I. INTRODUCCI�N

Los fundamentos de la ciencia como un todo, y de la f�sica en particular, esperan sus grandes revelaciones de la biolog�a, y especialmente del an�lisis de las sensaciones... La observaci�n psicol�gica por un lado, y la observaci�n f�sica por el otro, pueden progresar tanto que terminar�n estando en contacto, y de esta manera, muchos conocimientos podr�n salir a la luz. Los resultados de esta investigaci�n no constituir�n un dualismo sino una ciencia, la cual al incluir tanto lo org�nico como lo inorg�nico, interpretar� los hechos que son comunes a ambas.

(MACH, 1914)

EL HOMBRE siempre ha tenido inter�s por conocerse a s� mismo y al mundo que lo rodea y este inter�s ha sido uno de los motores que le ha permitido, en su estancia relativamente corta sobre la Tierra, lograr una transformaci�n tan grande del mundo. Esta transformaci�n se ha llevado a cabo primero muy lentamente, a lo largo de miles de a�os, y despu�s, de una forma cada vez m�s acelerada. As�, tenemos que durante este siglo se ha producido la primera revoluci�n t�cnico-cient�fica: por un lado, se ha logrado un gran avance en el conocimiento de la naturaleza fundamental de la materia, y por otro, la ciencia se ha involucrado, muy profundamente, con la industria y la agricultura.

En los a�os cercanos a los albores del siglo XX, la vida era muy diferente a la que ahora tenemos. As� vemos que, por ejemplo, las casas a�n no contaban siquiera con luz el�ctrica, ya que la l�mpara incandescente reci�n se hab�a inventado (Figura 1). En aquellos a�os se realizaron inventos muy ingeniosos, como el kinetoscopio, antecedente del cinemat�grafo, en el cual �nicamente una persona pod�a disfrutar del espect�culo. Tambi�n corresponden a esa �poca el lanzamiento al mercado de los primeros gram�fonos y fon�grafos, de las primeras m�quinas sumadoras y el invento del tel�fono, el cual vino a revolucionar el mundo de las telecomunicaciones. En el plano del transporte, tenemos la creaci�n y desarrollo del autom�vil, de los primeros aviones peque�os y de los gigantescos dirigibles. En el terreno militar, se inicia el uso de los primeros explosivos estables, los cuales no estallan a menos de que se pongan en contacto con las substancias que los activan. En el �mbito de la investigaci�n en materiales, se crean los primeros pl�sticos �tiles (la baquelita que se utiliza como aislante el�ctrico), etc�tera. En cuanto a la actividad cient�fica, �sta estaba pr�cticamente concentrada en Inglaterra, Francia y Alemania. Por aquellos d�as se descubren los rayos X, se inventa el ultramicroscopio (capaz de aumentar el tama�o de las im�genes 7 500 veces debido a que utiliza luz ultravioleta) y se confirma la naturaleza at�mica de la materia.

Por esos a�os se inici� una aceleraci�n s�bita y sin precedentes de la actividad cient�fica y de sus aplicaciones, la cual contin�a hasta nuestros d�as; de manera que en los �ltimos a�os, se han llevado a cabo m�s trabajos cient�ficos que en toda la historia previa de la humanidad. Como consecuencia, hemos experimentado un cambio total en nuestra concepci�n del mundo y en nuestro estilo de vida. Este desenvolvimiento t�cnico tan acelerado, ha dado origen y ha sido a su vez resultado de una interpenetraci�n, en los pa�ses industrializados, entre la ciencia y la industria. El avance cient�fico y el progreso t�cnico han quedado ligados de manera que ahora es pr�cticamente imposible hablar de ellos por separado.

Figura 1. Apuntes de Edison en los cuales se muestran los esbozos de las primeras bombillas el�ctricas.

