Cervells alternatius

Hi ha una gran diversitat de ments i intel·ligències habitant la Terra: des de la consciència humana fins al complex cervell dels pops, passant pels cervells col·lectius i líquids dels insectes socials, com ara les formigues o els tèrmits. En aquest «Dins l’exposició», Ricard Solé, especialista en sistemes complexos i co-comissari de  «Cervell(s)», planteja sis possibilitats de cervells alternatius que no trobem en el món real i ens convida a entendre com pot explicar la ciència que no en formin part.  

Dibuixos originals i text de © Ricard Solé, co-comissari de l’exposició «Cervell(s)».

Una plètora de formes de vida diferents —amb la capacitat de compilar, processar i crear informació, així com d’adaptar-se a l’entorn de diverses maneres— ocupa la biosfera cognitiva. Aquestes formes de vida diverses inclouen sistemes dotats de cervells de grans dimensions. És el cas dels mamífers, inclosos els humans com a espècie singular, juntament amb els primats, els elefants, els dofins i les balenes. Això no obstant, en ocells i pops també hi trobem cervells més petits que permeten als organismes mostrar un comportament complex. Són exemples de cervells «sòlids», amb una arquitectura basada en el desenvolupament d’un conjunt de neurones que, un cop consumat el desenvolupament, ocupen la mateixa posició fins a la seva mort. Aquestes neurones s’enllacen amb moltes altres i teixeixen un xarxa viva, on la força i la naturalesa de les connexions poden canviar al llarg de la vida de l’organisme. No obstant això, no tots els cervells són sòlids.

La complexitat cognitiva dels insectes socials, que inclouen les formigues i els tèrmits com a actors principals, ha evolucionat paral·lelament als cervells sòlids. Les colònies d’aquests insectes assoleixen objectius espectaculars, com ara la construcció de nius enormes i sofisticats. Aquí, la intel·ligència no prové dels individus, com succeeix amb les neurones i els cervells sòlids, sinó que s’origina en un fenomen emergent. En aquest cas, en lloc de neurones tenim agents mòbils que canvien d’ubicació i de manera d’interactuar segons el temps i l’espai. A les societats d’insectes, els cervells col·lectius són líquids. De fet, es tracta d’un cervell format per petits cervells en constant moviment. Això no obstant, en el nostre cos també hi ha cervells líquids: el sistema immunitari està format per milions de cèl·lules de diversos tipus que ens protegeixen de patògens i respostes autoimmunitàries. Aquest sistema té memòria, pot aprendre i es comporta essencialment com una mena de xarxa neuronal fluida. Es poden trobar altres classes de ments en organismes no neuronals, com ara els fongs Physarum, que en realitat són organismes unicel·lulars gegants capaços de fer càlculs complexos.

Què més hi podem trobar? Tot el que hi ha és el que veiem a la biosfera? O bé hi ha possibles formes de coneixement alternatives que l’evolució encara no ha generat? És possible que l’arquitectura del nostre cervell, format per dues meitats connectades, sigui diferent? Pot ser que hi hagi plantes amb cervell? I si no n’hi ha, per què és així?

Formigues intel·ligents

Sempre s’ha dit que les formigues són molt intel·ligents, cosa que sembla certa, almenys fins a cert punt. Les formigues individualment pertanyen a un superorganisme, un conjunt massiu capaç d’assolir fites impressionants de manera col·lectiva. Milions de formigues poden creuar la selva tropical en massa com un depredador gegant. Les formigues talladores de fulles construeixen nius enormes que allotgen al seu si una fàbrica de cultiu de fongs i que, per tant, fan servir l’agricultura com a pràctica d’explotació dels recursos naturals. No obstant això, sembla que aquest èxit suposa un peatge per al coneixement individual de les formigues. Sembla que hi ha una compensació entre la complexitat individual i col·lectiva: com més complexa és la societat, menys complexos són els individus que en formen part. Aleshores, per què no observem «formigues intel·ligents»?

Formigues intel·ligents, Ricard Solé © Ricard Solé

La literatura de ciència-ficció ens ha mostrat diverses vegades la possibilitat que una colònia formada por molts individus sigui portadora d’un gran cervell. Els borgs d’Star Trek són un exemple d’aquest tipus de societat, on cada individu és un cíborg avançat. Una versió anterior d’aquest concepte de ment de grup en ciència-ficció va ser la novel·la Els primers homes a la lluna, de H. G. Wells. En aquesta obra, els selenites, habitants del nostre satèl·lit, són criatures insectoides que formen una societat subterrània complexa i que utilitzen tecnologia avançada. De manera semblant, una consciència col·lectiva també penetra en les formes de vida extraterrestre que infecten els humans en la famosa pel·lícula de 1956 de Don Siegel La invasió dels ultracossos. En aquest cas, espores procedents de l’espai exterior es poden transformar en rèpliques exactes d’humans (i dels seus cervells), que se substitueixen per un nou membre del grup que està mancat d’emocions.

