Tendencias21
El cerebro de la mosca supera los algoritmos humanos

El cerebro de la mosca supera los algoritmos humanos

El cerebro de la mosca utiliza un sofisticado sistema informático para detectar nuevos olores que supera los algoritmos similares creados por los seres humanos: mejora los filtros de información que emplean los buscadores más sofisticados.

El cerebro de la mosca supera los algoritmos humanos

Podría parecer que las moscas de la fruta no tendrían nada en común con los ordenadores, pero una nueva investigación del Instituto Salk, que reúne a un conjunto de laboratorios que son un referente mundial en el mundo de la biología, revela que los dos identifican información novedosa de manera similar.

El trabajo, publicado en PNAS, no solo arroja luz sobre un importante problema neurobiológico: cómo los organismos detectan nuevos olores, sino que también podría mejorar los algoritmos para la detección de novedades en las ciencias de la computación.

«Cuando una mosca identifica un olor,  necesita descubrir rápidamente si ha olido ese olor antes, para determinar si el olor es nuevo y algo a lo que debería prestarle atención», dice Saket Navlakha, un de los autores de esta investigación, en un comunicado.

«En informática, esta es una tarea importante llamada detección de novedades. Comprender cómo se comparan las estrategias de detección de novedades en ambos dominios podría darnos información valiosa sobre los algoritmos cerebrales y la computación», añade.

Los investigadores sugieren que su descubrimiento podría ser útil para detectar duplicados o anomalías en grandes conjuntos de datos, como bases de datos de pacientes o noticias.

En 2017, Navlakha descubrió cómo los cerebros de las moscas identifican olores similares: aplican el mismo algoritmo de «búsquedas por similitud» que usan los ordenadores (como los que sugieren productos para comprar que sean similares a compras anteriores) para mejorar los resultados de la búsqueda.

La nueva investigación se basa en otro estudio publicado en 2017 en la revista Cell, que describe cómo las moscas detectan olores completamente nuevos. Cuando Navlakha leyó el estudio, se sorprendió al ver cómo las moscas parecían estar usando una táctica similar a una herramienta informática para la detección de la novedad llamada filtro de Bloom.

Cuando un motor de búsqueda como Google rastrea la Web, necesita saber si un sitio web que ha encontrado ha sido indexado previamente, para que no pierda tiempo indexando el mismo sitio por segunda vez. El problema es que hay billones de sitios en la Web, y almacenarlos en la memoria es informáticamente costoso.

Filtro de Bloom

En la década de 1970, Howard Bloom, del MIT, ideó una estructura de datos que puede almacenar de forma compacta una gran masa de datos. En lugar de almacenar cada elemento en la base de datos en su totalidad, el filtro de Bloom almacena una pequeña «huella digital» de cada elemento, utilizando solo unos pocos bits de espacio por elemento. Al verificar si la misma huella digital aparece dos veces en la base de datos, un sistema puede determinar rápidamente si el elemento es un duplicado o algo novedoso.

Las moscas de la fruta son bien conocidas por cambiar su comportamiento en respuesta a nuevos olores. Una región en el cerebro de la mosca, llamada cuerpo pedunculado, contiene una colección de neuronas que procesa información olfativa.

Cuando se experimenta un nuevo olor, estas neuronas emiten una señal de «alerta de novedad» para que la mosca sepa que este olor es nuevo y vale la pena investigarlo. Sin embargo, si el olor no tiene un impacto fuerte, la próxima vez que se experimente el olor, se reducirá la intensidad de la señal de alerta y la mosca no perderá tiempo investigando el olor.

Este es un cálculo importante porque la mosca quiere prestar atención a algo solo si vale la pena. La señal  de alerta cerebral de la mosca se genera usando una huella digital para olores similares a la «huella digital de datos» del filtro Bloom.

«Un desafío fundamental en el aprendizaje automático es encontrar representaciones de datos que sean adecuadas para una amplia gama de tareas», añade Sanjoy Dasgupta, primer autor del nuevo estudio. «El sistema olfativo de la mosca nos muestra una forma simple e ingeniosa de hacer esto».

Optimizando el filtro humano

Al analizar, desde una perspectiva informática, el circuito neural de la mosca que genera esta señal de novedad, Navlakha y Dasgupta descubrieron que la mosca de la fruta introdujo un par de nuevos giros al filtro Bloom tradicional, que su equipo ha elaborado y definido matemáticamente.

El primer giro consiste no solo en determinar si ha olido exactamente el mismo olor antes, sino también si ha percibido un olor parecido. Esto es importante porque reduce la probabilidad de percibir el mismo olor dos veces. El segundo giro implica determinar cuánto tiempo hace que ha percibido ese olor. Si ha pasado mucho tiempo, entonces la novedad del olor debería ser más alta que si has olido el olor recientemente.

Basado en la variante de filtro Bloom de la mosca de la fruta, el equipo creó un marco algorítmico para predecir artificialmente las respuestas de la mosca de la fruta ante olores nuevos. Y comprobaron que los resultados de esta simulación informática fueron muy similares a la respuesta real de las neuronas del cerebro de la mosca ante nuevos olores.

