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del Sitio Web QuantaMagazine
traducción de
Adela Kaufmann
RevistaQuanta
Una nueva matemática muestra cómo, contrariamente a la opinión científica convencional, seres conscientes y otras entidades macroscópicas podrían tener una mayor influencia sobre el futuro de lo que lo tiene la suma de
sus componentes microscópicos.
En su obra 1890, Principios de Psicología, William James invoca a Romeo y Julieta para ilustrar lo que hace a los seres conscientes tan diferentes de las partículas que los componen.
Erik Hoel de 29 años de edad, neuro-científico teórico y escritor, citó el pasaje en un ensayo reciente (Agent Above, Atom Below - How agents causally emerge from their underlying microphysics) en la que presentó su nueva explicación matemática de cómo surgen la conciencia y la mediación.
La existencia de agentes - seres con intenciones y comportamiento orientado a metas - ha parecido siempre en profunda contradicción con el supuesto reduccionista que todo comportamiento surge de las interacciones mecánicas entre partículas.
La mediación no existe entre los átomos, y así el reduccionismo sugiere que no existen en absoluto mediadores: que los deseos de Romeo y estados psicológicos no son las causas reales de sus acciones, sino que simplemente se aproximan a las desconocidas y complicadas causas y efectos entre los átomos en su cerebro y sus alrededores.
La teoría de Hoel, llamada "emergencia causal" rechaza rotundamente esta hipótesis reduccionista.
Erik Hoel, Neurocientífico teórico
de la Universidad de Columbia.
Usando el lenguaje matemático de la teoría de la información, Hoel y sus colaboradores afirman que demuestran que las nuevas causas - cosas que producen efectos - pueden emerger a escalas macroscópicas.
Dicen que los estados macroscópicos de grano grueso de un sistema físico (como el estado psicológico de un cerebro) pueden tener más poder causal sobre el futuro del sistema de que una descripción más detallada, de grano fino del sistema pudiera posiblemente tener.
Los estados macroscópicos, tales como deseos o creencias,
Hoel y sus colaboradores han estado desarrollando las matemáticas detrás de su idea desde 2013.
En un artículo de mayo (When the Map is Better Than the Territory) en la revista Entropía, Hoel coloca la aparición causal sobre una base teórica más firme al mostrar que las escalas macro ganan poder causal exactamente de la misma manera, matemáticamente, y que los códigos de corrección de errores aumentan la cantidad de información que puede ser enviada a través de canales de información.
Al igual que los códigos reducen el ruido (y por lo tanto la incertidumbre) en los datos transmitidos - la perspectiva de 1948 de Claude Shannon que formó la base de la teoría de la información - Hoel afirma que los estados macro también reducen el ruido y la incertidumbre en la estructura causal de un sistema, fortaleciendo las relaciones causales y haciendo más determinista el comportamiento del sistema.
Ellis piensa que la aparición causal podría explicar muchos fenómenos emergentes, tales como la superconductividad y las fases topológicas de la materia.
Los sistemas colectivos como bandadas de aves y super-organismos - e incluso las estructuras simples como los cristales y las olas - también podrían exhibir aparición causal, dijeron los investigadores.
El trabajo sobre la emergencia causal aún no es ampliamente conocido entre los físicos, que durante siglos han tenido una visión reduccionista de la naturaleza y en gran medida han evitado una mayor reflexión filosófica sobre el asunto. Pero en las interfaces entre la física, la biología, la teoría de la información y la filosofía, donde afloran los rompecabezas, las nuevas ideas han generado entusiasmo.
Su utilidad final para explicar el mundo y sus misterios - incluyendo la conciencia, otros tipos de emergencia, y las relaciones entre los niveles micro y macro de la realidad - se reducirá a si Hoel ha clavado la notoria y difícil noción de la causalidad:
Una teoría de la Causa
En un accidente fatal por conducir ebrio ¿cuál es la causa de la muerte?
Los médicos dirán que la causa es la ruptura de un órgano, mientras que un psicólogo culpará a una capacidad deteriorada de toma de decisiones y un sociólogo señalará las actitudes PERMISIVAS del alcohol.
Biólogos, químicos y físicos, a su vez, ven causas cada vez más elementales.
Las verdaderas causas, para un físico, son las fuerzas fundamentales actuando entre las partículas; todos efectos en cadena a partir de ahí.
De hecho, estas fuerzas, cuando pueden ser aisladas, aparecen perfectamente deterministas y fiables - los físicos pueden predecir con gran precisión los resultados de las colisiones de partículas en el Gran Colisionador de Hadrones, por ejemplo.
En este punto de vista, causas y efectos son difíciles de predecir a partir de primeros principios sólo cuando hay demasiadas variables para realizar un seguimiento.
Es algo audaz hablar de las matemáticas de la causalidad. Simon DeDeo
Por otra parte, los filósofos han argumentado que el poder causal existente en dos escalas a la vez sería el doble de lo que el mundo necesita; para evitar la doble contabilización, el "argumento de exclusión" dice que todo poder causal debe originarse en el nivel micro.
