artículos, escritos y demás piezas perfectamente obviables perpetradas por Javier Armentia (@javierarmentia por algunas redes)
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2003-10-08
Ojos De Pulpo
El Correo, miércoles 1 de octubre de 2003, Territorios, Ciencia-Futuro
Uno de los innumerables problemas que se plantean en campos como la inteligencia artificial o la robótica es la manera de crear sistemas electrónicos capaces de "ver" y permitir una interpretación correcta de lo que perciben. Desde luego, la visión implica más que una serie de aparatos que secan capaces de captar la luz, este sentido supone, en los mamíferos, un complejo sistema neurológico que ocupa una importante parte del cerebro, y que se desarrollado a lo largo de toda la historia evolutiva. Pero centrémonos en el ojo, que ya en sí tiene una complejidad sorprendente.
Todos hemos estudiado cómo nuestro ojo funciona de modo similar a una cámara, de manera que la luz que recibe forma una imagen especular (invertida) en el fondo del globo. Para ello utiliza una lente, el cristalino, capaz de ajustarse, o enfocar, de manera análoga a la que lo hace un objetivo de una cámara. El tamaño, la forma y la propia disposición de líquidos antes y después de la lente (los humores acuoso, en la pupila, y vítreo, en el interior del globo ocular) permite que esa cámara oscura forme una imagen en el fondo trasero del globo ocular, sobre la membrana esclerótica. En los vertebrados, sobre ella se dispone un sistema de captación de la luz llamado retina. En su superficie interna se encuentran células nerviosas que terminan en unos receptores sensibles a la luz: los conos y los bastones. Los bastones son sensores de cantidad de luz, permiten recibir una imagen "en blanco y negro". Los conos, pigmentados con diferentes sustancias, resultan sensibles a los diferentes colores de la imagen luminosa, permitiendo -según en qué especies- una visión cromática. La luz produce una serie de reacciones fotoquímicas que se transmiten desde estas células receptoras hacia neuronas que forman el nervio óptico que conduce las señales al quiasma óptico, ya en el cerebro, para su procesamiento superior.
Este sistema ocular tiene un problema de diseño, heredado de los predecesores de nuestro filum animal. Al colocarse las células fotorreceptoras sobre la retina, en el interior del globo ocular, el cableado del nervio óptico ha de atravesarlo por algún punto, de camino hacia el cerebro. Esto provoca la existencia del llamado punto ciego, una región que no es sensible a la luz porque en ella no hay fotorreceptores. Realmente, no somos conscientes de tener esa ausencia en nuestro campo de visión porque el mismo sentido de la vista corrige el problema: por un lado la imagen sobre la retina no es estática, por otro tenemos dos ojos con los que compensar pérdidas parciales de visión en uno de ellos (la propia nariz nos produce "sombra" en el campo de cada ojo) y, sobre todo, el sistema perceptivo es capaz de corregir estas faltas, acostumbrado como está a sufrir discontinuidades en la visión (pensemos, por ejemplo que normalmente no somos conscientes de que durante el parpadeo dejamos de ver... claro que ahora, que acaba de leer esto, usted se habrá fijado en que ahora sí es consciente de ello).
De hecho, en realidad todo es un poco más complejo aún, porque los conos y los bastones no están exactamente en la superficie retiniana, sino en su interior, debajo de los propios conectores hacia el nervio óptico y de todo un sistema vascular que permite la alimentación de estas células. El importante trabajo que realizan, precisamente, justifica todo este conjunto de capas retinianas que aseguran que los más de un millón de receptores estén adecuadamente alimentados y en perfecto estado de funcionamiento.
Una solución diferente a este problema fisiológico lo aporta la visión de los pulpos. El sistema de visión de éstos y algunas otras especies de moluscos (los cefalópodos) es, sorprendentemente, bastante similar al ojo de los vertebrados, porque también tienen un ojo con una cámara oscura que forma imágenes en el fondo. Pero en este caso, la retina está invertida: las células fotorreceptoras se ubican en la parte exterior de la membrana que forma su globo ocular. De esta forma el nervio óptico no tiene que atravesar la pantalla de proyección, la retina, y no existe el punto ciego. Cierto que hay más diferencias, sobre todo el hecho de que el ojo de un cefalópodo se desarrolla a través de un desarrollo específico de ciertas células que forman la piel del embrión, mientras que en caso vertebrado, el ojo proviene de un desarrollo cerebral.
Y en esto aparecen ahora las llamadas o-retinas, un desarrollo tecnológico recientemente presentado por Albert Titus, catedrático de ingeniería electrónica en la Universidad de Buffalo, Nueva York (EEUU). Se trata de un microprocesador que tiene la misma funcionalidad que una retina de pulpo: la luz que incide sobre ella activa los fotorreceptores (en este caso son semiconductores de silicio) que convierten la imagen sobre el chip en señales eléctricas que se reciben, y analizan, en un sistema informático.
