Bloques de construcci´on

En s´ıntesis, los aspectos de co-determinaci´on y co-desarrollo en METAFORA´ , simula-

dos a trav´es de los procesos de filog´enesis, ontog´enesis y epig´enesis, se reflejan de la siguiente manera: el enfoque filogen´etico definir´a la base cognitiva innata a trav´es de la cual se producir´a el desarrollo epigen´etico y ontogen´etico subsecuente de la arquitec- tura; a partir de esto, el enfoque epigen´etico coordinar´a los mecanismos de aprendizaje de la arquitectura, los cuales son afectados por la interacci´on del agente con el entor- no; por otra parte, el enfoque ontogen´etico tendr´a la responsabilidad de gestionar la especializaci´on de Comportamientos, la orquestaci´on de los procesos conscientes, y la estructuraci´on de los planes deliberativos, a trav´es de procesos darwinianos; final- mente, el enfoque filogen´etico, retomando la base cognitiva modificada y adaptada por los procesos ontogen´eticos y epigen´eticos, se ocupar´a de coordinar, a trav´es de proce- sos co-evolutivos (en un entorno multi-agente), la recombinaci´on gen´etica de tres tipos de memes: (1) las unidades b´asicas de construcci´on de los Comportamientos (reglas simb´olicas y sub-simb´olicas), (2) las redes de comportamientos, y (3) los planes deli- berativos. El proceso contin´ua indefinidamente en un bucle de lazo cerrado.

A diferencia del modelo biol´ogico, en el enfoque filogen´etico de METAFORA´ no

ser´an evolucionadas las caracter´ısticas genot´ıpicas relacionadas con el fenotipo corpo- ral del agente, sino que ser´an evolucionadas las estructuras cognitivas, es decir, ser´an evolucionados los diferentes tipos memes y no los agentes como individuos (i.e., no se simular´a el proceso de reproducci´on que dar´a origen a nuevos agentes), y por tanto, ´esta ser´a una evoluci´on s´olo a nivel cognitivo. Obs´ervese que ´esta podr´ıa ser una manera inci- piente de transmisi´on cultural donde surge un nivel de “persistencia” de mayor jerarqu´ıa:

el comportamiento social entre agentes como fen´omeno emergente.

Para concluir, en cada uno de los enfoques (epigen´etico, ontogen´etico y filogen´etico) se implementar´an procesos darwinianos a diferentes escalas, empleando las M´aquinas Darwinianas descritas en el apartado 4.4.3.2 con el fin deadaptarcada nivel de organiza- ci´on de la arquitectura al entorno din´amico del agente.

4.5.

Bloques de construcci´on: Lego vs. Puzzle

En esta secci´on se describir´an, desde una perspectiva mecanicista, un conjunto de com- ponentes o bloques de construcci´on cibern´eticos de primer orden, los cuales pueden ser ensamblados entre s´ı para producir un modelo cognitivo articulable. La importancia de estos bloques, no se fundamenta en su capacidad de discretizar de forma f´ısica los compo- nentes identificables de la arquitectura, sino que, desde un punto de vista completamente diferente, identifican las relaciones de causa y efecto y las redes de bucles de retroali- mentaci´on entre dichos componentes de la arquitectura (como se trat´o anteriormente en el apartado 4.4).

La met´afora que ac´a se pretende aplicar es, que el dise˜no estructural y relacional de los componentes de una arquitectura cognitiva no se corresponde con el modelo de un puzzle donde todos los elementos, mecanismos, m´odulos, componentes y dem´as, enca- jan de una manera precisa y absurdamente acoplada, sino que por el contrario, corres-

 Cap´ıtulo 4. Naturaleza de la Soluci´on

ponde m´as con la definici´on de un conjunto de bloques, en analog´ıa a los usados en Lego7, los cuales se puedan ensamblar libremente entre s´ı, creando diferentes estructu- ras y articulando nuevos patrones que puedan dar origen a diferentes configuraciones de arquitecturas cognitivas.

