LOS ESTRATOS OCULTOS

FRANK WILCZEK

Físico del Instituto Tecnológico de Massachusetts; ganador del Premio Nobel de Física del año 2004; autor de La ligereza del ser.

La primera vez que di lecciones de piano, el simple hecho de acertar en cada una de las notas requería toda mi atención. Con la práctica comencé a emplear fraseos y acordes musicales. Y al final conseguí tocar una música de muy superior calidad y con muchísimo menos esfuerzo consciente.

Algo muy intenso había sucedido en mi cerebro.

Evidentemente, este tipo de experiencias resulta extremadamente común. Algo similar sucede, por ejemplo, cada vez que alguien aprende un nuevo idioma, alcanza a dominar un juego que desconocía o logra sentirse más cómodo en un entorno nuevo. Es altamente probable que en todos estos casos intervenga un mismo mecanismo. Y creo además que resulta posible identificar, siquiera a grandes rasgos, cuál es ese mecanismo: lo que hacemos es generar un conjunto de estratos ocultos.

El concepto científico de un estrato oculto surgió del estudio de las redes neurales. En este caso una pequeña imagen vale más que mil palabras.

En dicha imagen, el flujo de la información avanza de arriba abajo. Las neuronas sensoriales —es decir, los globos oculares de la parte superior del dibujo— toman los datos de entrada del mundo exterior y los codifican de la manera adecuada (que en este ejemplo es un conjunto de impulsos eléctricos, dado que eso es lo que transmiten las neuronas del cerebro, y una serie de datos numéricos en el caso de las «neuronas» informáticas de las redes neurales artificiales). Las neuronas sensoriales transmiten esta información codificada a otras neuronas, las situadas en el estrato inmediatamente inferior. Las neuronas efectoras —esto es, las estrellas situadas en la parte baja del croquis— envían las señales a los dispositivos de salida, que por regla general son los músculos si hablamos de las neuronas biológicas, o los terminales de un ordenador si nos encontramos en el contexto de una red neural creada por el ser humano. En el medio se encuentran una serie de neuronas que ni perciben el mundo exterior ni actúan sobre él. Estas interneuronas se comunican únicamente con otras neuronas, y son las integrantes de los estratos ocultos.

Las primeras redes neurales artificiales carecían de estratos ocultos. Sus datos de salida eran, por consiguiente, una función relativamente simple de sus datos de entrada. Esos «perceptrones» compuestos por dos capas neurales, una de entrada y otra de salida, presentaban un abrumador cuadro de limitaciones. No hay forma, por ejemplo, de diseñar un perceptrón que, puesto frente a una serie de imágenes diferentes integradas por una secuencia de círculos negros sobre un fondo blanco, alcance a contar el número de círculos. Hubo que esperar hasta la década de 1980, esto es, transcurridas ya más de dos décadas y media desde que se realizaron los primeros trabajos en este campo, para que la gente comprendiese que el simple hecho de incluir siquiera uno o dos estratos ocultos podía incrementar enormemente las capacidades de las redes neurales. En la actualidad, este tipo de redes de múltiples capas se utilizan, por ejemplo, para extraer las pautas de comportamiento que se registran tras las explosiones de partículas surgidas de las colisiones de alta energía que se provocan en el Gran Colisionador de Hadrones de Ginebra. Estas redes son capaces de efectuar esta clase de tareas de un modo mucho más rápido y fiable que cualquier ser humano.

En el año 1981, David Hubel y Torsten Wiesel fueron galardonados con el Premio Nobel por haber alcanzado a comprender la labor que realizan las neuronas del córtex visual. Estos dos autores conseguirían mostrar que los sucesivos estratos ocultos del sistema comienzan por desgajar, de las escenas visuales con las que entran en contacto, aquellas características provistas de una elevada probabilidad de resultar significativas (como, por ejemplo, la ocurrencia de cambios acusados de brillo o de color, dado que esto es lo que acostumbra a indicar el perfil que limita la silueta de los objetos) para luego proceder a ensamblar todos esos datos hasta constituir un conjunto de totalidades coherentes (es decir, los objetos subyacentes).

