistemas últimamente es considerada por algunos científicos como una propiedad emergente: la conducta del sistema ųla posición de los tentáculos del hormiguero, el tráfico que de repente se detiene con la lluvia en la ciudad, los pensamientos que produce nuestro cerebroų no pueden ser derivados a partir del estudio de las propiedades individuales de los elementos que lo componen. Por más que analicemos la conducta de una hormiga, de 10 automovilistas en una sola calle o de 100 neuronas en cultivo artificial, no podremos predecir lo que pasaría si tuviéramos millones.
Este es un problema para el paradigma científico prevaleciente desde el siglo XVIII, el reduccionismo. Si no es posible reducir el hormiguero a la suma de sus partes, tal y como reduciríamos un coche a la suma del carburador, los pistones, la flecha y las ruedas, etcétera, entonces necesitamos una nueva forma de entender estos sistemas complejos.
Una manera de investigar estos problemas es mediante simulaciones por computadora. Gracias a la capacidad de las computadoras actuales es posible crear simulaciones bastante realistas que nos indiquen al menos el potencial de un sistema para comportarse de manera compleja. La estrategia es la siguente: se crea un mundo virtual en el que miles de elementos se comportan de acuerdo con las mismas reglas establecidas por el programador. En estas reglas se establece lo que cada uno hará al interactuar con los demás. Luego se observan los patrones que resultan después de diferentes tiempos de simulación.
Un ejemplo concreto de este tipo de simulaciones es el "Juego de la Vida", desarrollado por John Conway en 1970 y que solía estar incluído en las primeras versiones del sistema operativo Windows (ahora sólo incluye el aburridísimo y nada novedoso Solitario). El sistema es una cuadrícula en la que cada cuadro puede estar lleno o vacío, dependiendo del número de cuadros llenos con los que colinde: por ejemplo, un cuadro vacío se llenará si colinda con tres y sólo tres cuadros llenos, si no, se vaciará. Con esta regla tan simple, que establece únicamente la conducta de cada elemento a nivel estrictamente local, se obtienen patrones sorprendentemente orgánicos en los que conjuntos de cuadros parecen adquirir una vida propia y formar estructuras que crecen, se reproducen y mueren. Un ejemplo de este juego lo puede consultar el lector con acceso a Internet en la dirección: http://www.mindspring.com/~alanh/life/.
De todo este embrollo cerebral podemos concluir una cosa: los sistemas complejos y descentralizados, como podrían ser las selvas tropicales y otros ecosistemas, las redes de comunicación como Internet e incluso la Tierra como un sistema completo, pueden tener propiedades emergentes que nos sorprenderán en cuanto nos quitemos nuestra máscara reduccionista y centralizada que todo lo disecta y lo trata de armar de nuevo, buscando siempre un líder o una autoridad central. Tal vez así podríamos empezar a proponer soluciones integrales para los problemas más complejos que nos aquejan en estos días.
El autor es candidato a doctor en la Universidad de Pennsylvania, Departamento de Biología.