Algunas de las caracter�sticas que describen el desarrollo cient�fico-t�cnico del presente siglo, son el inicio de la producci�n en serie, el control autom�tico de los procesos industriales, la disponibilidad y control de la energ�a, la aparici�n de los medios de comunicaci�n masiva, y la substituci�n del hombre en la ejecuci�n de ciertos trabajos por máquinas o dispositivos electr�nicos. Todos estos factores proporcionaron la explotaci�n en gran escala de los recursos naturales, la producci�n de materias primas, y el desarrollo de industrias como la el�ctrica, qu�mica, farmac�utica, alimenticia, etc. Ahora contamos con fertilizantes, insecticidas, detergentes, pl�sticos y fibras sint�ticas, antibi�ticos, armas qu�micas, entre otros. Un elemento m�s de capital importancia en el avance de la ciencia ha sido el deseo de dominio y supremac�a del hombre sobre sus semejantes de manera que la industria b�lica ha sido responsable de muchos refinamientos e innovaciones de la electr�nica, las telecomunicaciones, la industria qu�mica, nuclear, etc�tera.

Los diferentes esquemas de organizaci�n pol�tica y desarrollo econ�mico tambi�n han desempe�ado un papel decisivo. As�, otra caracter�stica de nuestro tiempo ha sido, por un lado, el crecimiento de los grandes monopolios de car�cter comercial e industrial en cuyos departamentos de investigaci�n se realiza 80% de la investigaci�n aplicable, y por otro lado, la institucionalizaci�n de la investigaci�n cient�fica, de modo que la planeaci�n de la investigaci�n ha ido substituyendo a la inventiva aislada e individual.

Entre los frutos de este auge t�cnico-cient�fico tenemos, a manera de ejemplo, los siguientes. El hombre ha iniciado la conquista del espacio: ha sido capaz de llegar a la Luna y de enviar naves a hacer traves�as en nuestro sistema solar (v�ase la figura 2), las cuales han conseguido enviar informaci�n a la Tierra desde lugares tan lejanos como Neptuno. Tambi�n se han creado bombas que podr�an acabar con la humanidad en cuesti�n de horas. Posteriormente se han descubierto y fabricado materiales superconductores que, por debajo de cierta temperatura, son capaces de conducir energ�a el�ctrica pr�cticamente sin p�rdidas de �sta (Figura 3). Se han construido refrigeradores capaces de llegar a temperaturas muy cercanas al cero absoluto, microscopios capaces de "ver" �tomos individuales (Figura 4), y dispositivos electr�nicos que detectan fotones (cuantos de luz), tambi�n individuales. Otro instrumento creado es el l�ser, que tiene una serie muy amplia de aplicaciones, que van desde su uso en tocadiscos compactos hasta su aplicaci�n en microcirug�a y en la industria b�lica. Por otro lado, se han desarrollado t�cnicas muy importantes con aplicaciones a la medicina, como el ultrasonido y la microcirug�a, y se han producido vacunas que han contribuido al control de enfermedades como la viruela y la poliomielitis, etc�tera, asimismo han nacido los primeros "beb�s de laboratorio" engendrados en probetas.

Figura 2. Figura que muestra las trayectorias de las naves espaciales Voyager I y Voyager II, a trav�s de la parte exterior de nuestro sistema solar.

Uno de los desarrollos m�s sobresalientes del siglo XX, el cual a�n no hemos mencionado, es el de las computadoras. Estas han sido tan importantes que a menudo nuestra �poca se denomina "la era de las computadoras". Las computadoras han sido, por un lado, un logro tecnol�gico de primera l�nea, y por otro lado han desempe�ado un papel muy importante por s� mismas. Primero, en el avance de la ciencia, ya que constituyen una herramienta muy �til en la investigaci�n cient�fica (realizaci�n de c�lculos matem�ticos y simulaci�n num�rica). Segundo en el desarrollo tecnol�gico, ya que han contribuido como herramienta de dise�o e instrumento de control en los procesos industriales (Figura 4). Y tercero, y no menos importante, han contribuido como medio para el manejo y almacenamiento de informaci�n.