Se podría comentar que algo así ya existe: cualquier cámara de vídeo o fotografía digital incorpora un detector CCD capaz de recoger esa imagen y convertirla en un mapa de bits. Sin embargo, la o-retina lleva a cabo un proceso de la información visual, gracias a que la información se trabaja mediante redes neuronales. Estos sistemas, teorizados ya desde los años 40, pero relativamente habituales desde el "Perceptron" de Frank Rosenblatt creado en 1962, permiten, imitando de manera simplificada las conexiones entre células nerviosas, obtener respuestas más complejas, de manera rápida y con capacidad de aprender a partir de unos estímulos. Lo que interesa no es simplemente obtener una imagen, sino poderla convertir en información que pueda ser "comprendida" por la máquina. En cierto modo eso es lo que hacemos, sin darnos cuenta, cuando estamos mirando algo.
Ojos y Guerras De Religión
Aunque nos pueda parecer extraño, la curiosidad evolutiva que supone la aparición de órganos aparentemente similares en especies que distan tanto evolutivamente como los humanos y los cefalópodos ha llegado a veces hasta los tribunales de justicia, en ciertos estados de los EEUU en los que la enseñanza de la biología científica (y evolutiva, por lo tanto) ha sido contrapuesta a la enseñanza de las doctrinas creacionistas de los cristianos fundamentalistas. Para éstos, el que animales tan diferentes tengan ojos similares no es sino una muestra del diseño inteligente de un Creador.
Para los biólogos, por el contrario, muestra cómo las soluciones que tienen éxito evolutivo siguen una ley de economía o mínimo esfuerzo: aquellas estructuras que funcionan, no se desechan; pero además llegar a una cierta solución adecuada no exige un único camino (y menos un plano de diseño realizado por un Gran Arquitecto), basta con introducir en la ecuación la gran diversidad de la vida. Los mismos ojos de los vertebrados varían grandemente según necesidades específicas: no es lo mismo ver bajo el agua, donde el medio es más denso que el aire que ser un animal nocturno, no es lo mismo tener que distinguir entre los matices infinitos del verde de una selva que conseguir detectar posibles enemigos en la lejanía bajo el ardiente mediodía de una estepa africana.
2003-10-08
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Ojos De Pulpo
2003-10-08
El Correo, miércoles 1 de octubre de 2003, Territorios, Ciencia-Futuro
Uno de los innumerables problemas que se plantean en campos como la inteligencia artificial o la robótica es la manera de crear sistemas electrónicos capaces de "ver" y permitir una interpretación correcta de lo que perciben. Desde luego, la visión implica más que una serie de aparatos que secan capaces de captar la luz, este sentido supone, en los mamíferos, un complejo sistema neurológico que ocupa una importante parte del cerebro, y que se desarrollado a lo largo de toda la historia evolutiva. Pero centrémonos en el ojo, que ya en sí tiene una complejidad sorprendente.
Todos hemos estudiado cómo nuestro ojo funciona de modo similar a una cámara, de manera que la luz que recibe forma una imagen especular (invertida) en el fondo del globo. Para ello utiliza una lente, el cristalino, capaz de ajustarse, o enfocar, de manera análoga a la que lo hace un objetivo de una cámara. El tamaño, la forma y la propia disposición de líquidos antes y después de la lente (los humores acuoso, en la pupila, y vítreo, en el interior del globo ocular) permite que esa cámara oscura forme una imagen en el fondo trasero del globo ocular, sobre la membrana esclerótica. En los vertebrados, sobre ella se dispone un sistema de captación de la luz llamado retina. En su superficie interna se encuentran células nerviosas que terminan en unos receptores sensibles a la luz: los conos y los bastones. Los bastones son sensores de cantidad de luz, permiten recibir una imagen "en blanco y negro". Los conos, pigmentados con diferentes sustancias, resultan sensibles a los diferentes colores de la imagen luminosa, permitiendo -según en qué especies- una visión cromática. La luz produce una serie de reacciones fotoquímicas que se transmiten desde estas células receptoras hacia neuronas que forman el nervio óptico que conduce las señales al quiasma óptico, ya en el cerebro, para su procesamiento superior.
