La inteligencia artificial ahora puede producir ensayos galardonados y ayudar a los médicos a diagnosticar enfermedades con una precisión impresionante. Sin embargo, cuando se trata de una verdadera flexibilidad mental, el cerebro vivo todavía tiene claras ventajas.
Los humanos se adaptan a nuevas situaciones e información con extraordinaria facilidad. Aprender software de computadora desconocido, probar una nueva receta o descubrir las reglas de un nuevo juego a menudo sucede rápidamente para los humanos, mientras que los sistemas de inteligencia artificial generalmente luchan “sobre la marcha” para adaptarse y aprender de manera efectiva en tiempo real.
En un nuevo estudio, neurocientíficos de la Universidad de Princeton identificaron una razón clave para esta diferencia. El cerebro humano reutiliza repetidamente los mismos “bloques” cognitivos en diferentes situaciones, combinándolos y recombinándolos para crear nuevos patrones de comportamiento.
“Los modelos sofisticados de IA pueden alcanzar un rendimiento humano, o incluso sobrehumano, en tareas individuales. Pero tienen dificultades para aprender y realizar una variedad de tareas”, dijo Tim Bushman, autor principal del estudio y director asociado del Instituto de Neurociencia de Princeton. “Descubrimos que el cerebro es flexible porque puede reutilizar componentes del conocimiento en diferentes tareas. Al juntar estos ‘Legos cognitivos’, el cerebro puede crear nuevas tareas”.
El estudio fue publicado el 26 de noviembre en la revista la naturaleza.
Constructivismo: reutilizar habilidades en situaciones nuevas
Si uno ya sabe cómo tunear una bicicleta, aprender a reparar una motocicleta puede ser más sencillo. La creatividad es la capacidad de crear una nueva habilidad a partir de otras simples y familiares derivadas de experiencias relacionadas.
“Si ya sabes cómo hornear pan, puedes usar esta habilidad para hornear un pastel sin tener que aprender a hornear desde cero”, dijo Sina Tafazoli, PhD, investigadora postdoctoral en el Bushman Lab de Princeton y autora principal del nuevo estudio. “Se reutilizan las habilidades existentes (usar un horno, medir ingredientes, amasar) y combinarlas con otras nuevas, como batir y hacer glaseado, para crear algo completamente diferente”.
Hasta ahora, la evidencia sobre exactamente cómo el cerebro sustenta este tipo de pensamiento compositivo flexible es limitada y, a veces, contradictoria.
Para obtener una imagen más clara, Tafazoli entrenó a dos macacos rhesus machos para realizar tres tareas relacionadas mientras registraban la actividad en sus cerebros.
Examinar la flexibilidad con tareas de categorización visual.
En lugar de tareas del mundo real como hornear o reparar bicicletas, se pidió a los animales que realizaran tres tareas de categorización visual. En una pantalla, vieron una serie de burbujas de colores parecidas a globos. Su tarea era decidir si cada gota parecía un conejo o la letra “T” (categorización de formas) o si parecía más roja o más verde (categorización de colores).
El desafío fue más difícil de lo que parecía. Las manchas variaron en cuán claras eran las diferencias. Algunas imágenes se parecían claramente a un conejo o eran claramente rojas, mientras que otras no eran claras y requerían un juicio cuidadoso para separar las categorías.
Para tomar una decisión sobre la forma o el color, cada mono indicó su respuesta mirando en una de las cuatro direcciones diferentes en la pantalla. En una versión de la tarea, por ejemplo, mirar hacia la izquierda significaba que el animal juzgaba que la masa era un conejo, mientras que mirar hacia la derecha indicaba que se parecía más a una “T”.
Una parte importante del experimento fue que cada tarea tenía sus propias reglas específicas, pero compartía elementos clave con las demás.
Una tarea de color y una tarea de forma requerían que los animales miraran en la misma dirección para indicar sus preferencias, mientras que ambas tareas de color pedían a los monos que categorizaran los colores de la misma manera (como más rojo o más verde) pero que miraran en diferentes direcciones al señalar su juicio de color (categorización de color).
Este diseño permite a los investigadores ver si el cerebro reutiliza los mismos patrones neuronales o bloques de construcción cognitivos, siempre que las tareas comparten ciertas características.
