Cerebros alternativos

Existe una gran diversidad de mentes e inteligencias habitando la Tierra: desde la conciencia humana hasta el complejo cerebro de los pulpos, pasando por los cerebros colectivos y líquidos de los insectos sociales, como las hormigas o las termitas. En este «Dentro de la exposición» Ricard Solé, especialista en sistemas complejos y co-comisario de la exposición «Cerebro(s)», plantea seis posibilidades de cerebros alternativos que no encontramos en el mundo real y nos invita a entender cómo puede explicar la ciencia por qué no forman parte de él. 

Dibujos originales y texto de ©Ricard Solé, co-comisario de la exposición «Cerebro(s)».

Una plétora de formas de vida diferentes —con la capacidad de compilar, procesar y crear información, así como de adaptarse al entorno de diferentes maneras— ocupa la biosfera cognitiva. Estas formas de vida diversas incluyen sistemas dotados de cerebros de gran tamaño. Es el caso de los mamíferos, incluidos los humanos como especie singular, junto con los primates, los elefantes, los delfines y las ballenas. Sin embargo, en pájaros y pulpos también encontramos cerebros más pequeños que permiten a los organismos mostrar un comportamiento complejo. Son ejemplos de cerebros «sólidos», con una arquitectura basada en el desarrollo de un conjunto de neuronas que, una vez consumado el desarrollo, ocupan la misma posición hasta su muerte. Estas neuronas se enlazan con otras muchas y tejen una red viva, donde la fuerza y la naturaleza de las conexiones pueden cambiar a lo largo de la vida del organismo. Sin embargo, no todos los cerebros son sólidos.

La complejidad cognitiva de los insectos sociales, que incluyen las hormigas y las termitas como actores principales, ha evolucionado paralelamente a los cerebros sólidos. Las colonias de estos insectos alcanzan objetivos espectaculares, como la construcción de nidos enormes y sofisticados. Aquí, la inteligencia no proviene de los individuos, como ocurre con las neuronas y los cerebros sólidos, sino que se origina en un fenómeno emergente. En este caso, en lugar de neuronas tenemos agentes móviles que cambian de ubicación y de forma de interactuar según el tiempo y el espacio. En las sociedades de insectos, los cerebros colectivos son líquidos. De hecho, se trata de un cerebro formado por pequeños cerebros en constante movimiento. No obstante, en nuestro cuerpo también existen cerebros líquidos: el sistema inmunitario está formado por millones de células de diferentes tipos que nos protegen de patógenos y respuestas autoinmunes. Este sistema tiene memoria, puede aprender y se comporta esencialmente como una especie de red neuronal fluida. Se pueden encontrar otros tipos de mentes en organismos no neuronales, como los hongos Physarum, que, en realidad, son organismos unicelulares gigantes capaces de realizar cálculos complejos.

¿Qué más podemos encontrar? ¿Todo lo que hay es lo que vemos en la biosfera? ¿O existen posibles formas de conocimiento alternativas que la evolución todavía no ha generado? ¿Es posible que la arquitectura de nuestro cerebro, formado por dos mitades conectadas, sea distinta? ¿Es posible que existan plantas con cerebro? Y si no es posible, ¿por qué no? Observemos seis posibilidades alternativas que no encontramos en el mundo real y veamos cómo puede explicar la ciencia por qué no forman parte de él.

Hormigas inteligentes

Siempre se ha dicho que las hormigas son muy inteligentes, algo que parece cierto, al menos, hasta cierto punto. Las hormigas, individualmente, pertenecen a un superorganismo, un conjunto masivo capaz de alcanzar metas impresionantes de forma colectiva. Millones de hormigas pueden cruzar la selva tropical en masa como si fueran un depredador gigante. Las hormigas cortadoras de hojas construyen nidos enormes que hospedan en su seno una fábrica de cultivo de hongos y que, por tanto, utilizan la agricultura como práctica de explotación de los recursos naturales. Sin embargo, parece que ese éxito supone un peaje para el conocimiento individual de las hormigas. Parece que existe una compensación entre la complejidad individual y colectiva: cuanto más compleja es la sociedad, menos complejos son los individuos que forman parte de ella. Entonces, ¿por qué no observamos «hormigas inteligentes»?

