Entrades amb l'etiqueta ‘neurones’

On és, la informació?

dissabte, 16/12/2017

Els informàtics som cuiners d’informació. La guardem i la processem. La treballem, la preparem i intentem fer-la més digerible. A mi personalment, m’agrada treballar la informació geomètrica que permet modelitzar i representar la forma de tot el que ens envolta, però hi ha companys que són especialistes en camps tant diversos com el de la informació relativa al color i aparença dels objectes, l’anàlisi de dades, l’estudi d’informació textual, la interpretació d’imatges, el tractament de dades de sensors, la interpretació de la informació que donen els escàners mèdics, l’anàlisi de tot el que hi ha a internet, i molts d’altres. La informació es pot obtenir, emmagatzemar, enviar, compactar, des-compactar, filtrar, comparar, transformar, sintetitzar, i fins i tot crear.

Però, com es guarda? Us heu preguntat alguna vegada com és que les targetes externes de memòria dels nostres telèfons, com la de la imatge, poden guardar fotos, vídeos i documents? On són, les fotos? Ens hem acostumat a aquest estrany món màgic en el que podem veure noticies de tot el món pràcticament en temps real ben asseguts al sofà de casa i en el que podem parlar i veure les persones que estimem mentre caminem pel carrer i mirem la pantalla del mòbil, i ja res ens sorprèn. Però, ben mirat, no deixa de ser meravellós. Hem après a fer uns petits objectes, prims i petits com una ungla, minerals i inerts com les pedres, però que, amb la seva sofisticada estructura interna, poden guardar milers de fotos i vídeos. Són plaques minerals que amaguen un immens volum d’informació. La targeta que veieu a la imatge, de 32 GB, té espai per uns 64.000 llibres com el que ara mateix estic llegint.

L’Emilio Lledó ens parla d’aquest invent màgic que va ser l’escriptura. Ens diu que l’escriptura va ser el primer artifici per subjectar el riu del temps, permetent que el “després” no es dissolgués per sempre i que les paraules pronunciades no s’esgotessin en l’oralitat. Només l’escriptura va poder allargar la vida de la memòria, consolidant una cultura que abans, únicament amb la tradició oral, era immensament fràgil. Perquè quan parlem, estem comunicant informacions a travès de vibracions de l’aire, vibracions efímeres que es perden per sempre més si ningú, en aquell lloc i moment, les escolta. En canvi, l’escriptura aconsegueix el miracle de permetre la comunicació entre dos instants diferents de temps, amb marques a tauletes d’argila o marques de tinta a pergamins que perduren anys i anys. Per això, l’Emilio Lledó diu que el llibre és, abans que res, un recipient on reposa el temps, una presència que, paradoxalment, és carregada d’absències de manera que la lectura conjuga dues temporalitats, la de qui el va escriure i la de qui el llegeix. Jo només afegiria un detall: els llibres són recipients on reposa el temps, però també són regals d’informació. Fins el descobriment de la fotografia i el cine, els llibres van ser pràcticament els únics recipients (o contenidors) d’informació que va tenir la humanitat.

La informació és allò que ens permet conèixer, entendre, tenir arguments, decidir amb coneixement de causa. Però no existeix per sí sola. Li cal un substrat, basat en la matèria o en l’energia. I si no el té, desapareix. La matèria ens serveix per guardar-la, l’energia per enviar-la. Les lletres de tinta a les pàgines dels llibres codifiquen la informació del text en base a unes determinades pautes de forma i ordre. Quan llegim, aquest ordre material ens arriba a la retina gràcies a l’energia d’aquests fotons efímers que surten de la pàgina i que justament existeixen gràcies a uns altres fotons, els de la làmpada de casa. Tot és ben subtil. No podem llegir sense fotons, i els fotons, sense ulls que mirin, es perden junt amb la seva informació. Però la conjunció de pàgines escrites, fotons i mirada fa que la informació arribi al nostre cervell i que quedi emmagatzemada a les connexions entre neurones. És la informació dels llibres, cartells, imatges i vídeos, que ens arriba gràcies a la llum i que acaba guardant-se en petites modificacions de la matèria que conforma el nostre cervell.