Pero es casi siempre más fácil hablar de causas y efectos en términos de entidades macroscópicas.
Cuando buscamos la causa de un accidente automovilístico fatal, o la decisión de Romeo a comenzar a subir,
Amable y de complexión larga, Hoel creció leyendo libros en Jabberwocky, la librería de su familia en Newburyport, Massachusetts.
Estudió escritura creativa como estudiante y tenía previsto convertirse en escritor (todavía escribe ficción y ha comenzado una novela.) Pero también puso de relieve la cuestión de la conciencia - lo que es, y por qué y cómo la tenemos - porque lo vio como un tema científico inmaduro que permitía la creatividad.
Para la universidad, se fue a Madison, Wisconsin a trabajar con Giulio Tononi - la única persona en ese tiempo, según Hoel, que tenía una verdadera teoría científica de la conciencia.
Tononi concibe la conciencia como información: bits que están codificados, no en los estados de neuronas individuales, sino en la compleja red de neuronas, que se enlazan juntas en el cerebro en conjuntos más y más grandes.
Tononi argumenta que este especial "información integrada" corresponde al estado unificado e integrado que experimentamos como conciencia subjetiva. La teoría de la información integrada ha ganado importancia en los últimos años, como ha sido derivado de debates acerca de si es un poder preciso y suficiente para la conciencia.
Pero cuando Hoel llegó por vez primera a Madison en 2010, sólo dos de ellos estaban trabajando en ello allí.
Giulio Tononi, un neurólogo y psiquiatra de la Universidad de Wisconsin, Madison,
muy conocido por sus investigaciones sobre el sueño y la conciencia.
Tononi le dio a Hoel la tarea de la exploración de la relación matemática entre las escalas generales y la información.
Los científicos se centraron más adelante en cómo la cantidad de información integrada en una red neural cambia a medida que asciende la jerarquía de escalas espacio-temporales, viendo los vínculos entre los grupos cada vez mayores de neuronas.
Tenían la esperanza de averiguar qué tamaño de conjunto podría estar asociado con el máximo de información integrada - y por lo tanto, posiblemente, con pensamientos y decisiones conscientes. Hoel se enseñó a sí mismo la teoría de la información y se sumergió en los debates filosóficos alrededor de la conciencia, el reduccionismo y la causalidad.
Hoel pronto vio que entendiendo que la forma en la que la conciencia emerge a escalas macro requeriría una forma de cuantificar el poder causal de los estados cerebrales.
Él se dio cuenta, dijo, que,
También leyó las obras del científico de la computación y filósofo Judea Pearl, que desarrolló un lenguaje lógico para estudiar las relaciones causales en la década de 1990 llamada cálculo causal.
Con Larissa Albantakis y Tononi, Hoel formalizó una medida del poder causal llamada "información efectiva", que indica el grado de eficacia que un estado particular influye en el estado futuro de un sistema.
(La información efectiva puede ser utilizada para ayudar a calcular la información integrada, pero es más simple y más general y, como la medida del poder causal, no se basa en las ideas de otros Tononi sobre la conciencia.)
Los investigadores demostraron que en los modelos simples de redes neuronales, la cantidad de información eficaz aumenta cuando usted ve magnificadas las neuronas en la red - es decir, trata a grupos de ellos como unidades individuales. Los estados posibles de estas unidades interconectadas forman una estructura causal, donde las transiciones entre estados pueden ser modeladas matemáticamente usando las denominadas cadenas de Markov.
A una cierta escala macroscópica, la información efectiva aumenta:
Al aumentar la magnificación, usted comienza a perder detalles importantes sobre la estructura causal del sistema.
Tononi y sus colegas plantean la hipótesis de que la escala de la causalidad pico debe corresponder, en el cerebro, a la escala de las decisiones conscientes; basado en los estudios de imágenes del cerebro, Albantakis adivina que esto podría suceder en la escala de microcolumnas neuronales, que consiste en alrededor de 100 neuronas.
La causalidad es lo que se necesita para dar estructura al universo. Larissa Albantakis
El surgimiento causal es posible, explicó Hoel, debido a la aleatoriedad y la redundancia que afecta la escala básica de las neuronas.
Como un simple ejemplo, dijo que imaginemos una red consistiendo en dos grupos de 10 neuronas cada uno. Cada neurona en el grupo A está vinculada a varias neuronas en el grupo B, y cuando una neurona en el grupo A se dispara, por lo general causa que una de las neuronas B se dispare también.
Exactamente qué es lo que vincula el disparo de las neuronas es impredecible.
Si, por ejemplo, el estado del grupo A es {1,0,0,1,1,1,0,1,1,0}, donde 1 y 0 representan las neuronas que se activan y las que no se activan, respectivamente, dando como resultado el estado del grupo B puede tener posibles combinaciones innumerables de 1s y 0s.