De moment, no hi ha cap explicació provada per a l’absència de formigues intel·ligents. Una possible raó d’aquesta manca de grans cervells individuals en les grans colònies de formigues s’ha de trobar en l’anomenada hipòtesi de la reducció de la complexitat. Segons aquesta teoria, si cal assolir una complexitat d’ordre superior, les unitats individuals seran més simples a fi de facilitar la supervivència del sistema amb el cost més baix. Sembla que aquest és el cas de les cèl·lules individuals dins dels organismes pluricel·lulars: les cèl·lules tendeixen a ser especialitzades i mancades de flexibilitat. De vegades, fins i tot tenen una manca considerable de complexitat estructural, com és el cas dels glòbuls vermells (que ho han perdut gairebé tot i només transporten oxigen). Les unitats més simples fan possibles els intercanvis de fluids entre les diverses parts del conjunt, alhora que el seu coneixement reduït n’abarateix el cost. Si aquesta idea és correcta, no hi poden haver formigues intel·ligents.

Cervells semblants a ordinadors?

El cervell humà (i el dels mamífers en general) té una organització característica amb una estructura bilateral de dos hemisferis, el dret i l’esquerre. Aquestes dues parts estan unides pel cos callós, un conjunt massiu de connexions que van d’una part a l’altra, com mostren els dibuixos dels primers anatomistes. El cervell està format per 86.000 milions de cèl·lules i presenta diversos nivells d’organització, des de la microescala fins a la macroescala. El cervell pot somiar, imaginar i crear art i teories científiques. No podem fer càlculs tan de pressa com un ordinador estàndard, que és la metàfora més popular sobre els cervells, però som capaços de desenvolupar teories de l’univers i teoremes matemàtics. Gestionem el llenguatge més complex i som viatgers del temps: la capacitat d’abordar el passat i el futur és una part intrínseca de la nostra ment.

Cervells semblants a ordinadors?, Ricard Solé © Ricard Solé

A quina distància es troba el nostre cervell de l’arquitectura d’un ordinador? Molt lluny. L’arquitectura de la majoria dels ordinadors que fem servir avui dia es fonamenta en la visió de l’erudit John von Neumann, basada en el treball anterior dels enginyers J. Presper Eckert i John Mauchly. L’anomenada arquitectura de von Neumann concep els ordinadors digitals com sistemes d’entrada i sortida seqüencials que inclouen una unitat central de processament (CPU), una unitat de control, una unitat de memòria que emmagatzema les dades i les instruccions i una unitat d’emmagatzematge extern. Podem imaginar un cervell alternatiu amb el còrtex segregat en diversos mòduls anatòmicament diferents, tal com es mostra al dibuix anterior. En aquest cervell alternatiu s’hi implementaria una estructura modular semblant, amb la memòria i el processament ubicats en àrees ben definides.

Això no és ni de bon tros el que trobem en els cervells reals, cosa que es deu a diversos motius. D’una banda, els ordinadors estan dissenyats per humans amb la finalitat de fer càlculs que impliquen el processament de grans quantitats de números i que requereixen una ràpida execució. El disseny d’entrada i sortida i la lògica de l’arquitectura de von Neumann són perfectes per a aquest objectiu i —com passa amb nombrosos dissenys d’enginyeria— té els avantatges d’una estructura modular. El nostre cervell també mostra algunes especialitzacions, com demostra el fet que els danys en determinades àrees del còrtex cerebral produeixen una disfunció diferent. La pèrdua de les funcions del llenguatge i la ceguesa en són només dos exemples. Això no obstant, no són mòduls reals: totes aquestes funcions estan profundament interconnectades amb altres àrees i la integració és igual d’important (si no més) que la modularització. El que es coneix com connectoma del cervell proporciona una cartografia d’aquest compromís entre la segregació i la integració. A més, el cervell és el resultat d’apedaçaments: l’evolució ha aprofitat el que hi havia per crear noves estructures. Com a resultat, tenim una combinació d’optimalitat i accidents que s’han congelat en el temps.