Este sistema ocular tiene un problema de diseño, heredado de los predecesores de nuestro filum animal. Al colocarse las células fotorreceptoras sobre la retina, en el interior del globo ocular, el cableado del nervio óptico ha de atravesarlo por algún punto, de camino hacia el cerebro. Esto provoca la existencia del llamado punto ciego, una región que no es sensible a la luz porque en ella no hay fotorreceptores. Realmente, no somos conscientes de tener esa ausencia en nuestro campo de visión porque el mismo sentido de la vista corrige el problema: por un lado la imagen sobre la retina no es estática, por otro tenemos dos ojos con los que compensar pérdidas parciales de visión en uno de ellos (la propia nariz nos produce "sombra" en el campo de cada ojo) y, sobre todo, el sistema perceptivo es capaz de corregir estas faltas, acostumbrado como está a sufrir discontinuidades en la visión (pensemos, por ejemplo que normalmente no somos conscientes de que durante el parpadeo dejamos de ver... claro que ahora, que acaba de leer esto, usted se habrá fijado en que ahora sí es consciente de ello).
De hecho, en realidad todo es un poco más complejo aún, porque los conos y los bastones no están exactamente en la superficie retiniana, sino en su interior, debajo de los propios conectores hacia el nervio óptico y de todo un sistema vascular que permite la alimentación de estas células. El importante trabajo que realizan, precisamente, justifica todo este conjunto de capas retinianas que aseguran que los más de un millón de receptores estén adecuadamente alimentados y en perfecto estado de funcionamiento.
Una solución diferente a este problema fisiológico lo aporta la visión de los pulpos. El sistema de visión de éstos y algunas otras especies de moluscos (los cefalópodos) es, sorprendentemente, bastante similar al ojo de los vertebrados, porque también tienen un ojo con una cámara oscura que forma imágenes en el fondo. Pero en este caso, la retina está invertida: las células fotorreceptoras se ubican en la parte exterior de la membrana que forma su globo ocular. De esta forma el nervio óptico no tiene que atravesar la pantalla de proyección, la retina, y no existe el punto ciego. Cierto que hay más diferencias, sobre todo el hecho de que el ojo de un cefalópodo se desarrolla a través de un desarrollo específico de ciertas células que forman la piel del embrión, mientras que en caso vertebrado, el ojo proviene de un desarrollo cerebral.Y en esto aparecen ahora las llamadas o-retinas, un desarrollo tecnológico recientemente presentado por Albert Titus, catedrático de ingeniería electrónica en la Universidad de Buffalo, Nueva York (EEUU). Se trata de un microprocesador que tiene la misma funcionalidad que una retina de pulpo: la luz que incide sobre ella activa los fotorreceptores (en este caso son semiconductores de silicio) que convierten la imagen sobre el chip en señales eléctricas que se reciben, y analizan, en un sistema informático.
Se podría comentar que algo así ya existe: cualquier cámara de vídeo o fotografía digital incorpora un detector CCD capaz de recoger esa imagen y convertirla en un mapa de bits. Sin embargo, la o-retina lleva a cabo un proceso de la información visual, gracias a que la información se trabaja mediante redes neuronales. Estos sistemas, teorizados ya desde los años 40, pero relativamente habituales desde el "Perceptron" de Frank Rosenblatt creado en 1962, permiten, imitando de manera simplificada las conexiones entre células nerviosas, obtener respuestas más complejas, de manera rápida y con capacidad de aprender a partir de unos estímulos. Lo que interesa no es simplemente obtener una imagen, sino poderla convertir en información que pueda ser "comprendida" por la máquina. En cierto modo eso es lo que hacemos, sin darnos cuenta, cuando estamos mirando algo.
Ojos y Guerras De Religión
Aunque nos pueda parecer extraño, la curiosidad evolutiva que supone la aparición de órganos aparentemente similares en especies que distan tanto evolutivamente como los humanos y los cefalópodos ha llegado a veces hasta los tribunales de justicia, en ciertos estados de los EEUU en los que la enseñanza de la biología científica (y evolutiva, por lo tanto) ha sido contrapuesta a la enseñanza de las doctrinas creacionistas de los cristianos fundamentalistas. Para éstos, el que animales tan diferentes tengan ojos similares no es sino una muestra del diseño inteligente de un Creador.
Para los biólogos, por el contrario, muestra cómo las soluciones que tienen éxito evolutivo siguen una ley de economía o mínimo esfuerzo: aquellas estructuras que funcionan, no se desechan; pero además llegar a una cierta solución adecuada no exige un único camino (y menos un plano de diseño realizado por un Gran Arquitecto), basta con introducir en la ecuación la gran diversidad de la vida. Los mismos ojos de los vertebrados varían grandemente según necesidades específicas: no es lo mismo ver bajo el agua, donde el medio es más denso que el aire que ser un animal nocturno, no es lo mismo tener que distinguir entre los matices infinitos del verde de una selva que conseguir detectar posibles enemigos en la lejanía bajo el ardiente mediodía de una estepa africana.
2003-10-08 08:41 Enlace
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