Cognición, Información y Tecnología

 3. Sistemas biológicos de información

 3.1 Moléculas, células e información.

El ojo humano como un ejemplo en el capítulo anterior, es una descripción interesante y clásica sobre el grado de complejidad de un sistema de tratamiento de información biológico, pero la misma vida es un conjunto de incontables sistemas, complejos en correlación mutua y constante dentro de nuestro mundo biosférico.

Si empezamos por ejemplo con el nivel molecular, allí donde:

  • El DNA del gene, es una larga secuencia de moléculas mutuamente relacionadas con el objeto de alcanzar finalidades claras y estratégicas para la vida.
  • Esa secuencia conforma un mensaje -RNA, el que ira ha impartir la información exacta sobre la copia DNA en una especia de central bioquímica que usa el RNA en un nuevo proceso de información que es denominado como nivel de reproducción genética.
  • RNA es la copia del modelo exacto de la molécula que ira a conformar el nuevo DNA para su desarrollo consiguiente y consecuente. (SI estratégico)

Mediante el proceso DNA-RNA-DNA se conforman, transforman y construyen proteínas de acuerdo a la información depositada en un gene.

En una sola célula existen cerca de seis millares de niveles DNA, niveles que comprenden la totalidad de descripción necesaria para construir un individuo tan complejo como un ser humano. Los genes contienen Además la información sobre como el individuo ira a multiplicarse o reproducirse.

Un organismo unicelular es un sistema de información para dar cierta permanencia a la vida. El organismo unicelular sé conformado en su construcción para lograr:

  • Controla todos sus procesos vitales. (Regulación automática).
  • Responde y reacciona frente a los cambios externos.
  • Tiene capacidad de movimiento y contracción.
  • Tiene la capacidad de obtener alimentación y hacer uso energético de la misma.
  • Tiene la capacidad metabólica, es decir que al usar la energía de la alimentación, esta energía es transformada en otras formas de energía necesaria para la vida.
  • Crecer y desarrollar, ya que mediante la alimentación la célula construye y reconstruye sus propias partes internas en el curso de su existencia.
  • Dispone del mecanismo de la respiración: uso del oxigeno y eliminación de anhídrido carbónico. Él oxigeno, (en este caso) es un elemento necesario para las funciones energéticas de la célula.
  • La capacidad de eliminar los desechos consumidos o no necesarios para la célula.
  • Él poder reproducir y permitir la supervivencia continua de la especie.

Todos los aspectos anteriormente nombrados están en función de objetivos muy concretos allí donde la información natural está presente como elemento dinámico y básico coordinando las necesidades de esta vida especifica y/o las de otras vidas dentro de cualquier sistema de información natural y biológico.

Desde el punto de vista Biológico una sola célula mediante su sistema DNA-RNA da lugar a una enorme cantidad y variedad de células. Variedad o biodiversidad que no solo permite conservar las características propias de una especie celular sino también da lugar a ciertas diferencias que puedan dar lugar a nuevas especies celulares, sin embargo en el largo proceso de evolución natural se fue estableciendo una nueva estrategia vital: el organismo multicelular.

3.2 El desarrollo de los sistemas de información biológica

El origen de la vida como tal no ha podido aun ser explicado en forma consecuente pese a los avances de la ciencia de hoy. En el caso del ser humano, cuando dos células de reproducción unen sus estructuras, no existen productos terminados en forma de "pequeños hombres o mujeres comprimidos" en la matriz humana, sino un código en forma de una agrupación de hilos delgados conformados en una especie de espiral llena de peldaños, peldaños que son compuestos de cuatro diferentes bases químicas, unidas por azucares y fosfatos. Miles de esos peldaños van conformando un gene, un numero mayor de genes, ordenados en estructuras especificas van conformando un cromosoma. En los cromosomas están todas las condiciones que determinan la existencia de la vida y sus diferencias especificas en todos los aspectos conocidos. Especie, raza, color de la piel, color de los ojos, enfermedades congénitas, temperamento, etc. En esos hilos cromosómicos se conservan, se transportan y se hacen reales las condiciones necesarias para iniciar una existencia, generación tras generación.

Durante el periodo mas temprano de la formación del embrión humano, las células que lo van conformando se adaptan rápidamente a las labores especificas que irán a tener cuando el proceso ontogénetico del embrión haya cumplido todas sus faces de desarrollo. En ese temprano periodo pueden grupos de células que buscan conformar la piel, también buscar conformar células nerviosas o viceversa, pero en un momento dado esas células dejan de tener esa capacidad, una especie de comando genético a determinado someterlas a una o varias labores especificas. Desde aquel instante si alguna de esas células es transplantada a alguna otra parte del organismo en formación, esa célula continuara actuando bajo el comando especifico de su lugar original.