Cervells desordenats

Una diferència important entre els cervells i els ordinadors, com el mateix von Neumann va comprendre, és que els primers són altament fiables davant la pèrdua d’unitats, mentre que els segons són fràgils. Al llibre L’ordinador i el cervell, von Neumann va intentar explicar aquesta propietat. Seria possible dissenyar un ordinador que seguís funcionant encara que fallessin les seves unitats com ho fa el cervell? Aleshores, els primers ordinadors eren molt grossos i estaven formats per milers de tubs de buit.

Cervells desordenats, Ricard Solé © Ricard Solé

La fallida de parts del cervell es pot compensar amb la seva gran plasticitat. Aquest és el cas quan s’extirpa la meitat del còrtex cerebral per tractar casos extrems d’epilèpsia: les àrees i les funcionalitats que falten es reconstrueixen amb seguretat en l’hemisferi conservat, tal com descriu el neurocientífic i pedagog Antonio M. Battro al llibre Half a Brain Is Enough: The Story of Nico. El cervell podria ser més plàstic si li faltessin totes les parts especialitzades i esdevenir un sistema més amorf, on connectomes totalment diferents es desenvolupessin en cada individu? En el dibuix anterior mostrem aquest cervell imaginari, sense hemisferis, i definim així un sistema autoorganitzatiu, en què l’arquitectura final seria el resultat de trajectòries de desenvolupament i aprenentatge dependents del camí.

Un cervell com aquest és possible? Rotundament, no. Els cervells sorgeixen en l’evolució a conseqüència de diverses forces de selecció, inclòs el moviment. L’anomenada hipòtesi del moviment planteja que l’exploració activa de l’entorn espacial d’un organisme impulsava la trajectòria evolutiva que originava els cervells. Els cervells són motors de predicció, capaços de pronosticar canvis futurs en l’entorn. Quins organismes són capaços de fer això? Els humans són només una de les espècies anomenades bilaterals —animals amb una simetria lateral ben definida (esquerra-dreta). Els «primers» cervells estaven formats segons aquest principi i van esdevenir màquines de predicció potents. La necessitat dels òrgans dels sentits (especialment de la vista) i els moviments coordinats estava fortament limitada pel disseny bilateral. Un pla de desenvolupament previsible per crear els cervells que coneixem facilitarà la producció de xarxes que canalitzin el flux d’informació dels sensors als activadors.

Tecnologia de pop

Els cefalòpodes, que inclouen els pops, els calamars i les sípies, tenen cervells molt complexos. Els cervells dels pops proporcionen un exemple de trets convergents, tot i ser invertebrats. El seu sistema neuronal va evolucionar paral·lelament a l’aparició dels cervells vertebrats, però també presenta la característica organització multicapa. A més, tenen un exclusiu grup neuronal addicional de 8 plecs que controla els braços de manera autònoma. Fins a cert punt, podem dir que tenen vuit cervells addicionals, cadascun dels quals controla un braç. Atesa la seva naturalesa, que els permet canviar de forma, i la seva autonomia neuronal distribuïda, sovint aquests organismes s’han etiquetat com a «alienígenes». No és estrany que els guionistes de ciència-ficció hagin trobat la inspiració en aquests animals per representar criatures extraterrestres.

Tecnologia de pop, Ricard Solé © Ricard Solé

Els pops es consideren els més intel·ligents dels invertebrats. El seu poder cognitiu s’ha il·lustrat en nombrosos experiments d’allò més coneguts que revelen la seva capacitat per resoldre problemes. Mostren plasticitat conductual i poden afrontar tasques complexes i aprendre de l’experiència. També són coneguts per la seva capacitat limitada per utilitzar eines. Tot i que fan servir closques com a refugi i manipulen objectes, no han desenvolupat una ment ampliada. Per què?

El dibuix anterior representa un grup de calamars que treballen conjuntament per fabricar una trampa per a peixos. Un escenari com aquest exigiria interaccions socials que no sembla que comparteixin els cefalòpodes. A més, una característica exclusiva d’aquest grup d’organismes és que tenen una vida molt curta, la mitjana de la qual és de només dos anys. Què passaria si els pops haguessin evolucionat per viure més temps i desenvolupar vincles socials més forts? En podria sorgir una civilització?

