Entrades amb l'etiqueta ‘neurones’

El miracle dels axons

divendres, 12/10/2018

En Xavier Rubert de Ventós, a un dels seus llibres de divulgació filosòfica, explica que el nostre “Jo” no és més que l’encontre entre els dos sistemes genètics dels nostres pares a una determinada ciutat, una llengua, un sistema social determinat, un parell d’amors, una desena de familiars, una vintena d’amics i una cinquantena de llibres dels quals, com diu tot citant Valéry, “no he retingut ni el millor ni el pitjor, sino que n’ha quedat allò que ha pogut”. El resultat, diu, és que els estímuls que ens arriben s’ens reflecteixen amb un angle i intensitat peculiars i únics.

Som qui som gràcies al nostre passat, i el nostre passat és memòria. Però també sabem que la memòria i els records surten de la reactivació de grups específics de neurones que tenen connexions sinàptiques persistents entre elles. Els axons i les sinapsis són, per tant, una part essencial del nostre “Jo”. La nostra identitat sorgeix d’una infinitat d’interaccions sinàptiques.

El cervell humà té 86 mil milions de neurones, de les quals, 16 mil milions són al còrtex. En canvi, en total només necessita una energia de 25 watts. En aquest vídeo, Anders Lansner ens explica que el nombre de connexions sinàptiques entre els axons de les nostres neurones és deu mil vegades més gran que el nombre de neurones, i que la longitud total dels axons amb mielina d’un cervell humà adult és de cent vuitanta mil quilòmetres. O sigui, que si connectéssim els axons dels cervells de dues persones, tindríem un fil que arribaria a la Lluna. Podem dir que, en un cert sentit físic, l’amistat i l’amor arriben a la Lluna.

No és fàcil imaginar aquests nombres tan grans. Podem pensar que el nombre de neurones al còrtex és el doble que el nombre d’habitants al món, i això ja ens dona una idea del que tenim dins el nostre cap. Però, com ho fem per a representar-nos mentalment el nombre de connexions neuronals?

Diuen que tot l’univers es quantifica en base a tres escales, cada una d’elles com la que veieu a la imatge de dalt (que mostra les escales Potemkin, de 192 esglaons; la imatge la podeu trobar a aquesta pàgina web). Són l’escala de l’espai, la del temps i la de la complexitat i la organització. L’escala de l’espai és la del sistema mètric decimal que vam aprendre a l’escola. Quan érem petits, ens explicaven que un decímetre són 10 centímetres, que un metre són 10 decímetres, i que un decàmetre són 10 metres. Malauradament, segurament no vam ser conscients de tot el que implicava la notació numèrica posicional i el concepte d’ordre de magnitud (en aquest cas, en base 10). Posant i traient zeros o “corrent la coma”, fàcilment ens podem passejar per tota la realitat i anar del més gran al món microscòpic. A l’escala del sistema mètric, cada esglaó és 10 vegades més gran que el de sota i 10 vegades més petit que el del seu damunt. Si posem noms a cada esglaó i ens situem a l’esglaó d’un metre, quan baixem al de sota, som al del decímetre. Si baixem tres esglaons a partir del metre, ens trobem als mil·límetres, i si en canvi en baixem 6, som al de les micres, al món microscòpic del bacteris. Ara bé, si pugem tres esglaons, som als quilòmetres. I de fet, només en podrem pujar 26, perquè la mida de l’Univers observable és de l’ordre de 10^26 metres (un 1 amb 26 zeros), que són els 26 esglaons. No és gaire, oi? Pujant i baixant 26+6 esglaons passem de la mida d’un bacteri a la de tot l’Univers. La longitud total dels meus axons (igual que la distància a la Lluna) la trobo pujant només 8 o 9 esglaons a partir del metre. Els esglaons, treballant de 10 en 10, arriben on calgui sense problemes.

L’escala del temps és similar. Si ens situem a l’esglaó d’un segon, el de sota és el de les dècimes de segon i el de sobre representa 10 segons. És fàcil veure que en aquesta escala només podré pujar 17 o 18 esglaons, perquè l’edat de l’Univers és de l’ordre de 13 mil milions d’anys i cada any són 31.536.000 segons. No existeix cap període de temps que s’hagi d’escriure, en segons, amb més de 18 xifres en base 10.