La corteza prefrontal como centro de bloques cognitivos reutilizables
Después de examinar los patrones de actividad cerebral, Tafazoli y Bushman descubrieron que la corteza prefrontal, un área en la parte frontal del cerebro involucrada en el pensamiento y la toma de decisiones de nivel superior, tenía varios patrones de actividad repetitivos. Estos patrones aparecían cada vez que grupos de neuronas trabajaban juntas para lograr un objetivo común, como distinguir colores.
Bushman se refiere a estos patrones como los “Legos cognitivos” del cerebro, un conjunto de bloques de construcción que pueden ensamblarse de manera flexible para crear diferentes comportamientos.
“Pienso en un bloqueo cognitivo como una función en un programa de computadora”, dijo Bushman. “Un conjunto de neuronas puede discriminar colores y su salida puede asignarse a otra función que ejecuta una acción. Esa organización permite al cerebro realizar una tarea ejecutando secuencialmente cada componente de esa tarea”.
Para una tarea de color, por ejemplo, el cerebro combinará un bloque que determina el color de la imagen con otro bloque que dirige los movimientos oculares en direcciones específicas. Cuando el animal cambia a una tarea diferente, como juzgar la forma en lugar del color mientras usa el mismo movimiento ocular, el cerebro activa el bloque para procesar la forma con el bloque para el mismo movimiento ocular.
Esta distribución de bloqueos apareció principalmente en la corteza prefrontal y no se observó en la misma medida en otras regiones del cerebro. El hallazgo sugiere que este tipo de composición puede ser una característica distintiva de la corteza prefrontal.
Bloquear encendido y apagado para enfocar más nítidamente
Taffazoli y Bushman también observaron que la corteza prefrontal silenciaba ciertos bloqueos cognitivos cuando no eran necesarios. Esto ayuda al cerebro a concentrarse en la tarea más relevante en un momento dado.
“El cerebro tiene una capacidad limitada de control cognitivo”, afirmó Tafazoli. “Tienes que reducir algunas de tus habilidades para poder concentrarte en lo que es actualmente importante. Centrarte en la categorización de formas, por ejemplo, reduce momentáneamente tu capacidad para codificar el color porque el objetivo es la discriminación de formas, no del color”.
Al activar y suprimir selectivamente diferentes bloqueos, el cerebro puede evitar la sobrecarga y mantenerse concentrado en el objetivo actual.
Legos cognitivos, IA y salud mental
Estos legos cognitivos pueden ayudar a explicar por qué las personas suelen ser capaces de realizar nuevas tareas con tanta rapidez. El cerebro no siempre necesita empezar de cero. En cambio, puede aprovechar los componentes mentales existentes, recombinarlos y evitar la duplicación del trabajo, una técnica de la que normalmente carecen los sistemas de IA actuales.
“Uno de los principales problemas del aprendizaje automático es la interferencia catastrófica”, dijo Tafazoli. “Cuando una máquina o una red neuronal aprende algo nuevo, olvida y sobrescribe los recuerdos anteriores. Si una red neuronal artificial sabe cómo hornear un pastel pero luego aprende a hornear galletas, olvidará cómo hornear un pastel”.
La incorporación de la composicionalidad a la IA podría, en última instancia, hacer que los sistemas artificiales se parezcan más a los humanos en su aprendizaje, permitiéndoles adquirir nuevas habilidades con el tiempo sin borrar las antiguas.
Los mismos principios pueden afectar también a la medicina. Muchas afecciones neurológicas y psiquiátricas, incluida la esquizofrenia, el trastorno obsesivo-compulsivo y algunos tipos de lesión cerebral, pueden dificultar que las personas apliquen las habilidades existentes a situaciones nuevas. Estos problemas pueden ocurrir cuando el cerebro ya no puede volver a ensamblar sin problemas sus componentes cognitivos.
“Imagínese poder ayudar a las personas a cambiar de estrategia, aprender nuevas rutinas o recuperar su capacidad de adaptarse al cambio”, dice Tafazoli. “A largo plazo, comprender cómo el cerebro reutiliza y reconsolida el conocimiento puede ayudarnos a diseñar terapias que restablezcan ese proceso”.
La financiación para la investigación fue proporcionada por los Institutos Nacionales de Salud (R01MH129492, 5T32MH065214).