Guardem informació visual, auditiva i en general sensorial al cervell, i el nostre cos guarda, a la seqüència de nucleòtids de l’ADN, tota la informació genètica que permetria fins i tot clonar-nos. Creem informació amb tots els correus electrònics i missatges que enviem, informació que al menys durant un temps ens queda guardada als nostres mòbils i portàtils. El vent que s’emporta les espores i llavors, ajuda a disseminar informació de les plantes, a la vegada que informa les abelles de les flors que requereixen pol·linització. Fins i tot rebem informació dels estels, codificada en l’espectre dels fotons de la seva llum. Perquè la informació no és cosa nostra. Fa milions d’anys que va repetint aquest cicle de la informació inherent a la matèria, que s’envia, es rep, es torna a guardar segurament una mica modificada, i així successivament.

Quan veig una targeta Micro-SD com la de la imatge no deixo d’admirar-me. Penso en els primers ordinadors de memòria de nuclis de ferrita, amb els que vaig tenir el privilegi de poder treballar. A la imatge de sota teniu una foto d’un tros d’una d’aquestes memòries, amb 2.500 nuclis. Compareu la mida (el meu dit pot servir de referència) amb la de la targeta de la imatge de dalt, on hi caben 32 mil milions de Bytes. En canvi, com que cada nucli podia guardar un bit, el tros de memòria de la foto podia emmagatzemar uns 312 Bytes. En aquesta web podeu veure el seu funcionament.

Però les memòries de ferrita van desaparèixer amb l’aparició dels circuits integrats i la miniaturització. Vam passar pels grans discs durs, pels disquets, pels CD i pels DVD. Els CD són com camps llaurats, amb solcs que marquen els bits individuals d’informació. Ho podeu veure, per exemple, a les imatges d’aquesta web. I, tornant al principi, on és la informació que guardem en un llapis de memòria o en una targeta Micro-SD? Les memòries flash no tenen nuclis de ferrita ni solcs, sino pous. La targeta de la imatge conté un total de 256 mil milions de pous microscòpics de potencial, ben aïllats, cada un dels quals pot atrapar i guardar electrons sense deixar-los sortir. La informació es guarda en pous plens i pous buits, que codifiquen els bits de tot allò que hi posem. Podem deixar la targeta en un calaix i al cap d’uns anys connectar-la via USB a l’ordinador. Comprovarem que la informació és allà, ben guardada. A les targetes flash no hi ha lletres ni píxels; només pous d’electrons.

La informació és etèria, però sabem que necessita una base material on reposar. És la gran paradoxa, que fa que sigui limitada, en temps, en espai i en volum. Pot durar centenars de milions d’anys, en trossos d’ADN que trobem en restes fossilitzades d’antics animals i plantes. O pot ser efímera, quan per error esborrem allò que acabem d’escriure. Aquest límit temporal és dramàtic. Hem perdut la majoria de manuscrits de l’antiguitat i ens hem de conformar amb el poc que ens està arribant. El temps és inexorable, i acabarà escombrant, moltes vegades de manera aleatòria, gran part del que ara ens sembla important. I també és evident que la immensa majoria de les fotos que es fan els joves d’avui en dia no arribaran pas als seus néts. Però a més és limitada en espai perquè és molt rar que no romangui a la Terra. I ho és en quantitat i volum perquè necessita un determinat substrat material que la emmagatzemi. Per tant, el nombre màxim de bits d’informació té un límit, que és de l’ordre del nombre d’àtoms (o partícules) a l’Univers, i que a la seva vegada és de l’ordre de 10 elevat a la potència 82. Un 1 seguit de 82 zeros. És un valor absolutament gegantí, però és un límit. La informació, a cavall entre la matèria i l’energia, és allò tan estrany, eteri i limitat que ens regalen els llibres quan els llegim a l’ombra d’un arbre.
———

Per cert, Vicenç Villatoro cita un acudit dels temps de Franco, que deia: “En España no se persigue a nadie por sus ideas, siempre que se mantengan en su espacio natural, que es el cerebro”.