Hormigas inteligentes, Ricard Solé © Ricard Solé

La literatura de ciencia ficción nos ha mostrado varias veces la posibilidad de que una colonia formada por muchos individuos sea portadora de un gran cerebro. Los borgs de Star Trek son un ejemplo de este tipo de sociedad, en la que cada individuo es un cíborg avanzado. Una versión anterior de este concepto de mente de grupo en ciencia ficción fue la novela Los primeros hombres en la luna, de H. G. Wells. En esta obra, los selenitas, habitantes de nuestro satélite, son criaturas insectoides que forman una sociedad subterránea compleja y que utilizan tecnología avanzada. De modo similar, una conciencia colectiva también penetra en las formas de vida extraterrestre que infectan a los humanos en la famosa película de 1956 de Don Siegel La invasión de los ladrones de cuerpos. En este caso, esporas procedentes del espacio exterior pueden transformarse en réplicas exactas de humanos (y de sus cerebros), que se sustituyen por un nuevo miembro del grupo que carece de emociones.

Por el momento, no existe ninguna explicación probada para la ausencia de hormigas inteligentes. Una posible razón de esta carencia de grandes cerebros individuales en las grandes colonias de hormigas debe encontrarse en la llamada hipótesis de la reducción de la complejidad. Según esta teoría, si es necesario alcanzar una complejidad de orden superior, las unidades individuales serán más simples a fin de facilitar la supervivencia del sistema con el menor coste. Parece que este es el caso de las células individuales dentro de los organismos pluricelulares: las células tienden a ser especializadas y carentes de flexibilidad. A veces, incluso tienen una carencia considerable de complejidad estructural, como es el caso de los glóbulos rojos (que lo han perdido casi todo y solo transportan oxígeno). Las unidades más simples hacen posibles los intercambios de fluidos entre las diferentes partes del conjunto, a la vez que su conocimiento reducido abarata su coste. Si esta idea es correcta, no puede haber hormigas inteligentes.

¿Cerebros semejantes a ordenadores?

El cerebro humano (y el de los mamíferos en general) tiene una organización característica con una estructura bilateral de dos hemisferios, el derecho y el izquierdo. Estas dos partes están unidas por el cuerpo calloso, un conjunto masivo de conexiones que van de una parte a otra, como muestran los dibujos de los primeros anatomistas. El cerebro está formado por 86 000 millones de células y presenta varios niveles de organización, desde la microescala hasta la macroescala. El cerebro puede soñar, imaginar y crear arte y teorías científicas. No podemos hacer cálculos tan rápido como un ordenador estándar, que es la metáfora más popular sobre los cerebros, pero somos capaces de desarrollar teorías del universo y teoremas matemáticos. Gestionamos el lenguaje más complejo y somos viajeros del tiempo: la capacidad de abordar el pasado y el futuro es una parte intrínseca de nuestra mente.

¿Cerebros semejantes a ordenadores?, Ricard Solé © Ricard Solé

¿A qué distancia se encuentra nuestro cerebro de la arquitectura de un ordenador? Muy lejos. La arquitectura de la mayoría de los ordenadores que utilizamos hoy en día se fundamenta en la visión del erudito John von Neumann, basada en el trabajo anterior de los ingenieros J. Presper Eckert y John Mauchly. La llamada arquitectura de von Neumann concibe los ordenadores digitales como sistemas de entrada y salida secuenciales que incluyen una unidad central de procesamiento (CPU), una unidad de control, una unidad de memoria que almacena los datos y las instrucciones, y una unidad de almacenamiento externo. Podemos imaginar un cerebro alternativo con el córtex segregado en varios módulos anatómicamente distintos, tal y como se muestra en el dibujo anterior. En este cerebro alternativo se implementaría una estructura modular similar, con la memoria y el procesamiento ubicados en áreas bien definidas.

Esto no es, ni mucho menos, lo que encontramos en los cerebros reales, algo que se debe a varios motivos. Por un lado, los ordenadores están diseñados por humanos con el fin de realizar cálculos que implican el procesamiento de grandes cantidades de números y que requieren una rápida ejecución. El diseño de entrada y salida y la lógica de la arquitectura de von Neumann son perfectos para este objetivo, y —como sucede con numerosos diseños de ingeniería— tiene las ventajas de una estructura modular. Nuestro cerebro también muestra algunas especializaciones, como demuestra el hecho de que los daños en determinadas áreas del córtex cerebral producen una disfunción diferente. La pérdida de las funciones del lenguaje y la ceguera son solo dos ejemplos. Sin embargo, no son módulos reales: todas estas funciones están profundamente interconectadas con otras áreas y la integración es igual de importante (si no más) que la modularización. Lo que se conoce como connectoma del cerebro proporciona una cartografía de este compromiso entre la segregación y la integración. Además, el cerebro es el resultado de remiendos: la evolución ha aprovechado lo que había para crear nuevas estructuras. Como resultado, tenemos una combinación de optimalidad y accidentes que se han congelado en el tiempo.