Figura 3. Esta fotograf�a muestra un im�n levitando sobre un material superconductor (efecto Meisner). Cortes�a: doctor Ramiro P�rez, IFUNAM-Ensenada.

Figura 4. Fotograf�a de la imagen obtenida al observar una muestra de grafito a trav�s de un microscopio de tunelaje. En ella puede apreciarse la presencia de �tomos individuales. Cortes�a: doctor Leonardo Morales, IFUNAM-Ensenada.

Figura 5. Los sistemas de vis�n automatizada permiten llevar a cabo el "control de calidad" durante todas las etapas del proceso de producci�n.

El uso de las computadoras no ha quedado restringido a los �mbitos t�cnico, cient�fico y administrativo. En los �ltimos a�os su existencia ha cambiado radicalmente nuestras vidas, pues ahora forman parte esencial de la mayor�a de los aspectos del quehacer humano. Hace tan solo algunos a�os, el uso de las computadoras dentro del hogar formaba parte de la ficci�n cient�fica. Actualmente, en los pa�ses industrializados existen computadoras en gran cantidad de hogares, y los cursos de computaci�n constituyen una parte importante del curr�culum escolar del nivel elemental. Adem�s en estos pa�ses existen grandes bancos de datos a los cuales se puede tener acceso, desde la comodidad del hogar, a trav�s de una computadora personal. De esta manera, es posible conocer los horarios de ferrocarriles y aviones, obtener informaci�n acerca de los espect�culos y del estado del tiempo, hacer pedidos comerciales, tener acceso a las cuentas personales de banco, etc�tera.

Algunas personas se alarman debido a que sienten que las computadoras est�n "reemplazando" al ser humano en muchas de sus funciones. Si bien esto es en gran parte cierto, hasta ahora las computadoras no son capaces de hacer nada por s� mismas, �nicamente son capaces de seguir instrucciones. Pero, �continuar� siempre siendo de esta manera?, �podr�n alg�n d�a crearse computadoras que al igual que el ser humano "aprendan" a partir de la experiencia y sean capaces de autoprogramarse? Este ha sido el tema central de muchas novelas de ciencia ficci�n, y aunque se est�n dando pasos muy importantes en esta direcci�n, la respuesta definitiva s�lo la tendremos con el paso del tiempo.

En la actualidad, una computadora peque�a es capaz de efectuar, en cuesti�n de segundos, una cantidad tal de operaciones matem�ticas, que a un hombre le tomar�a meses o a�os realizarlas. Sin embargo, hay otro tipo de trabajos para los cuales las computadoras est�n claramente en desventaja. Estas tareas suponen la soluci�n de problemas que se caracterizan por tener un gran n�mero de soluciones, y por no ser posible dar instrucciones concretas para encontrarlos, m�s adelante explicaremos a qu� nos referimos. En lo sucesivo denominaremos a estos problemas complejos. 1

Entre los problemas complejos, tenemos problemas de optimizaci�n o toma de decisiones, de reconocimiento, etc�tera. Por ejemplo, un ni�o de tres a�os es mucho m�s eficiente reconociendo im�genes como caras de personas, que una poderosa computadora que trabaja con los programas m�s elaborados. Asimismo, un ni�o es capaz de efectuar generalizaciones y clasificar im�genes que nunca ha visto, mediante el uso de elementos extra�dos de la experiencia previa, es decir, haciendo comparaciones y analog�as entre el contenido de la imagen nueva que se presenta y el contenido de las im�genes que ha visto en el pasado.

El origen de esta diferencia de eficacia radica en que los procedimientos utilizados por los humanos y las computadoras son en esencia de car�cter diferente. Las computadoras trabajan ejecutando instrucciones precisas, las cuales pueden definirse de una manera sucinta en un algoritmo o receta del procedimiento a seguir. Una computadora puede ser programada para hacer comparaciones, pero es necesario que el programador defina, de manera concisa y exhaustiva, todos los criterios necesarios a considerar para efectuar dichas comparaciones.