La idea de los bloques de construcci´on, se inspirar´a en principios observados en los sistemas complejos, tales como los sistemas biol´ogicos, los sistemas electr´onicos, los sistemas mec´anicos, y los sistemas de vida artificial (Ashby, 1956; Levy, 1992; Grand, 2000). A continuaci´on, se describen los bloques de construcci´on que se emplear´an en el dise˜no de METAFORA´ :

El Modulador: un transistor electr´onico puede usar un flujo de causa y efecto –una se˜nal que rebota de electr´on a electr´on a lo largo de un cable– con el fin de modular otro flujo. ´Este se convierte en retroalimentaci´on cuando el flujo que est´a efectuando la modulaci´on es tambi´en el flujo que est´a siendo modulado. Si parte de la se˜nal de salida es retroalimentada de nuevo al origen, entonces el flujo se controla a s´ı mismo. A nivel biol´ogico, esto ocurre tambi´en con las enzimas, las cuales modulan la producci´on de sustancias qu´ımicas en el cuerpo. La modulaci´on es directa cuando se comunican se˜nales electroqu´ımicas a lo largo de las fibras nerviosas, y es difusa cuando se transmiten se˜nales qu´ımicas a trav´es del flujo sangu´ıneo, mediante el fluido entre las c´elulas o entre las neuronas en el cerebro.

El cerebro humano est´a lleno de neurotransmirores y neuromoduladores que con fre- cuencia env´ıan y reciben se˜nales qu´ımicas que recorren largas distancias. Por ejemplo, el cerebro necesita percatarse de qu´e tan hambriento est´a el individuo en un determina- do momento, y esta informaci´on no es accesible directamente del entorno, pero puede ser determinada por el monitoreo de los niveles de productos intermedios provenientes del sistema digestivo y del sistema respiratorio. METAFORA´ emplear´a losmoduladores

para articular el nivel de concentraci´on de las se˜nales que se env´ıan desde los diferentes m´odulos, permitiendo as´ı acelerar o ralentizar los procesos entre dichos m´odulos. Los moduladores, ser´an tambi´en de gran utilidad en la amplificaci´on o reducci´on del efecto de las se˜nales de refuerzo (retroalimentaci´on) que provienen tanto del ambiente, como del m´odulo Motivacional de la arquitectura.

El Transductor: por definici´on, en electr´onica un transductor es un dispositivo que transforma el efecto de una causa f´ısica, como la presi´on, la temperatura, la dilataci´on, la humedad, etc., en otro tipo de se˜nal, normalmente el´ectrica. En biolog´ıa, hace referencia a una entidad, por lo general una prote´ına o un conjunto de prote´ınas, que lleva a cabo la trasformaci´on de una acci´on hormonal en una actividad enzim´atica. Una neurona en el cerebro que emite un neurotransmisor est´a llevando a cabo una transducci´on entre una se˜nal el´ectrica y una qu´ımica. Cuando un sonido es convertido en se˜nales nerviosas por el o´ıdo, realiza una conversi´on de informaci´on difusa a informaci´on directa; cuando una se˜nal nerviosa en la gl´andula pituitaria causa la secreci´on de una hormona dentro del flujo sangu´ıneo, la transformaci´on es de directa a difusa.

En METAFORA´ , tanto las se˜nales directas como las difusas, se encargan de transmitir informaci´on que produce la activaci´on de alg´un componente, m´odulo, y/o mecanismo de la arquitectura. Por tanto, la diferencia entre estos dos tipos de se˜nales radica en que

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4.5. Bloques de construcci´on 

la se˜nal directa transmite informaci´on de activaci´on de forma inmediata, mientras que la se˜nal difusa permite la acumulaci´on paulatina de informaci´on (en analog´ıa con la difusi´on qu´ımica en el cerebro) hasta que se alcanza un umbral determinado de activaci´on, despu´es del cual es disparada una acci´on, una conducta, una emoci´on, etc. As´ı pues, el transductor se encargar´a de convertir estos dos tipos de se˜nales en ambas direcciones.