Però l’escala de la complexitat és la que ens pot ajudar a entendre el cervell humà. Si l’esglaó de baix de tot representa una neurona, el nombre de neurones que tenim és quasi a l’esglaó 11, i el nombre de connexions sinàptiques es troba a l’esglaó 14 (un 1 seguit de 14 zeros). Curiosament, aquest nombre de connexions al nostre cervell és el mateix que el nombre de bits d’informació a tots els llibres de la biblioteca del Congrés dels Estats Units. Teòricament, hauríem de poder recitar de memòria qualsevol paràgraf de qualsevol llibre d’aquesta (o qualsevol altra) biblioteca…

El nombre d’àtoms a l’Univers és inferior a 10^82 (tota la matèria es troba en els primers 82 esglaons de complexitat, si no anem al món subatòmic), i la informació que portem al genoma, codificada en 6 x 10^9 nucleòtids, correspon a 1,5 Gigabytes (esglaó 10, si pensem que la unitat és el bit d’informació). És clar que la genètica no ho és tot, perquè és impossible que el nostre ADN (esglaó 10) pugui definir el conjunt de les nostres connexions sinàptiques, que es troben a l’esglaó 14 (10^14; vegeu la nota al final). I la cosa encara és pitjor, perquè el 99,9% del nostre genoma és comú a tots els humans, i allò que ens diferencia és ben poc (uns 125 Megabytes d’informació, a l’esglaó 9). Aquest és el miracle dels axons: quan s’han de connectar, rarament miren el genoma. Les connexions sinàptiques entre axons són nostres, no dels nostres pares. Allò que modela i conforma la nostra xarxa d’interacció entre neurones (i el nostre “Jo”) són els estímuls que ens arriben i allò que hem viscut, com bé deia en Xavier Rubert de Ventós.

——

Per cert, la Olivia Muñoz-Rojas diu que l’habilitat que alguns polítics i protagonistes mediàtics tenen per a mentir sense posar-se vermells, convida a reflexionar sobre el rubor, que cal reivindicar perquè és expressió de vida. Comenta que Darwin ja deia que no és el sentiment de culpa el que ens posa la cara vermella, sinó la sospita que altres pensin o sàpiguen que som culpables.

——

NOTA: Al naixement, la quantitat de sinapsis per neurona és de 2.500, però als dos o tres anys, ja és de 15.000 sinapsis per neurona. La vida l’experiència ens connecta axons i neurones.

Elogi de les interaccions

dijous, 21/06/2018

Quan ens donem un cop amb una porta de ferro, què passa? Ens fem mal perquè la nostra pell xoca amb la matèria sòlida del ferro, amb els seus àtoms?

La resposta és no. No xoquem amb la matèria fèrria sino que som repel·lits, abans d’arribar-hi, per les seves forces atòmiques. Són els electrons exteriors dels àtoms de les cèl·lules de la nostra pell els que són aturats en sec per una immensa força d’interacció que es genera entre ells i els electrons dels àtoms de la capa exterior de la xapa de ferro. Perquè una porta de ferro, bàsicament, és espai buit, sense quasi res de matèria. És el que veiem a la imatge d’aquí al costat (que he tret d’aquest vídeo, força conegut i molt recomanable), que mostra l’aspecte que tenen els objectes que considerem sòlids quan els mirem a una distància de l’ordre d’una centèsima d’Àngstrom (un Àngstrom és una mil milionèsima d’un metre: si cada habitant de la Terra s’empetitís fins mesurar un Àngstrom i ens poséssim tots en fila, faríem una línia de 7 metres). Considerem un cub de ferro de densitat 7,9 i de 56 grams. Amb una simple divisió, veiem que el seu volum és de 7,1 mil·lilitres. Ara bé, com que la química ens diu que 56 grams de ferro són un mol, i com que un mol conté 6 per 10 elevat a 23 àtoms (el nombre d’Avogadro), a l’estructura cristallina cúbica del ferro alfa, cada àtom ocupa un espai de 1,2 x (10 ^ (-23)) centímetres cúbics (només cal dividir 7,1 pel nombre d’Avogadro). I ara, l’arrel cúbica d’aquest valor ens dona la separació els nuclis de dos àtoms de ferro veïns: 2,3 Àngstroms. Si ens situem al nucli d’un àtom de ferro amb els seus 56 neutrons i protons (com el de la imatge de dalt), haurem de travessar una distància de 2,3 Àngstroms pràcticament buida que només conté uns quants electrons fins trobar el següent nucli de l’àtom de ferro veí, que sabem que té un diàmetre, en metres, de 5,6 per 10 elevat a la potència menys 15.