El equipo de Navlakha probó el marco algorítmico en varios conjuntos de datos de aprendizaje automático y descubrió que el filtro Bloom de la mosca mejora la precisión de la detección de nuevos olores, en comparación con otros tipos de filtros de detección de novedades creados por los seres humanos.

Navlakha agrega: «Lo que hace que este trabajo sea especialmente emocionante para nosotros es que representa una de las primeras estructuras de datos descubiertas en el cerebro, junto con un algoritmo simple de cómo el cerebro puede realizar realmente la detección de novedades».

Referencia

A neural data structure for novelty detection. Sanjoy Dasgupta et al. PNAS  December 3, 2018. DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.1814448115

 

RedacciónT21

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • Una pequeña luna de Saturno parecida a la “Estrella de la Muerte” de Star Wars contiene un océano oculto 8 febrero, 2024
    Por debajo de la superficie repleta de cráteres de Mimas, una de las lunas más pequeñas de Saturno, se esconde un océano global de agua líquida de reciente formación. El satélite posee tan sólo unos 400 kilómetros de diámetro y presenta un notable parecido con la “Estrella de la Muerte”, una estación espacial imperial que […]
    Pablo Javier Piacente
  • Logran controlar un objeto virtual con la mente durante un sueño lúcido 8 febrero, 2024
    Un grupo de participantes en un nuevo estudio científico logró manejar un vehículo virtual a través de un avatar únicamente con su mente, mientras sus cerebros permanecían en la fase REM del sueño. Además de profundizar en los misterios de la consciencia humana, la innovación podría facilitar el acceso a nuevos desarrollos tecnológicos, como un […]
    Pablo Javier Piacente
  • Un proyecto global trabaja para crear de forma colaborativa un cerebro robótico general 8 febrero, 2024
    El auge de la inteligencia artificial generativa impulsa un proyecto global que trabaja para crear un cerebro robótico general, capaz de generar androides como los que hemos visto hasta ahora solo en la ciencia ficción. Pero es cuestión de tiempo que convivamos con ellos en perfecta armonía. Ya no es una utopía.
    Eduardo Martínez de la Fe
  • La IA está capacitada para resolver dilemas morales cuando conduce vehículos autónomos 8 febrero, 2024
    Los sistemas de IA muestran significativas similitudes éticas con las reacciones humanas ante dilemas morales, lo que los acreditan para conducir vehículos autónomos tal como lo harían las personas.
    Redacción T21
  • Los huracanes se están volviendo tan fuertes que ya no existen categorías para clasificarlos 7 febrero, 2024
    Cinco tormentas en la última década tuvieron velocidades de viento que pertenecen a una hipotética categoría 6 en la escala de huracanes Saffir-Simpson: el fenómeno obligaría a los científicos a crear una nueva clasificación, capaz de reflejar la virulencia de los huracanes en la actualidad. Las causas principales del fenómeno tienen su origen en el […]
    Pablo Javier Piacente
  • Un asteroide habría explotado sobre la Antártida hace unos 2,5 millones de años 7 febrero, 2024
    Un asteroide se desintegró sobre el continente antártico hace aproximadamente 2,5 millones de años: la evidencia proviene de un análisis químico de más de 100 pequeños trozos de roca extraterrestre, que se han preservado dentro de las enormes capas de hielo. Hasta el momento, solo se conocen otros dos eventos de explosiones aéreas antiguas en […]
    Pablo Javier Piacente
  • Crean la primera niña de inteligencia artificial del mundo 7 febrero, 2024
    La primera niña IA del mundo ha sido creada por científicos chinos, que la han dotado de emociones e intelecto y de la capacidad de aprender de forma autónoma. Se comporta como si tuviera tres o cuatro años y representa un avance significativo para el campo de la inteligencia artificial general.
    Redacción T21
  • Oponerse a la regulación de los pesticidas no es la solución al problema de los agricultores 7 febrero, 2024
    Los agricultores que se movilizan en España y Europa se oponen con firmeza a las nuevas regulaciones europeas en materia de pesticidas, lo que representa una amenaza mayor para la salud pública que tener una central nuclear al lado de casa: estos químicos han costado miles de vidas y enfermos crónicos, al tiempo que han […]
    Eduardo Costas | Catedrático de la UCM y Académico de Farmacia
  • El arte existió antes del surgimiento de los humanos modernos 6 febrero, 2024
    Nuevas investigaciones sugieren que nuestros parientes humanos arcaicos, como los neandertales, ya contaban con las capacidades cognitivas para desarrollar arte: el hallazgo de ejemplos cada vez más antiguos de expresión artística en el registro arqueológico confirmaría esta hipótesis. Sin embargo, aún se discute si estas manifestaciones creativas pueden catalogarse como arte.
    Pablo Javier Piacente
  • Descubren una nueva supertierra que podría ser un mundo habitable 6 febrero, 2024
    Un planeta extrasolar del tipo supertierra, denominado TOI-715 b y aproximadamente una vez y media más ancho que la Tierra, podría ser capaz de albergar vida: orbita dentro de la zona habitable de una enana roja, a escasa distancia de nuestro planeta. Además, podría estar acompañado de otro cuerpo planetario, con un tamaño casi idéntico al […]
    Pablo Javier Piacente