Cerebros desordenados

Una diferencia importante entre los cerebros y los ordenadores, como el mismo von Neumann comprendió, es que los primeros son altamente fiables ante la pérdida de unidades, mientras que los segundos son frágiles. En su libro El ordenador y el cerebro, von Neumann intentó explicar esta propiedad. ¿Sería posible diseñar un ordenador que siguiera funcionando aunque fallaran sus unidades como lo hace el cerebro? Por aquel entonces, los primeros ordenadores eran muy grandes y estaban formados por miles de tubos de vacío.

Cerebros desordenados, Ricard Solé © Ricard Solé

El fallo de partes del cerebro se puede compensar con su enorme plasticidad. Este es el caso cuando se extirpa la mitad del córtex cerebral para tratar casos extremos de epilepsia: las áreas y las funcionalidades que faltan se reconstruyen con seguridad en el hemisferio conservado, tal como describe el neurocientífico y pedagogo Antonio M. Battro en su libro Half a Brain Is Enough: The Story of Nico. ¿El cerebro podría ser más plástico si careciese de todas las partes especializadas y convertirse en un sistema más amorfo, donde connectomas totalmente diferentes se desarrollaran en cada individuo? En el dibujo anterior mostramos este cerebro imaginario, sin hemisferios, y definimos así un sistema autoorganizativo, en el que la arquitectura final sería el resultado de trayectorías de desarrollo y aprendizaje dependientes del camino.

¿Un cerebro como este es posible? Rotundamente, no. Los cerebros surgen en la evolución a consecuencia de diversas fuerzas de selección, incluido el movimiento. La llamada hipótesis del movimiento plantea que la exploración activa del entorno espacial de un organismo impulsaba la trayectoria evolutiva que originaba los cerebros. Los cerebros son motores de predicción, capaces de pronosticar cambios futuros en el entorno. ¿Qué organismos son capaces de hacerlo? Los humanos son solo una de las especies denominadas bilaterales —animales con una simetría lateral bien definida (izquierda-derecha)—. Los «primeros» cerebros estaban formados según este principio y se convirtieron en máquinas de predicción potentes. La necesidad de los órganos de los sentidos (especialmente de la vista) y de los movimientos coordinados estaba fuertemente limitada por el diseño bilateral. Un plan de desarrollo previsible para crear los cerebros que conocemos facilitará la producción de redes que canalicen el flujo de información de los sensores a los activadores.

Tecnología de pulpo

Los cefalópodos, que incluyen los pulpos, los calamares y las sepias, tienen cerebros muy complejos. Los cerebros de los pulpos proporcionan un ejemplo de rasgos convergentes, a pesar de ser invertebrados. Su sistema neuronal evolucionó paralelamente a la aparición de cerebros vertebrados, pero también presenta la característica organización multicapa. También tienen un exclusivo grupo neuronal adicional de 8 pliegues que controla los brazos de forma autónoma. Hasta cierto punto, podemos decir que tienen ocho cerebros adicionales, cada uno de los cuales controla un brazo. Dada su naturaleza que les permite cambiar de forma y su autonomía neuronal distribuida, a menudo estos organismos se han etiquetado como «alienígenas». No es de extrañar que los guionistas de ciencia ficción hayan encontrado la inspiración en estos animales para representar a criaturas extraterrestres.

Tecnología de pulpo, Ricard Solé © Ricard Solé

Los pulpos se consideran los más inteligentes de los invertebrados. Su poder cognitivo se ha ilustrado en numerosos experimentos conocidos que revelan su capacidad para resolver problemas. Muestran plasticidad conductual, y pueden afrontar tareas complejas y aprender de la experiencia. También son conocidos por su capacidad limitada para utilizar herramientas. Aunque utilizan caparazones como refugio y manipulan objetos, no han desarrollado una mente ampliada. ¿Por qué?

El dibujo anterior representa un grupo de calamares que trabajan conjuntamente para fabricar una trampa para peces. Un escenario como este exigiría interacciones sociales que no parecen compartir los cefalópodos. Además, una característica exclusiva de este grupo de organismos es que tienen una vida muy corta, cuya media es de tan solo dos años. ¿Qué pasaría si los pulpos hubieran evolucionado para vivir más tiempo y desarrollar vínculos sociales más fuertes? ¿Podría surgir una civilización de pulpos?