Adicionalmente, existen otros dos tipos de informaci´on que requieren un proceso de conversi´on: la simb´olica y la sub-simb´olica. Como se ha discutido antes, METAFO´ -

RAhibridiza estos dos tipos de informaci´on (o conocimiento) en diversos m´odulos de la arquitectura. A fin de permitir la comunicaci´on y sincronizaci´on entre los m´odulos de representaci´on simb´olica (Cognitivista) y los m´odulos de representaci´on sub-simb´oli- ca (Emergente), se definen dos tipos de transductores: el transductor-ad que traduce las se˜nales an´alogas (simb´olicas) en se˜nales digitales o binarias (sub-simb´olicas), y el

transductor-da que efect´ua la acci´on contraria, traduce las se˜nales digitales en se˜nales an´alogas.

El Diferenciador: en ocasiones, lo que importa no es el nivel absoluto de una se˜nal sino cu´al es su tasa de cambio, o incluso, c´omo “cambia” su tasa de cambio. Una de las principales razones por las que un diferenciador puede ser ´util para un sistema biol´ogico, es que ´este permite determinar si la intensidad de una se˜nal incrementa o disminuye. Por ejemplo, es posible que un par de reacciones qu´ımicas del cerebro produzcan alguna sustancia cuya concentraci´on es la medida de qu´e tan r´apido se eleva la concentraci´on de otra sustancia. Este qu´ımico debe entonces activar un quimoreceptor en el cerebro que inicia una respuesta a partir de ´este.

Este bloque de construcci´on ser´a ´util en el dise˜no de METAFORA´ , principalmente en

el control del foco de atenci´on del agente. Por ejemplo, sup´ongase que el agente fija su atenci´on en un objeto de su entorno, sin embargo, si este objeto no sufre cambio alguno con el paso del tiempo, el agente deber´a perder gradualmente su inter´es sobre ´este, a fin de cambiar el foco de atenci´on en otros objetos que s´ı requieran su atenci´on. En el momento en que aparezca repentinamente un objeto en el campo de percepci´on del agente, ´este deber´a recibir con mayor intensidad la se˜nal de dicho objeto mientras las se˜nales de los objetos ya presentes en el campo de percepci´on ir´an perdiendo poco a poco su intensidad, y el agente estar´a en capacidad de identificar este cambio de intensidad de la se˜nal de los objetos percibidos y, decidir as´ı, hacia d´onde debe enfocar su atenci´on nuevamente. Algo similar podr´ıa ocurrir con los elementos que el agente almacenar´a en la memoria de corto plazo, donde los elementos almacenados pierden gradualmente el “derecho” de permanecer en la memoria y son eliminados para dar espacio a nuevos elementos que se encuentren en un estado actual de procesamiento.

El Integrador: complementa la acci´on del anterior. En lugar de detectar los cambios en una se˜nal, el integrador mide la cantidad total de se˜nales que llegan en un per´ıodo de tiempo. En ocasiones la integraci´on es usada para convertir una se˜nal de frecuencia mo- dulada en una se˜nal de amplitud modulada. Los impulsos nerviosos son enviados desde y hacia el cerebro como flujos de peque˜nas “descargas el´ectricas”, cuanto m´as cerca se produzcan estas descargas el´ectricas, m´as imperativa ser´a la se˜nal.

En el dise˜no de METAFORA´ se emplear´an los integradores en diversos componentes

 Cap´ıtulo 4. Naturaleza de la Soluci´on

estado interno del agente), y cuando estas se˜nales acumulen la suficiente intensidad so- brepasando el umbral de activaci´on de una neurona (determinado por un integrador), ´esta se disparar´a y enviar´a un “impulso el´ectrico” a las neuronas con quien est´e conectada. Al- go muy similar ocurre con las din´amicas de activaci´on en las Redes de Comportamientos, o con las Redes Inmunes Artificiales, como se ver´a en cap´ıtulos posteriores. Tambi´en se aplicar´an los integradores, en cada componente h´ıbrido especializado (Comportamien- to) de la arquitectura, de manera tal que las distintas acciones recomendadas por cada componente delComportamiento, se integrar´an en una ´unica salida que determinar´a una acci´on a ejecutar por el agente.