Si dividim la distància de 2,3 Àngstroms entre dos nuclis veïns d’àtoms de ferro per aquest valor del diàmetre dels seus nuclis, obtindrem que la relació és de 41.000. O sigui: si el nucli d’un àtom de ferro tingués la mida d’un cigró, el seu veí a l’estructura cristallina de la porta estaria a 400 metres. Aquesta és la imatge d’una sòlida porta de ferro quan la mirem a una distància de l’ordre d’una centèsima d’Àngstrom: un conjunt de cigrons disposats regularment, cada un d’ells a quatre-cents metres dels seus veïns. En mig, en aquests 400 metres, uns pocs electrons que pràcticament no tenen massa i que no es volen deixar veure. Els sòlids són buits. Però atenció: interaccionen fortament amb la nostra pell.

Curiosament, el funcionament del nostre cervell es basa també en les interaccions entre neurones, més que en les neurones mateixes. Diuen que el cervell és l’objecte més complex del sistema solar, encara que només inclogui el 2 per cent del pes corporal. Com podeu llegir aquí, es calcula que dins de la cavitat cranial hi ha cent mil milions de neurones, que gestionen un nombre immensament més gran de connexions neuronals. De fet, el nombre de sinapsis és superior als 1000 bilions. El nostre cervell consumeix un 20 per cent de la nostra energia total (de fet, en els nadons, el cervell consumeix un 65 per cent de la seva energia total), i és tant sofisticat que el nostre ADN dedica el 80 per cent dels gens per a codificar les seves característiques. Sorprenent, oi?

Ara bé, segons explica en Christof Koch, qualsevol mecanisme molt complex amb un nombre d’interconnexions per damunt d’un determinat llindar i tal que la seva estructura codifiqui un conjunt de relacions causa-efecte, acaba tenint un cert nivell de consciència i sentint alguna cosa que ve de dins seu. Perquè segons la teoria de la informació integrada de Guilio Tononi, la consciència d’un cert sistema, a partir d’una determinada massa crítica de complexitat, ve determinada per les seves propietats causals, i per tant, la consciència acaba sent una propietat intrínseca i fonamental dels sistemes físics quan esdevenen més i més complexes. O sigui, que és un poder causal intrínsec que apareix automàticament en mecanismes molt i molt complexes com el cervell humà. De fet, Tononi diu que la complexitat d’un cert sistema ens pot donar una mesura del seu grau de consciència. A la seva teoria integrada de la informació, aquesta mesura la quantifiquen amb un valor que anomenen “Fi”. I el valor “Fi” del cervell humà és tan gran, que fa impossible calcular o simular-ne això que en diem consciència. La consciència no es pot simular, perquè només es troba dins la mateixa estructura dels sistemes que ho són.

El ferro és sòlid no com a conseqüència de la matèria que el conforma (matèria que deixa immensos espais buits), sino que ho és com a resultat de les forces atòmiques d’interacció, que, cal dir-ho, són molt poques perquè només afecten els àtoms més propers. I sembla ser que nosaltres som conscients no pel fet de tenir cent mil milions de neurones al cervell, sino gràcies al nombre ingent d’interaccions que generen entre elles. Tots dos, el xoc amb la porta i  pensaments del tipus “sóc viu”, són dos resultats d’una immensitat d’interaccions a nivell microscòpic. Mira per on, bona part del que experimentem cada dia és resultat d’interaccions.

Els humans també interaccionem, encara que amb moderació. L’amor, l’amistat, les relacions, fins i tot les xarxes socials, van modelant el nostre Jo i donen sentit a la nostra vida. Construïm la vida sobre les nostres relacions perquè som animals socials. Però clarament no som com les neurones. Les nostres interaccions són modestes, febles i poc nombroses. Els grecs van crear la democràcia quan van entendre la importància del dret a la paraula, del dret a discutir-ho tot, del dret a interaccionar públicament a l’assemblea i del dret a empoderar-se. Però ens cal lluitar, ara i sempre, per a que aquesta paraula no perdi el seu significat de respecte als drets de totes les persones i per a que no sigui segrestada pels qui pensen més en el seu desig de poder que en la gent.

—-

Per cert, en Pedro Olalla ens recorda que la democràcia va sorgir de la societat grega, quan va posar a l’abast de tothom una cosa fonamental: el dret a la paraula, el dret a discutir-ho tot i i el dret a interaccionar públicament a l’assemblea i a l’Àgora. Explica que la democràcia va brollar de l’ànima dels grecs quan van comprendre que la vida humana era única i més valuosa que qualsevol tresor o ambició, cosa que va portar a un pas progressiu del poder cap a mans dels ciutadans.