Los organismos multicelulares son sistemas de coordinación entre células en torno a su labor especifica, conformando órganos, flujos biológicos y funciones, dentro de una división de trabajo donde la información entre todos esos sistemas es fundamental para la vida, su continuidad, su desarrollo y sus finalidades.

Los organismos multicelulares no son solo "agrupaciones sociales" sino son sistemas de información natural excelentemente coordinados. Sistemas de información que irán a funcionar durante un tiempo tanto al nivel molecular (nivel micro) como al nivel funcional como unidad biológica única y especifica. (nivel macro)

Dentro de un organismo multicelular un determinado tipo de células es responsable con su agrupación de algún tipo de función, los diferentes tipos de células con funciones especificas colaboran y coordinan sus acciones en busca de conseguir una condición optima en busca del bienestar del organismo que conforman. La coordinación y la especialización de los organismos multicelulares es tan importante como la orientación universal de los organismos unicelulares.

Cada tipo de célula tiene funciones y estructuras características. Grupos de células con similar estructura y función se reúnen en "tejidos" y conforman órganos. En el cuerpo humano se pueden distinguir los siguientes tipos (básicos) de tejidos orgánicos:

  • Epitelio, substancia intercelular.
  • Conformaciones liquidas. (sangre, linfa)
  • Tejidos y substancias de unión.
  • Tejidos musculares
  • Tejidos nerviosos.

La parte central de lo que se podría denominar "el hardware humano", (CPU:) En busca de simplificar un modelo cognitivo de interpretación, esta en la ultima conformación o tejido orgánico.

Los tejidos nerviosos están conformados especialmente por neuronas (células nerviosas) que por razones pedagógicas han sido clasificadas como células motrices, asociativas y sensoriales, así como también células de apoyo (neuroglia, células satélite)

Las neuronas conforman diferentes subsistemas. Un sistema por ejemplo esta especializado en conducir señales. Las señales se trasladan de una neurona a la otra, atravesando o conectándose con células musculares u otras. Cada neurona, tiene a su vez contacto con muchas otras, dentro de una red compleja que se extiende hasta el final de esos sistemas de "conductos". Es evidente que todo impulso nervioso se inicia como consecuencia de un tipo correcto de incitación. El impulso se asemeja a la corriente eléctrica recorriendo diferentes tipos de material conductor. Los impulsos nerviosos tienen diferentes velocidades, en los conductos más rápidos pueden esos impulsos alcanzar a los 150m/s. Otros impulsos más lentos en conductos más delgados se limitan a cerca de 0.5m/s.

El sistema nervioso a sido tradicionalmente dividido en un sistema central y un sistema periférico. El sistema central esta compuesto por el cerebro y la medula espinal. El sistema periférico conforma el resto de las redes nerviosas que se extienden desde la medula espinal por el cuerpo y nuestros sentidos.

Desde un punto de vista funcional el sistema nervioso pude dividirse en voluntario (o autónomo) e independiente.

Desde un punto de vista informático, cada neurona es similar a un procesador que conectado a otros procesadores conforma diferentes sistemas de redes, redes de comando, redes de seguridad, redes de regulación, redes de decisión, redes de temperatura, redes de movimiento, redes de desarrollo, etc.

3.3 Procesos biológicos, neuronas y redes

Se solía decir que el cerebro humano lo mismo todo el cuerpo humano eran un conjunto de "unidades protoplasmáticas primordiales" (16) esas que hoy llamamos células. Células que mediante su proceso de diferenciación trabajan en constante coordinación en sus diferentes órganos, todo ellos con y dentro de sus funciones especificas.

De este modo por ejemplo aquello que hemos denominado como el CPU humano esta compuesto por una compleja organización de varias capas de neuronas dentro del cráneo. Esas neuronas se extiende por la medula espinal y se expanden por el cuerpo, donde hay una enorme cantidad de conexiones entre diferentes neuronas y grupos de neuronas.
El sistema neuronal o nervioso junto con nuestros sentidos y los órganos de distribución, controlan y coordinan todas las funciones vitales del cuerpo humano.

Entre las cualidades de mas importancia de las neuronas se cuentan, sus capacidades de conducción y excitabilidad. Las neuronas están también organizadas dentro de subsistemas de regulación y orden, de aquí se pueden deducir muchas cosas, por ejemplo como esas neuronas se desarrollan para analizar, controlar y coordinar las funciones de todos nuestros órganos.