Conocimiento colectivo basado en el plástico

Se sabe que existen sociedades de organismos que luchan contra los humanos en todo el planeta. Los insectos sociales en particular son excelentes ingenieros de ecosistemas: construyen y transforman el paisaje a gran escala. Sin embargo, existen otros tipos de asociaciones que implican la combinación de diversos organismos para trabajar conjuntamente y formar un organismo complejo, como ocurre con un habitante singular de los mares: la llamada carabela portuguesa. Las unidades de la colonia son clones idénticos, pero especializados en funciones distintas, tales como la reproducción o la caza. Incluyen una gran cámara flotante que se ve en la superficie y que permite que la colonia se desplace impulsada por el viento. Todos los especímenes trabajan juntos como un solo individuo.

Conocimiento colectivo basado en el plástico, Ricard Solé © Ricard Solé

Pero el mar también está habitado por un resultado indeseable del antropoceno: los residuos plásticos. Se han acumulado objetos plásticos durante décadas y se han convertido en una amenaza importante para la diversidad marina. Los microplásticos constituyen una gran parte de estos residuos, pero también existen objetos grandes, como botellas y globos. A consecuencia de las interacciones entre los plásticos y la vida marina, se ha formado un nuevo ecosistema, llamado plastisfera. Actualmente, es un ecosistema rico que incluye un gran número de especies que aprovechan el plástico como sustrato para adherirse a él y permanecer cerca de la superficie o incluso como fuente de energía.

¿Una nueva clase de organización basada en la interacción entre los objetos de plástico y grupos de organismos (quizás de especies diferentes) podría convertirse en una carabela portuguesa «sintética» como la de la figura anterior? Dada la larga vida de los plásticos, la estabilidad podría ser una ventaja para proporcionar resistencia al conjunto. Pero la trayectoria evolutiva podría resultar difícil de seguir. La evolución de los organismos, incluidas las formas de vida colonial, implica el desarrollo de especializaciones, y el resultado de cada paso evolutivo es heredable. La naturaleza repetitiva de la vida garantiza la propagación de la complejidad. En cambio, para nuestra alternativa sintética, deberían producirse varios acontecimientos casuales para que una colonia idónea pudiera convertirse en una unidad y deberían desarrollarse mecanismos adicionales para propagar el colectivo en nuevos elementos de plástico. Para convertirlo en realidad podría ser necesario un tiempo excesivamente largo.

Plantas neuronales

¿Las plantas son inteligentes? Esta es una cuestión muy controvertida. Si la hipótesis del movimiento es correcta y los cerebros son principalmente el resultado de una presión selectiva para gestionar los entornos cambiantes, parece que las plantas no tienen cabida. Habida cuenta de su capacidad para captar la energía del sol, están muy limitadas a permanecer en una ubicación específica. Se denominan organismos sésiles, y la ventaja de no tener que buscar energía podría haber limitado en gran parte su potencial para desarrollar un conocimiento complejo.

Plantas neuronales, Ricard Solé © Ricard Solé

Algunos autores aseguran que existen diversas características de la arquitectura y la fisiología de las plantas que recuerdan a determinadas características de los sistemas neuronales. Las plantas carecen de neuronas, sin embargo, gracias a un potente sistema de comunicación química, tienen capacidad limitada de memoria y aprendizaje, y presentan rasgos cooperativos notables. Pero carecen de cerebro. ¿La evolución podría generar plantas neuronales?

Lo ilustramos en el último dibujo con una planta imaginaria, cuyas semillas están conectadas a neuronas que podrían proporcionar mecanismos de detección rápida que, por ejemplo, hicieran saltar las semillas a animales que las transportaran a la distancia adecuada. También podríamos pensar en formas alternativas de actuar como depredadores. Las plantas carnívoras, que suelen vivir en entornos anegados de agua y con escasez de nutrientes, pueden capturar insectos que les proporcionen los minerales necesarios ausentes en su hábitat. ¿Este comportamiento depredador podría expandirse con una mente ampliada, por ejemplo, como lo hacen las arañas? Podríamos imaginar una planta neuronal capaz de crear una red para atraer y capturar insectos o incluso pequeños roedores y pájaros. Una vez muertos, habría una gran cantidad de materia orgánica disponible. ¿Esta planta alternativa podría existir en una biosfera alternativa? No podemos responder a esta pregunta, pero debemos tener en cuenta que las plantas han sido las grandes transformadoras del planeta y han conquistado (y creado) paisajes durante millones de años, hasta que emergieron de los hábitats marinos y se adaptaron al contexto terrestre. Durante este largo período de tiempo, ha evolucionado una enorme diversidad de diseños y adaptaciones. Ninguno de ellos se acerca a nuestra imagen alternativa. Quizá la energía de la luz sea suficiente y demasiado económica para que las plantas inviertan en conocimiento.