Les persones no humanes

dijous, 15/01/2015

En Douglas R. Hofstadter, professor de ciències cognitives a Stanford i altres Universitats, explica que moltes de les nostres característiques, que pensem que ens defineixen com a persones, no són exclusives dels humans. Hofstadter argumenta que en els animals hi ha tota una gradació, d’ànimes petites a ànimes grans. Depèn de la capacitat de categoritzar (abstreure), de ser conscient del jo, de tenir compassió (patir amb l’altre), d’empatitzar. Diu que els animals més evolucionats, els de les ànimes més grans,  són més semblants a nosaltres del que ens pensem.

Els científics que van assistir a Vancouver al congrés anual de fa dos anys de l’associació Americana per l’Avenç de les Ciències (AAAS), van acordar que els dofins haurien de ser tractats com a persones no humanes. Van considerar que tenen dret a la vida i a la llibertat, i que aquests drets haurien de ser respectats. El cervell dels dofins, ben complex, els permet de tenir un nivell d’auto-consciència similar al nostre. Els dofins cuiden els vells, saben respondre preguntes i poden pensar estratègies força sofisticades. Els científics van dissenyar un experiment en el que els dofins d’una piscina eren recompensats amb un peix si la netejaven i treien algunes bosses de plàstic que els seus cuidadors hi havien deixat. Un dels dofins va trencar les bosses i va amagar els trossos. Després els anava donant un a un per tal d’aconseguir més peixos. Altres experiments han demostrat que els dofins, com els elefants i d’altres mamífers, quan es miren al mirall pensen “ei, aquest sóc jo!”.

La revista Scientific American va publicar un número especial sobre què ens fa ser humans i què ens diferencia dels altres animals. És clar que tenim auto-consciència, però molts cops actuem per purs impulsos, amagats i desconeguts. Què som?  Què ens fa ser diferents? L’Institut per l’Ètica i les Tecnologies Emergents (IEET) declara que un bon nombre d’animals com els simis, els cetacis (dofins i balenes), els elefants i els lloros mostren trets consistents amb el que sempre hem entès que defineix el concepte de persona: són auto-conscients, tenen intencionalitat, són creatius i utilitzen un cert tipus de comunicació simbòlica. Els investigadors del IEET opinen en conseqüència que haurien de ser considerats persones no humanes i que tenim el deure moral i legal d’estendre els actuals drets humans als animals d’aquestes espècies.

Sabem ben poca cosa, del cervell. Del nostre i del d’altres mamífers. Però inesperadament, estem començant a descobrir que alguns d’ells són més semblants a nosaltres del que fins ara pensàvem. El món és probablement ple de persones no humanes. De fet, i a pesar de tota la recerca actual, és ben probable que el cervell continuï essent un misteri durant bastants anys. Gràcies a Sydney Brenner (premi Nobel de medicina 2002) i als continuadors de la seva recerca, tot just fa pocs anys s’ha començat a entendre el funcionament del sistema nerviós del cuc caenorhabditis elegans, que té un total de només 302 neurones. Amb aquesta perspectiva, creieu que serà fàcil entendre bé el funcionament del cervell humà, amb els seus cent mil milions de neurones i amb una ingent xarxa de connexions entre totes elles? Tot i els avenços, hem de reconèixer que el que sabem és insignificant, comparat amb el camí que tenim davant nostre. Mentrestant, millor que respectem els drets de les persones, siguin humanes o no.

Per cert, en Jordi Ferrerons diu que Cabu, l’humorista assassinat de Cahrlie Hebdo, tenia una capacitat increïble per captar amb enorme concisió l’essència de l’estupidesa humana, tant en un context polític, social com religiós. Wolinski i Cabu creien que escandalitzar havia de propiciar la reflexió.

La transmissió continua

dimecres, 8/10/2014

La paraula anglesa “streaming” no és fàcil de traduir. Una de les definicions que trobo més adient és la que diu que “streaming” és un mètode per transmetre o rebre dades per internet de manera continua i estable. Per això, el concepte de transmissió continua és probablement un dels que més s’apropa al significat d’aquesta paraula anglesa. El concepte s’aplica habitualment a la transmissió d’àudio i vídeo quan es fa de manera que el material es pot reproduir mentre s’està encara rebent. L’avantatge és que qui vol escoltar música o veure una pel·lícula, ho pot fer sense haver d’esperar a que s’hagi descarregat tota la informació.