El Oscilador: todas las redes auto-organizadas que conforman la arquitectura conten- dr´an bucles de retroalimentaci´on, donde la salida de uno de los componentes cambiar´a fi- nalmente su propia entrada, la cual a su vez cambiar´a su salida, y de all´ı nuevamente la entrada. . . Bajo ciertas circunstancias este proceso de causa y efecto nunca se detendr´a, y el resultado es lo que se denominar´a un oscilador. En los circuitos electr´onicos, los osciladores vienen en una gran variedad de tipos, pero indiscutiblemente involucran una retroalimentaci´on positiva y un retardo (delay). Los osciladores en la naturaleza, definen los ritmos biol´ogicos, como es el caso del sue˜no. En ausencia de la noche o del d´ıa, el cuerpo tiende a perder el ritmo circadiano8, que luego se sincroniza con la rotaci´on de la tierra.

Los osciladores ser´an de gran utilidad en el dise˜no de METAFORA´ cuando se definan los ritmos temporales en los que deben activarse ciertos procesos internos en el agente. Por ejemplo, de acuerdo con el proceso darwiniano que se est´e ejecutando en cierta escala de tiempo, se activar´an ciertos procesos de clonaci´on y recombinaci´on (en anticuerpos, memes, etc.), los cuales volver´an a ser ejecutados despu´es de que el agente haya cumplido nuevamente un ciclo de interacci´on con el entorno. Por otro lado, los osciladores ser´an tambi´en ´utiles a la hora de simular motivadores y emociones b´asicas en el agente. Por ejemplo, si se desea simular el estadohsedientoien el agente, ´este no ser´a un estado que se mantendr´a por siempre, sino que, por el contrario, aumentar´a en la medida que el agente realice desplazamientos y disminuir´a en la medida que el agente satisfaga su deseo de beber agua, sin embargo, tampoco resulta conveniente que el agente beba agua indefinidamente, sino que el agente llegar´a luego a un estado dehsaciadoi, el cual determinar´a que la cantidad de agua bebida ha sido suficiente, y de nuevo se inicia el ciclo: el agente sigue desplaz´andose y con el tiempo disminuir´a su cantidad de agua almacenada, activ´andose nuevamente el estado dehsedientoi. . . .

El Trinquete: es un dispositivo que dirige la adaptaci´on del sistema hacia adelante, previniendo que los cambios se deshagan una vez hayan sido incorporados. En t´erminos evolutivos, el trinquete de la selecci´on natural opera en una poblaci´on que var´ıa alea- toriamente, manteniendo todos los cambios “buenos” (debido a que las criaturas m´as adaptadas tienen mayor probabilidad de pasar sus genes a la siguiente generaci´on) y des- cartando aquellos que son “malos”. En electr´onica, la implementaci´on de un trinquete es llamado “diodo”: un dispositivo que permite que la corriente fluya a trav´es de ´este en una sola direcci´on y no en otra.

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Perteneciente o relativo a un per´ıodo de aproximadamente 24 horas. Se aplica especialmente a ciertos fen´omenos biol´ogicos que ocurren r´ıtmicamente alrededor de la misma hora, como la sucesi´on de vigilia y sue˜no.

4.5. Bloques de construcci´on 

La evoluci´on probablemente tenga cierta tensi´on, debido a que mientras que las espe- cies se adaptan cada vez m´as a su nicho, el n´umero de mejoras futuras disminuye. Sin embargo, debido a que los entornos est´an en constante cambio y debido a que las carre- ras armamentistas evolutivas contin´uan aumentando la competencia, esta tensi´on es con frecuencia aliviada y de esta manera la evoluci´on nunca se detiene por completo. La primera ley de la biolog´ıa –la adaptaci´on– frecuentemente yace en trinquetes que no pro- ducen tensi´on: parte del sistema se mueve hacia adelante tan r´apido como puede, y luego se estanca en ese lugar mientras el resto se adapta lentamente hacia ´el (Grand, 2000).