En promedio, seis neuronas en el grupo B se disparan, pero cuáles seis es casi al azar; el micro estado es irremediablemente indeterminista. Ahora, imagine que magnificamos de nuevo a través del sistema, por lo que esta vez, agrupamos todas las neuronas A juntas y simplemente contamos el número total que se disparan. El estado del grupo A es {6}.
Este estado es altamente probable que lleve al estado del grupo B también como siendo {6}. El estado macro es más fiable y eficaz; los cálculos muestran que tiene información más efectiva.
Un ejemplo del mundo real cimenta el punto.
Para cualquier sistema dado, la información efectiva alcanza su mejor momento en la escala con la estructura causal más grande y confiable.
Además de los agentes conscientes, Hoel dice que esto podría escoger las escalas naturales de las rocas, los tsunamis, los planetas y todos los demás objetos que normalmente notamos en el mundo.
Los experimentos de imágenes cerebrales están siendo planeados en Madison y Nueva York, donde el Hoel se ha unido al laboratorio del neurocientífico de Columbia Rafael Yuste.
Ambos grupos examinarán los cerebros de los organismos modelo para tratar de catalogarlos en escalas espacio-temporales en las que tienen un control más causal sobre el futuro. La actividad cerebral a estas escalas debe predice con mayor fiabilidad la actividad futura.
Como lo expresó Hoel,
Si los datos apoyan su hipótesis, van a ver los resultados como evidencia de un hecho más general de la naturaleza.
Nuevo Pensamiento Filosófico
Sara Walker, una físico y astro-bióloga de la Universidad del Estado de Arizona, que estudia los orígenes de la vida, espera que las medidas como la información efectiva y la información integrada ayudarán a definir lo que considera la escala de grises que conduce entre la no-vida y a la vida (con los virus y los ciclos celulares en algún lugar del área gris).
Walker ha estado colaborando con el equipo de Tononi en estudios de ciclos celulares reales y artificiales, con indicaciones preliminares de que, integrando la información, esto podría correlacionarse con estar vivo.
En otros trabajos recientes, el grupo Madison ha desarrollado una forma de medir la aparición causal llamado "caja-negra" que dicen que funciona bien para algo así como una sola neurona.
Una neurona no es simplemente el promedio de los átomos que lo componen y por tanto no es susceptible a la magnificación.
Poner en Caja-negra es como poner un cuadro alrededor de una neurona y medir las entradas y salidas generales de la caja, en lugar de asumir nada acerca de su funcionamiento interno.
Poner en "caja-negra" es la verdadera forma general de emergencia causal y es especialmente importante para los sistemas biológicos y de ingeniería", dijo Tononi en un correo electrónico.
Walker es también un fan de la nueva obra de Hoel que rastrea el eficaz seguimiento de la información y el surgimiento causal con los fundamentos de la teoría de la información y el teorema de los canales de Shannon.
Robert Bishop, un filósofo y físico en el Wheaton College, dijo,
La medida de Hoel tiene el encanto de ser simple, y refleja solamente la fiabilidad y el número de relaciones causales, pero de acuerdo con Bishop, podría ser uno de los varios sustitutos de la causalidad que aplican en diferentes situaciones.
Las ideas de Hoel no impresionan a Scott Aaronson, un científico teórico informático de la Universidad de Texas, Austin. Dice que el surgimiento causal no es radical en su premisa básica.
Después de leer ensayo reciente de Hoel del Instituto de Preguntas Fundamentales, "Agente Arriba, Átomo Abajo" (en el que se habla de Romeo y Julieta), Aaronson dijo,
No parecía tan obvio para otros, teniendo en cuenta cómo el argumento de exclusión ha obstaculizado los esfuerzos para conseguir manejarse en la causalidad de nivel superior.
Hoel dice que sus argumentos van más allá de lo que reconoce Aaronson, mostrando que,
Larissa Albantakis, Neurocientífico teórico
en la Universidad de Wisconsin, Madison.
Por otra parte, la aparición de causalidad no es meramente una afirmación acerca de nuestras descripciones o "historias causales" sobre el mundo, como sugiere Aaronson.
Hoel y sus colaboradores tienen como objetivo demostrar que las causas de nivel superior, - así como los agentes y otras cosas macroscópicas - existen ontológicamente.
La distinción se refiere a lo que el filósofo David Chalmers dice acerca de la conciencia:
Ella dice que es posible que la información efectiva podría,
La crítica que golpea Hoel y Albantakis el más duro es uno físicos a veces hacen al oír la idea:
Una réplica es que el conocimiento perfecto del universo no es posible, ni siquiera en principio.
Pero incluso si el universo podría ser pensado como una sola unidad que evoluciona de forma autónoma, esta imagen no sería informativa.
La Causalidad,
El tratamiento de causas es necesaria como herramienta real, para dar sentido al mundo.
Tal vez de alguna forma lo sabíamos desde el principio, como sostiene Aaronson, que las escalas más altas arrebatan el control de las escalas inferiores.
Pero si estos científicos tienen razón, entonces el surgimiento causal podría ser la forma en que esto funciona, matemáticamente.
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