La imatge que veieu és una captura de pantalla d’aquest vídeo de YouTube. A sota podeu veure dues barres, una vermella i una de color gris. La vermella indica en quin punt de la reproducció del vídeo ens trobem. Mentre va avançant regularment, també ho fa la barra grisa, que sempre és més llarga i que ens mostra la part de vídeo que ja s’ha descarregat en el nostre ordinador. Si tinguéssim problemes de xarxa i s’aturés la transmissió, la barra grisa deixaria d’avançar. I si els problemes no es resolguessin, deixaríem de veure el vídeo quan la barra vermella arribés al mateix punt on s’havia aturat la grisa. Quan veiem vídeos en transmissió continua, habitualment observem una diferència significativa entre el que s’ha transmès i el que estem veient. És la diferència de longitud entre les dues barres vermella i gris. El sistema es cura en salut i sempre intenta que la informació rebuda vagi per davant de la que estem visualitzant o escoltant. Però no sempre és tan fàcil. La cosa es complica en aplicacions interactives com Skype o Hangouts. En aquests darrers casos, pràcticament no tenim marge de temps perquè quan hi ha retards, la comunicació amb l’altra persona deixa de ser fluida. De fet, a les videoconferències, s’ha vist que els retards superiors a dues dècimes de segon no són ben tolerats pels usuaris.

Ja fa 90 anys, en George Squier va patentar un sistema per transmetre informació a través de les línies elèctriques. El seu mètode es va utilitzar després per enviar música de manera continua a clients comercials, i va ser clarament un precursor del que ara fem i tenim. Però tot plegat no es va poder desenvolupar fins fa uns vint anys. Calía una xarxa informàtica potent com que ara tenim a internet, comunicacions amb un bon ample de banda i dispositius mòbils com els actuals telèfons amb accés a la xarxa.

Cóm podem enviar pel·lícules llargues amb aquesta filosofia de transmissió contínua? Què podem fer per començar a veure el vídeo sense haver d’esperar a rebre’l en la seva totalitat, si les pel·lícules i vídeos digitals són de fet un sol fitxer? Què podem fer per a veure pel·lícules que ocupen més d’un Giga Byte, al nostre telèfon? Les tècniques de transmissió continua, enlloc de voler enviar tota la informació de cop, la divideixen en trossets molt petits que envien de manera independent. Aquests trossets, anomenats paquets, són com cartes o petits missatges. És com si volguéssim enviar tot un llibre per correu i només tinguéssim sobres petits i segells de cartes. Les tècniques d’streaming o transmissió continua separen tots els fulls del llibre, preparen sobres amb un full a cada un d’ells, i els envien tots per correu. Cada paquet, cada sobre, conté informació (un tros molt petit del vídeo o un full del llibre en el nostre exemple) i l’adreça de destí. La transmissió per la xarxa és de fet molt similar a una tramesa per correu postal, perquè no sabem quin camí farà cada paquet. Hi ha molts possibles camins entre l’origen i el destí, molts camins alternatius que porten al mateix lloc final. Pot ser molt bé que diferents paquets amb trossets del mateix vídeo acabin seguint camins molt diversos per la xarxa, en funció dels diferents graus de càrrega i saturació locals. Cada cop que un paquet arriba a un ordinador enmig de la xarxa (anomenat node o servidor), aquest analitza l’estat local de la xarxa i redirigeix el paquet cap algun altre node de manera que es vagi acostant al destí final. El resultat, vist des de l’ordinador final (per exemple, el nostre telèfon) és que anirem rebent totes les cartes, encara que desordenades. Per a poder tornar a llegir el llibre a l’ordinador final ens cal tenir numerats els paquets (en el cas del llibre això és immediat, perquè ens podem basar en la numeració de les pàgines) i anar guardant els que arriben, per assegurar que quan llegim una pàgina ja hem rebut i hem pogut llegir totes les anteriors.