Uno de los primeros que investigo el cerebro humano de forma metódica fue posiblemente el medico alemán Franz Joseph Gall (1758-1828). Aquello que Gall estudio y describió fue comparado a una enorme nuez, con sus dos medias esferas "arrugadas" o comprimidas de modo tal de disponer de mayor espacio dentro de la cabeza de los individuos. La capa o tejidos exteriores los denomino como corteza cerebral. (lat. Cortex). Debajo de aquella corteza estaba el cerebro medio y encima de la medula espinal encontró un soporte cerebral detrás del cual se veían además una formación de dos pequeños glóbulos, una especie de cerebro menor, el cerebelo.

El desarrollo del " CPU: humano" desde el nivel de reptil al nivel consciente.

3.4 Sistema de información biológico y seguridad

De la misma manera como una organización estratégica acostumbra disponer de varios sistemas de computo con similar información para la efectividad, la seguridad y el flujo de información, el cerebro o "CPU" humano dispone los suficientes sistemas de reserva. Las cinco partes del cerebro están interconectadas. Este sistema biológico dispone además de una central de alarma, que se anticipa a todo acontecimiento de importancia ya que por esta central pasa todo el sistema de comunicación neural desde los sentidos y donde a su vez el cerebelo actúa como un " piloto automático".

Cuando una aprende alguna cosa, por ejemplo nadar, en este proceso de aprendizaje usa uno primero la corteza cerebral, uno debe pensar en perfeccionar la técnica de natación en todos sus momentos aun desconocidos, después puede uno nadar sin pensar, o mejor aun pensar en algo nuevo mientras uno nada: La corteza cerebral a dejado sus labores a cargo del cerebelo.

Como se ve, el cerebro es la central anatómica de comando de todas las funciones de alto nivel del organismo humano, procesos tales como las actividades de pensar la capacidad de deducir, (aquello que esta dentro del interés de los teóricos de la inteligencia artificial, IA) así como la capacidad de crear, sentir, amar y hasta regular las emociones.

Dentro de los estudios de Inteligencia artificial se acostumbra comparar las actividades del cerebro con las de un procesador avanzado y en constantes actividades de aplicación, la comparación es en realidad simple, el cerebro es mas bien como un enorme conjunto de procesadores, adaptables y con posibilidad de evolución durante toda su existencia. Ese conjunto de procesadores coopera y coordina todas las funciones del cerebro dentro de algo que se parece a un sistema distribuido muy complejo.

Desde el punto de vista evolutivo se formo primero un sistema nervioso muy simple, como aquel que hoy aun existe en los gusanos y las estrellas de mar. Luego se fue conformando un único nervio que se fue extendiendo por todo el cuerpo del organismo en proceso de evolución. En la próxima etapa, este elemento central fue cubierto por un elemento protector que después de un largo periodo biohistórico se convirtió en columna vertebral, la medula espinal se fue desarrollando en la medida que el cuerpo biológico se hizo más complejo. Sobre la parte superior de aquella larga red de nervios, fue conformándose la parte delantera y trasera de lo que hoy se denomina como cerebro medio. El cerebro medio posibilita la observación básica de lo que es nuestro medio ambiente, así como permite actividades controlables simples. Finalmente, en este proceso de evolución biológico surge lo que se denomina como cerebro, primero como un centro para analizar lo que se ve y lo que se oye, mas luego sobre esta parte cerebral se conforma una especie de cubierta gris que en su crecimiento continuo dentro de los límites físicos de la cavidad ósea de la cabeza, se va comprimiendo junto con su respectiva corteza, hasta tomar el aspecto de una nuez, esta parte se acostumbra denominar como cerebro mayor o superior

Ya que el sistema cerebral es el " comando central de la supervivencia del individuo, este esta protegido por una compacta cubierta ósea, membranas y un liquido especial que actúa como amortiguador. Para que las células nerviosas o neuronas dispongan del suficiente oxigeno y alimento (zacaridos) disponen ellas de una amplia distribución de arterias y venas. Una enorme cantidad de conductos nerviosos une las diferentes partes de la base cerebral con el tálamo que dirige los impulsos del cerebro media en las dos direcciones. La base cerebral deja que la observación del entorno este a cargo del tálamo para así poder hacer una evaluación emocional de cada suceso.