Coneixement col·lectiu basat en el plàstic

Se sap que hi ha societats d’organismes que lluiten contra els humans arreu del planeta. Els insectes socials en particular són uns enginyers d’ecosistemes excel·lents: construeixen i transformen el paisatge a gran escala. Això no obstant, hi ha altres tipus d’associacions que impliquen la combinació de diversos organismes per treballar conjuntament i formar un organisme complex, com passa amb un habitant singular dels mars: l’anomenada caravel·la portuguesa. Les unitats de la colònia són clons idèntics, però especialitzats en funcions diferents, com ara la reproducció o la caça. Inclouen una gran cambra flotant que es veu a la superfície i que permet que la colònia es desplaci impulsada pel vent. Tots els espècimens treballen junts com un sol individu.

Coneixement col·lectiu basat en el plàstic, Ricard Solé © Ricard Solé

Però el mar també està habitat per un resultat indesitjable de l’antropocè: els residus plàstics. Durant dècades s’han acumulat objectes plàstics i han esdevingut una amenaça important per a la diversitat marina. Els microplàstics en constitueixen la gran part, però també hi ha objectes grossos, com ara ampolles i globus. A conseqüència de les interaccions entre els plàstics i la vida marina, s’ha format un nou ecosistema, anomenat plastisfera. Actualment, és un ecosistema ric que inclou un gran nombre d’espècies que aprofiten el plàstic com a substrat per adherir-s’hi i romandre a prop de la superfície o fins i tot com a font d’energia.

¿Una nova classe d’organització basada en la interacció entre els objectes de plàstic i grups d’organismes (potser d’espècies diferents) podria esdevenir una caravel·la portuguesa «sintètica» com la de la figura anterior? Tenint en compte la llarga vida dels plàstics, l’estabilitat podria ser un avantatge per proporcionar resistència al conjunt. Però la trajectòria evolutiva podria ser difícil de seguir. L’evolució dels organismes, incloses les formes de vida colonial, implica el desenvolupament d’especialitzacions, i el resultat de cada pas evolutiu és heretable. La naturalesa repetitiva de la vida garanteix la propagació de la complexitat. En canvi, per a la nostra alternativa sintètica, s’haurien de produir diversos esdeveniments casuals perquè una colònia idònia pogués esdevenir una unitat i s’haurien de desenvolupar mecanismes addicionals per propagar el col·lectiu en nous elements de plàstic. Per que fos una realitat podria caldre un temps excessivament llarg.

Plantes neuronals

Les plantes són intel·ligents? Aquesta és una qüestió molt controvertida. Si la hipòtesi del moviment és correcta i els cervells són principalment el resultat d’una pressió selectiva per gestionar els entorns canviants, sembla que les plantes no hi tenen cabuda. Tenint en compte la seva capacitat per captar l’energia del sol, estan molt limitades a romandre en una ubicació específica. S’anomenen organismes sèssils, i l’avantatge de no haver de cercar energia podria haver limitat en gran part el seu potencial per desenvolupar un coneixement complex.

Plantes neuronals, Ricard Solé © Ricard Solé

Alguns autors asseguren que hi ha diverses característiques de l’arquitectura i la fisiologia de les plantes que recorden determinades característiques dels sistemes neuronals. Les plantes no tenen neurones, però, gràcies a un potent sistema de comunicació química, tenen capacitat limitada de memòria i aprenentatge, i presenten trets cooperatius notables. Però no tenen cervell. L’evolució podria generar plantes neuronals?

En aquest darrer dibuix ho il·lustrem amb una planta imaginària, les llavors de la qual estan connectades a neurones que podrien proporcionar mecanismes de detecció ràpida que, per exemple, fessin saltar les llavors a animals que les transportessin a la distància adequada. També podríem pensar en maneres alternatives d’actuar com a depredadors. Les plantes carnívores, que acostumen a viure en entorns negats d’aigua i amb escassetat de nutrients, poden capturar insectes que els proporcionin els minerals necessaris absents al seu hàbitat. Aquest comportament depredador es podria expandir amb una ment ampliada, per exemple, com fan les aranyes? Podríem imaginar una planta neuronal capaç de crear una xarxa per atraure i capturar insectes o, fins i tot, petits rosegadors i ocells. Un cop morts, hi hauria una gran quantitat de matèria orgànica disponible. Aquesta planta alternativa podria existir en una biosfera alternativa? No podem respondre aquesta pregunta, però hem de tenir en compte que les plantes han estat les grans transformadores del planeta i han conquerit (i creat) paisatges durant milions d’anys, fins que van emergir dels hàbitats marins i es van adaptar al context terrestre. Durant aquest llarg període de temps, han evolucionat una gran diversitat de dissenys i adaptacions. Cap d’aquests s’acosta a la nostra imatge alternativa. Potser l’energia de la llum és suficient i massa econòmica perquè les plantes inverteixin en coneixement.