L’Alzheimer i els ritmes

dimecres, 30/05/2018

Durant els darrers cent anys hem après molt sobre el funcionament del cervell, gràcies als treballs de Santiago Ramón y Cajal i amb l’ajut de sistemes de detecció i mesura com el de l’electroencefalografia que va inventar en Hans Berger. Sabem que tenim uns 86 mil milions de neurones, que cada una d’elles es connecta amb milers d’altres, i que grups molt nombrosos de neurones s’activen de manera sincronitzada i rítmica, produint ones que ara sabem captar. Quan dormim profundament i sense somiar, les neurones generen una música latent d’ones delta de baixa freqüència (entre un i quatre Hz o cicles per segon). Però les nostres neurones també ressonen en moltes altres freqüències. Per exemple, quan estem actius, generem ones gamma més ràpides (de 30 a 70 Hz), associades amb la formació de idees, el llenguatge, la memòria i amb la percepció conscient.

El cert és que hem avançat molt, però que encara no sabem res, del nostre cervell. Som com un nen a la platja, que juga amb la sorra i les onades sense ser conscient de la immensitat de l’oceà. En Marcus du Sautoy ens parla de la extraordinària complexitat del cervell humà i diu que el més probable és que els humans mai arribem a entendre’l del tot.

Dic això perquè fa poc vaig llegir una notícia molt bonica. S’ha descobert que el fet de sotmetre ratolins que tenen plaques d’Alzheimer en el seu cervell a flaixos intermitents i rítmics de llum LED durant una estona, redueix dràsticament el nombre d’aquestes plaques. Ho ha descobert un grup de científics del Massachusetts Institute of Technology (MIT), que van trobar que la llum estimulava les cèl·lules a ressonar i destruir les proteïnes nocives que s’acumulen i que provoquen l’aparició de la demència. Això sí, cal que el parpelleig segueixi un ritme de 40 flaixos per segon, perquè així activa aquest tipus concret d’ones gamma. Encara que ni els humans ni les rates podem percebre que es tracta d’una llum formada per una seqüència d’impulsos lumínics (ho veiem com una llum continua, per la persistència de la imatge a la retina), els ulls sí que capten els flaixos, els seus senyals òptics passen al cervell, les neurones s’activen a la mateixa freqüència, i amb les seves ones – el seu “ball” – van trencant les plaques. De fet, ara mateix s’està fent proves en persones malaltes d’Alzheimer, com podeu veure a aquesta noticia del New Scientist i en el vídeo que mostra. La imatge de dalt és justament d’aquest vídeo. Cal dir que s’ha vist que determinades vibracions i sons de la mateixa freqüència de 40 Hz són també útils i trenquen plaques d’Alzheimer. Sembla que l’important és fer ressonar les neurones a la freqüència de 40 Hz, no pas com es fa.

Una prova del limitat que és el nostre coneixement del funcionament del cervell humà i de la immensa complexitat del que encara no sabem són els experiments que ens mostren que la realitat pot ser molt diferent al que creiem que veiem. Un exemple és l’efecte McGurk, que aquí teniu explicat. Estem acostumats a que hi hagi coherència entre les nostres percepcions visual i acústica. Doncs bé, si en algun moment no coincideixen, el nostre cervell ha de decidir. El resultat és que no ens adonem de la discrepància, i que pensem que el real és només una de les dues (normalment la visual). Ho podeu veure i experimentar amb aquest vídeo de la BBC. Conclusió: en molts casos no captem bé la realitat, com ja ens deia Plató. Si això és el que ens passa, voleu dir que ens serà fàcil desentrellar els misteris del nostre propi cervell i entendre allò que realment fa?

Tot plegat m’ha recordat un acudit d’en Randall Munroe que podeu veure aquí i que ordena algunes branques del saber pel seu grau de “puresa”. Els psicòlegs diuen que la sociologia no és més que psicologia aplicada, els bioquímics afirmen que la psicologia no és més que bioquímica aplicada, els químics diuen que la bioquímica és química aplicada, els físics afirmen que la química és en realitat una forma de física aplicada…, i els matemàtics s’ho miren tot de lluny i amb perspectiva. De fet, els experiments del MIT sobre els flaixos de llum i les plaques d’Alzheimer ens demostren que, encara que el nostre coneixement del cervell sigui quasi nul, podem tractar i segurament podrem guarir alteracions i degradacions bioquímiques amb sistemes no invasius només basats en la física. Llum que pot curar l’Alzheimer. Bonic, oi? Podrem algun dia tractar i guarir-nos de la cobdicia humana?

———

Per cert, la Rosa Montero diu que el 80% de les 43.000 empreses multinacionals del món estan controlades per només 737 persones. Diu que com que hi ha un miler d’individus que posseeixen el món, els polítics haurien d’estar de la nostra part, de part de tots els altres ciutadans, per intentar controlar els potentats. Democràcia és això, no el que tenim.

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.