En todos y cada uno de los instantes de nuestra vida consciente adulta estamos traduciendo las pautas que agrupan los fotones que impactan en nuestra retina al modo de una materia prima sin desbastar —unos fotones que llegan, además, de todas partes, procedentes de un auténtico caos de fuentes no clasificadas, y que por añadidura se proyectan sobre una superficie bidimensional— y construyendo con ellas el ordenado mundo visual en tres dimensiones que experimentamos. Dado que todo este proceso no implica ningún esfuerzo consciente, tendemos a no dar la menor importancia a este milagro cotidiano. Sin embargo, cuando los ingenieros tratan de replicar este fenómeno en el ámbito de la visión robótica se ven obligados a aceptar una buena cura de humildad. Desde el punto de vista humano, la visión de los robots sigue siendo en nuestros días una facultad notablemente primitiva. Hubel y Wiesel nos mostraron en su momento la arquitectura que ha empleado la naturaleza para dar solución al problema. Y se trata justamente de una arquitectura generada a base de estratos ocultos.

Los estratos ocultos se encarnan en una concreta y específica modalidad física de idea de la emergencia, popular a la par que vaga y abstracta. Todas y cada una de las neuronas que integran uno de esos estratos ocultos posee una plantilla. Al activarse, la neurona envía señales generadas por ella misma al siguiente estrato, y esto además en el preciso instante en el que la pauta de la información que está recibiendo esa neurona del estrato anterior coincide (con cierto margen de tolerancia) con las especificaciones de dicha plantilla. No obstante, esto equivale a decir, en la jerga propia de los sistemas de habilitación de precisión, que la neurona define, y por consiguiente crea, un nuevo concepto emergente.

Al reflexionar sobre los estratos ocultos resulta importante distinguir entre la eficiencia rutinaria de una buena red neural y la potencia de la misma, por un lado (una vez que dicha red ha sido creada), y el difícil problema de cómo crearla, por el otro (y que obviamente es la primera tarea a efectuar). Dicha distinción se refleja en la diferencia a la que antes aludíamos entre la experiencia de tocar el piano (o si se quiere, la de montar en bicicleta o la de nadar) una vez que ya se ha aprendido a hacerlo (esto es, cuando ya resulta fácil) y el proceso de aprendizaje por el que habremos tenido que iniciar esa particular andadura (y que revela ser la parte difícil). Uno de los grandes problemas irresueltos de la ciencia estriba justamente en alcanzar a comprender exactamente cómo llegan a establecerse los nuevos estratos ocultos en el conjunto general de los circuitos neurales. No resisto la tentación de decir que se trata de la mayor de las cuestiones pendientes.

Liberado de su origen —que se encuentra anclado en las redes neurales—, el concepto de los estratos ocultos ha terminado convirtiéndose en una versátil metáfora dotada de una auténtica capacidad explicativa. Pondré un ejemplo: en el ámbito de los trabajos que realizo en física he tenido la oportunidad de observar muchas veces el impacto que tiene idear nuevos nombres para las cosas. Al inventar Murray Gell-Mann la noción de «quarks», lo que estaba haciendo era asignar una denominación concreta a un paradójico patrón de acontecimientos. Una vez admitida la existencia de dicho patrón, los físicos se enfrentaron al reto de perfeccionar la idea, convirtiéndola en un elemento de precisión y coherencia matemáticas —¡sin embargo, el paso crucial que permitiría que los científicos se propusieran resolver ese problema consistía, claro está, en identificarlo!—. Asimismo, al imaginar yo la palabra «anyones» para denotar aquellas partículas teoréticas que únicamente pueden existir en dos dimensiones, sabía que había puesto el dedo en una llaga: la de un conjunto de ideas coherentes, pero desde luego no alcanzaba a prever la maravillosa evolución que iban a experimentar esas ideas ni cómo se encarnarían en el mundo real. En casos como este, los nombres crean nuevos nodos en los estratos ocultos del pensamiento.

Estoy convencido de que el concepto general de estratos ocultos capta varios aspectos profundos de la forma en que las distintas mentes —ya sean humanas, animales o extraterrestres; pasadas, presentes o futuras— realizan la labor que les ha sido encomendada. Las mentes crean conceptos útiles al conferirles una corporeidad específica, a saber, la de elementos susceptibles de ser reconocidos por los estratos ocultos. ¡Y no me digan que no es hermoso que la noción misma de «estratos ocultos» resulte ser, a su vez, un concepto extremadamente útil que merece ser incorporado al conjunto de los estratos ocultos que pululan por doquier!