En METAFORA´ , se emplear´an diversos trinquetes evolutivos, desde los niveles adap-

tativos de orden inferior como en las RNAs adaptativas y el mecanismo de adaptaci´on de los SIAs, hasta los mecanismos de evoluci´on en las RCs y Planes, y la co-evoluci´on de memes. Como se ver´a m´as adelante, el trinquete evolutivo permitir´a que la adaptaci´on avance hasta cierto punto y luego se estanque en un punto estable del sistema (e.g., en el caso de los SIAs, produciendo una memoria inmune estable a trav´es de la selecci´on elitista de anticuerpos mejor adaptados), donde nuevamente el proceso evolutivo explo- tar´a en busca de diversidad y adaptaci´on. A continuaci´on se mencionan cuatro bloques de construcci´on que en cooperaci´on con el trinquete, dirigen el proceso evolutivo darwi- niano a diferentes escalas de la arquitectura: el replicador, el recombinador, el mutador, y el selector.

El Replicador: se encargar´a de crear “copias” o clones de una pauta espec´ıfica. Di- cha pauta puede ser una caracter´ıstica estructural de METAFORA´ codificada como una

cadena de genes, o puede ser tambi´en una pauta cultural, es decir, un meme. Esta infor- maci´on de los clones es copiada con cierta semifidelidad. En t´erminos electr´onicos, se podr´ıa hacer una analog´ıa con un repetidor, el cual toma una se˜nal d´ebil o de bajo nivel y la retransmite a una potencia o a un nivel m´as alto, pudiendo as´ı cubrir distancias m´as largas sin degradaci´on o con una degradaci´on tolerable de la se˜nal. El replicador, “re- transmitir´a” las pautas espaciotemporales a fin de hacerlas m´as persistentes en el tiempo, y como consecuencia, las har´a m´as “potentes” al producir una mayor cantidad de clones de una pauta espec´ıfica, la cual competir´a con otras pautas por lograr cierta resonancia al momento de conjeturar, realizar procesos de razonamiento, planificar, etc.

El Mutador: tiene como finalidad incluir una se˜nal de ruido en la se˜nal original. En t´erminos biol´ogicos, el operador de mutaci´on inserta alteraciones en el c´odigo gen´eti- co produciendo as´ı errores de copia (como los producidos por los rayos c´osmicos). La mutaci´on de las copias de pautas espaciotemporales permitir´a insertar diversidad en la exploraci´on de nuevas soluciones, lo cual evitar´a que el sistema caiga indefinidamente en estados mon´otonos.

El Recombinador: se encargar´a de barajar las cartas, por decirlo de alguna forma. Tomar´a la informaci´on de dos pautas (que cumplir´an el rol de pautas padres) a partir de las cuales se crear´an dos nuevas pautas (pautas hijas) que contendr´an informaci´on com- binada de las dos pautas padres. Este componente tambi´en agrega diversidad al proceso darwiniano que se lleva a cabo en los diferentes niveles de organizaci´on de METAFORA´ .

El Selector: se encarga de realizar un filtrado de la informaci´on que se transmi- te entre los m´odulos de la arquitectura. Debido a que los componentes de METAFORA´

 Cap´ıtulo 4. Naturaleza de la Soluci´on

elementoscompitiendo por enviar su se˜nal tanto al exterior como a otros componentes internos de la arquitectura. De esta manera, el selector se encargar´a de escoger aquellos elementos m´as aptos para que env´ıen su se˜nal. En t´erminos evolutivos, este componente se ocupar´a de dirigir el proceso de selecci´on natural, que en el caso de METAFORA´ , ser´ıa

la selecci´on “artificial” que se hace en los distintos procesos darwinianos llevados a cabo