La cantidad de neuronas distribuidas por el cuerpo humano es aproximadamente entre 8 a 14 billones. En el cerebro menor dispones de unos 40 billones de neuronas, a ello debemos sumar las existentes en el sistema limbico y la base cerebral, 100 billones de neuronas es la cifra aproximada para indicar el total de células nerviosas existentes en el cerebro. Las diferentes partes del cerebro tiene una enorme cantidad de conexiones. El cerebro humano con su 1,4 Kg de peso no es mucho en comparación con 5 Kg del elefante o 7 Kg de la ballena, pero en lo que se refiere a conexiones y niveles es un sistema biológico mucho mas complejo.

Las actividades eléctricas de las neuronas en el cerebro, pueden ser medidas con ayuda de electrodos y medios de registro, que acostumbran denominarse como electroencefalogramas. Cuando el cerebro esta en estado pasivo, trabajan las neuronas al mismo ritmo; el ritmo alfa. Si las neuronas se concentran en busca de la solución de algún problema, deja existir el ritmo sincronizado, las neuronas asumen diferentes tareas. En estados de meditación las neuronas asumen otra forma de comportamiento, actuando lenta y pausadamente dentro del: ritmo Theta.

Además del proceso de conducción eléctrica entre las neuronas, que se caracterizan normalmente por una velocidad e intensidad constante. Se han podido observar por lo menos 5 diferentes tipos de "transporte de señales". Uno de ellos, el proceso de comunicación electrotonico, que después de cierto tiempo desacelera y desaparece, otros definidos como bioquímicos parecen ser de diferente carácter. Uno de los cambios más importantes dentro de la investigación en la neurociencia, esta en el descubrimiento de las diferentes formas de comunicación existentes entre las neuronas, donde los procesos eléctricos, electroquimicos y químicos combinan sus labores para lograr con cada combinación especifica un fin especifico. Por ejemplo en 1956, se identifico por primera vez la noradrenalina como una sustancia propia del sistema simpático, posteriormente se encontró la acetilcolina, en la actualidad son mas de cuarenta (40) las substancias activas conocidas. La química neuronal parece abrir la posibilidad de una nueva especialidad; la neuroquimica, mediante la cual se puede investigar mas de cerca como el organismo humano trata la información.

Cuando se establecen conexiones de sinapsis (17) entre dos neuronas, existe una transmisión (impulsos) entre ellas. Las neuronas conforman de esta manera sistemas de conducción parecidos a efectivos sistemas de conducción eléctrica. Los impulsos de las células recorriendo los conductos conformados se llaman reflejos.


Tipos corrientes de comunicación neural

Una gran parte de las actividades del sistema nervioso entran dentro de un marco de acción de reflejos menos complicados, ubicados tanto en le cerebro como en la red que corresponde a la medula espinal. ( Dichos procesos pueden ser estudiados con mayor profundidad dentro de la neurociencia).

3.5 Características propias del cerebro humano

El cerebro se distingue de los medios de computo de acuerdo a las siguientes características:

  • Capacidad de autoreparación y autorecuperación.
  • El poder lograr conexiones de acuerdo a la capacidad requerida.
  • Capacidad de repartir y hacer efectivo el reparto de recursos.
  • El adecuarse y adaptarse afectivamente a condiciones de cambio.
  • Capacidad de desarrollar y transformar su propia capacitación.
  • Capacidad de conformar un sistema de protección contra daños.
  • Lograr llegar a resultados correctos pese a componentes inseguros.
  • El trabajar con probabilidades y causalidad mas que por determinación.
  • Poder comprender parecidos o diferencias con bases mínimas de referencia
  • Poder filtrar información para disminuir la carga no necesaria.
  • Esta continuamente activa inclusive cuando uno duerme.
  • Contiene un sistema de recuperación autónomo y otro accesible al consciente.

Existe una enorme cantidad de niveles de contacto y de nuevo acople, lo importante de ellos es que todos están encapsulados en forma morfológica.


Esto es, que cada nivel superior decide sobre la acción del nivel inmediatamente inferior.
(Una comparación muy primitiva al respecto es el sistema del protocolo en las redes de comunicación digital, allí donde cada procesador asume el papel de nodo de cada nivel correspondiente.)
La figura a la izquierda: El cerebro con sus principales centros bajando hacia la medula espinal:

  1. Centro sensorial.
  2. Tálamo.
  3. Dirección del impulso nervioso.
  4. Ganglio medular.
  5. Cuerpo celular.

3.6 Unidades de entrada/salida biológica

Una explicación más global de las funciones de las neuronas esta en describir como un organismo logra comunicarse con el mundo exterior mediante sus unidades de Entrada/Salida como uno de los objetivos básicos respecto a lo que significa un sistema de información biológico, con el objeto de lograr la supervivencia y la continuidad de la vida.