Una solució interessant, que utilitza la mateixa infraestructura de servidors web (anomenats servidors HTTP) que fem servir quan naveguem per internet, és l’anomenada MPEG-DASH. De fet, és la primera que ha esdevingut un estàndard internacional. La tècnica MPEG-DASH permet veure informació multimèdia en tot tipus de dispositius com televisors amb connexió a internet, telèfons, tauletes i d’altres, i té l’avantatge addicional de ser adaptativa. Aquesta propietat de ser adaptatiu vol dir que cada petit trosset de vídeo, molt breu, es codifica i s’envia com diversos paquets alternatius, amb diferents graus de qualitat. Imaginem per exemple que estem veient una pel·lícula amb aquest sistema de transmissió continua, i que el servidor l’envia dividida en paquets d’un segon de durada cada un. En un esquema clàssic de transmissió continua, la pel·lícula d’una hora i mitja s’enviaria de manera progressiva com a 3600+1800=5400 paquets individuals i diferenciats d’informació, tots ells numerats de manera creixent en el temps. El receptor sap que, per mostrar el segon de vídeo corresponent a un paquet, abans ha d’haver mostrat de manera ordenada tots els paquets amb nombre d’ordre inferior. Si un paquet no li arriba, s’haurà d’aturar la presentació del vídeo. En canvi, amb la tècnica MPEG-DASH, per a cada segon de pel·lícula, el servidor enviaria (per exemple) tres paquets equivalents i alternatius: un d’alta qualitat, un de qualitat mitjana i un de baixa qualitat. Ha d’enviar molts més paquets (en el nostre cas, hauríem d’enviar un total de 16200 paquets, el triple de 5400) però l’avantatge és que els paquets de baixa qualitat, en ocupar menys Bytes d’informació, viatgen més ràpid per la xarxa. Si la xarxa es col·lapsa i en un cert moment esdevé més lenta, el receptor, si veu que un paquet d’alta resolució no li arriba, podrà utilitzar paquets alternatius de baixa resolució (que és molt segur que li hagin ja arribat) en lloc d’aturar el vídeo.

Hi ha una certa semblança entre la xarxa d’internet i el nostre cervell. El cervell humà té de l’ordre de 86 mil milions de neurones. Però més que el nombre de neurones, l’important és el nombre de connexions, la xarxa que hi ha entre elles. Tot i aquests vuitanta mil milions de neurones, el que fa que siguem humans són els quasi mil bilions de connexions sinàptiques que les interconnecten. La complexitat d’internet és més petita, però les seves dimensions són cada cop més impressionants. En aquesta web podeu veure en temps real la complexitat de la xarxa i el seu grau d’utilització mesurat en nombre d’usuaris, correus electrònics, tweets, cerques a Google i altres. Ja tenim de l’ordre de mil milions de llocs web. El repte de les aplicacions de comunicació interactiva (com Skype i Hangouts i, en menor grau, WhattsApp i d’altres) és que hi ha moltíssima gent que s’està comunicant i enviant informació al mateix temps. No és com el telèfon de fa cinquanta anys, que tenia un sol cable per on havien de passar totes les trucades. Els missatges, la veu i les videoconferències es desgranen en infinits paquets que van trobant el seu camí per la xarxa a cada instant, sense retards aparents. Si ho podem fer és gràcies a la flexibilitat de la distribució de paquets a través d’internet, flexibilitat que es basa en adaptar el recorregut de cada paquet segons l’evolució de l’estat de la xarxa a cada zona. La xarxa d’internet funciona i permet la transmissió continua gràcies a la seva plasticitat i capacitat d’adaptació. D’alguna manera, hem portat la plasticitat del nostre cervell al disseny de la xarxa d’internet, usant paquets molt petits i fent que els camins entre nodes (neurones) siguin dinàmics i adaptables. És aquest invent màgic el que permet que tots podem estar connectats a la vegada.

Per cert, Paul Krugman diu que l’actual equilibri polític descansa sobre el fonament de la ignorància, perquè l’opinió pública no té ni idea de com és la nostra societat. Explica que, segons càlculs recents, la major part del creixement des de l’any 1973 ha anat a parar al 0,1% de la població, la mil·lèsima part de la població que concentra la riquesa.