Muy recientemente, se ha empezado a desarrollar un nuevo concepto en computadoras denominadas redes neuronales, las cuales tienen como objetivo la soluci�n de los problemas complejos. El dise�o de estas computadoras se basa en lo poco que conocemos acerca de la forma en que el cerebro humano procesa y almacena la informaci�n. Estas m�quinas se encuentran en sus primeras etapas de desarrollo, y muy lejos de poderse considerar cerebros sint�ticos, ya que su poder de procesamiento es inferior, por muchos �rdenes de magnitud, al de la mente humana; sin embargo, se espera que en cuanto estas computadoras sean perfeccionadas contribuyan a resolver los problemas de manejo de informaci�n y toma de decisiones.

En este libro hablaremos de manera paralela de dos temas correlacionados. Por un lado, acerca de las computadoras: de su evoluci�n, y de la forma en que manejan informaci�n. Por otro lado, de lo que sabemos o creemos saber acerca de los mecanismos por medio de los cuales se lleva a cabo el almacenamiento de la memoria en los seres vivos, y la manera en que se recuerdan o evocan estas memorias. De esta manera, haremos hincapi� en las similitudes y diferencias de estos procesos.

Hablaremos adem�s de los intentos recientes por crear m�quinas �tiles para resolver problemas complejos, cuyas memorias funcionen mediante mecanismos similares a los utilizados por los seres vivos.

El plan de este libro es el siguiente: en el cap�tulo II relataremos, a grandes rasgos, la historia de la computaci�n, desde el momento en que el hombre adquiri� la necesidad de contar, hasta finales de los a�os ochenta. En el cap�tulo III hablaremos de los principios generales que hacen funcionar a las computadoras de hoy en d�a. En el cap�tulo IV analizaremos de manera comparativa la eficiencia en el desempe�o de los procesos de almacenamiento y llamado de informaci�n de las computadoras y el hombre. En el cap�tulo V analizaremos algunas caracter�sticas humanas que ser�a importante comprender y reproducir, si se desea crear m�quinas "pensantes". M�s adelante, en el cap�tulo VI, hablaremos de manera muy general acerca del cerebro humano y de los diferentes puntos de vista de su estudio. Posteriormente, en el cap�tulo VII, hablaremos de los conocimientos con que contamos acerca de las bases fisiol�gicas de las capacidades humanas de memorizaci�n y remembranza. En el cap�tulo VIII haremos un par�ntesis para hablar de los materiales magn�ticos, con el fin de hacer, en el cap�tulo IX, una analog�a entre el comportamiento de ciertos materiales magn�ticos y el del cerebro humano. Esta analog�a nos permitir� utilizar herramientas de la f�sica para hacer un tratamiento probabil�stico del comportamiento colectivo de un conjunto de neuronas interconectadas, y nos dar� una visi�n cualitativa de los mecanismos que permiten al cerebro almacenar y recuperar informaci�n. Y en este cap�tulo hablaremos un poco acerca de la nueva generaci�n de computadoras, y de los esfuerzos actuales por construir computadoras con capacidades "m�s humanas".

Este libro trata, en gran parte, de temas que no tienen una explicaci�n definitiva y que han inquietado al hombre desde tiempos inmemorables. Sin embargo, la reciente incursi�n de la f�sica estad�stica en la investigaci�n del funcionamiento de la mente, ha dado nueva luz a este problema y ha permitido apreciarlo desde un punto de vista nuevo. Nuestra intenci�n no es hacer una exposici�n profunda en ninguna de las disciplinas involucradas en este tema, sino exponer, de manera sencilla y accesible, algunas ideas de un tema interdisciplinario de gran inter�s, e introducir al lector al tipo de modelos que la f�sica ha empezado a desarrollar para estudiar algunos aspectos del funcionamiento del cerebro. Es por esto que no pretendemos dar la respuesta acerca del funcionamiento de la memoria humana, sino �nicamente compartir con el lector algunas ideas e inquietudes de un grupo cada vez m�s grande de cient�ficos que en la actualidad trabaja con gran entusiasmo en este tema.