Nuestro sentido de comprensión con relación a lo que sucede en nuestro entorno o en nuestro propio sistema físico esta basado en la información proveniente de nuestro cerebro vía nuestras unidades de Entrada/salida: el órgano de los sentidos. La información obtenida es sin embargo limitada ya que las células de recepción de nuestros sentidos están constituidas de tal modo que solo reaccionan frente a determinados estímulos o condiciones físicas y/o químicas del entorno.

La piel es considerada como nuestro más extenso órgano de los sentidos, En cada centímetro cuadrado de superficie cutánea hay cientos de receptores, los cuales nos informan sobre las condiciones del más cercano entorno (temperatura, humedad, roce, etc. ) lo que nos da una pauta fundamental de la identidad (del Yo frente al exterior). La distancia que con frecuencia mantenemos, casi subconscientemente frente a otros, depende mucho de nuestra cercanía o lejanía respecto a dichas personas y también del tipo de la cultura que influye sobre nuestro sentido social.

Todas las impresiones sensoriales, vista, olfato, oído, sabor y sensibilidad son entendidos mediante las células receptoras, las que dan constante información con el cerebro, sobre las condiciones que uno se encuentra instante a instante en el medio que a uno le rodea. Al mismo tiempo sucede que casi el 99% de toda la información captada por los sentidos, es filtrada, para dar " prioridad" aquello que es seleccionado como importante en un momento especifico, por el contrario si todo esa información llegase a todo instante a nuestra "central de decisiones" esto nos llevaría al colapso de nuestro sistema de comunicación. Este sistema de comunicación actúa desde luego mediante nuestro sistema neuronal.

El hecho que de clasificar solo cinco sentidos, como "medios de comunicación" con el exterior, se lo debemos a la historia de la ciencia: Aristóteles había clasificado nuestros sentidos de esta manera. Hoy se pueden en realidad incluir, los sentidos de coordinación, de equilibrio, de orientación y los de intercambio o regulación.

Todo contacto con el exterior esta basado en la información proveniente de nuestros sentidos y de allí en relación con nuestras células nerviosos o neuronas en la corteza cerebral que es el sector donde se encuentra nuestra capacidad de razonar, recordar y estar conscientes sobre todo lo que se ve, se siente o escucha. Es así mismo la corteza cerebral la que controla nuestros estados conscientes. La división del cerebro mayor en dos mitades con áreas de trabajo diferentes, no significa que ambas son independientes en esas labores, mas bien simplemente, son más hábiles para dichas actividades y coordinan al mismo tiempo los propósitos generales de las necesidades humanas para que esas actividades tengan el sentido y el significado correcto. Mas al interior del cerebro mayor se encuentran además, los centros que regulan o controlan las reacciones emocionales.

El cerebro menor (cerebelo) controla el sentido de equilibrio y cinética del cuerpo humano y por ello funciona también como una central de coordinación para la relación de intercambio dinámico con el medio de uno se encuentra.

La parte mas interna del cerebro; la base cerebral une el cerebro, el medio y el cerebelo con la medula espinal. La base cerebral es la central de las funciones autónomas, tales como; el mantenimiento de la temperatura corporal, el flujo de circulación sanguínea, la respiración, la regulación hormonal, etc.

La clasificación del cerebro en diferentes áreas o centrales, mas que una clasificación de funciones de especialización, es una clasificación de carácter pedagógico. Los diferentes centros cerebrales no tienen en realidad delimitaciones exactas sobre las actividades que debe satisfacer todas nuestras necesidades, sino más bien, cooperan y coordinan hasta conseguir que cada propósito sea lo mas plenamente satisfecho. Ya que cada neurona en nuestro cerebro esta conectada con miles de otras, existe una relación compleja de comunicación continua y esto asegura además que existan diferentes niveles de observación o ajuste, respecto a la "importancia" o a la necesidad inmediata de cualquier información (impulso) Los complejos acoplamientos nerviosos son la base de nuestro avanzado sistema de comunicación interno como externo.

Las señales de entrada conducen hacia la central que acepta las impresiones sensoriales, y allí son tratados esos impulsos (información) y solo en ese momento es cuando somos conscientes sobre la información que trajeron los impulsos o lo que vayamos a sentir como consecuencia de ellos.

Las señales de salida provenientes de nuestra "central" cerebral son enviadas y repartidas para sus respectivas finalidades, esos centros cerebrales pueden establecer el flujo de operaciones necesarias para el uso del centro del lenguaje, o al centro cinético o del movimiento corporal.

(Revisado 2005/05. Julio Alberto Rodriguez )

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