UN modelo para la información

GPLed Miguel Ángel Arévalo Hernßndez 1997

Introducción

Este ensayo partió de una clase de la asignatura CibernÚtica y Teoría de Sistemas de la escuela de Ingenieros de Telecomunicación de la Universidad PolitÚctina de Madrid y mßs tarde se convirtió en un trabajo presentado para su calificación junto con el resto de la asignatura.
Se centra en formulación de un modelo para un concepto tan escurridizo como el de "información", altamente conflicitvo y del que intentan apropiarse muchas disciplinas. No pretende ser un estudio concienciudo ni una aplicación exahustiva sino tan solo una primera aproximación al problema; pese a todo, los resultados son, a mi entender, bastante útiles y aclaratorios.

La necesidad de un modelo

En cualquier disciplina tÚcnica el punto de apoyo siempre debe ser un modelo, bien sea abstracto (metafórico) o "matemßtico";, que nos permita analizar y dar una imagen de conjunto a la situación de aplicación particular. La bondad de un modelo se puede medir en la exactitud de sus conclusiones y predicciones; de este modo, la simple definición aproximada de uno nos permitirß analizar con un grado mayor de profundidad las relaciones entre los hechos que pretendemos estudiar.

Es por eso por lo que es interesante para los involucrados en las Tecnologías de la Información la definición clara de un concepto de Información que nos permita simplificar las pautas de manipulación de la misma. Probablemente sea esto lo que me haya llevado a proponer este trabajo.

Crítica y Anßlisis

En las clases que hemos llevado a cabo y a travÚs de [Saez83] se ha intentado modelar la información como un objeto, tratando así de aplicar los mismos conceptos del procesamiento de objetos físicos sobre los problemas asociados a la información. Ha sido útil y nos ha permitido un estudio mßs científico y menos especulativo de las características generales de la información. Pero, aún así, no hemos encontrado con varios problemas entre los que destaco:

La creación: Algo tan estúpido, en el sentido de simple, como, por ejemplo, escribir un trabajo para una asignatura, nos muestra que la creación de información es un hecho tan cotidiano como increíble. Mientras escribo estas líneas estoy creando, en algunos casos, información de la nada, o eso podría parecer. Puede ser que ya tenga un concepto previo antes de escribir pero ese concepto lo he producido del vacío en algún momento. Parece ser que a la información no le afecta aquel principio de la termodinßmica que dice que el binomio masa-energía de un sistema es constante. Podríamos decir que la información se crea y se destruye de un modo continuo, y ademßs se destruye de maneras curiosas.

La copia: En efecto, la copia es un proceso al que se le somete a la información que no tiene ninguna referencia en el mundo físico, ya que despuÚs de una copia la información estß en su integridad tanto en la copia como en el original, sin perdida alguna si el proceso se ha llevado a cabo con cierta pericia. Es la pura esencia, libre de componentes accidentales, lo que se ha transmitido.

     La destrucción: Este proceso es el punto de partida y la base que nos permite diferenciar, al menos, dos componentes en la información. Podemos estudiar de quÚ modo puede ser destruida la información contenida en un libro.
     -Por un lado, podemos destruir físicamente el libro y, si consideramos que era una edición única, nos serß imposible rescatar los datos que estaban impresos en el. De este modo, y mediante un proceso puramente físico se ha producido la destrucción de una cantidad importante de información.
     -En el caso contrario, podemos olvidar el idioma en el que estß escrito el libro y de ese modo tambiÚn destruimos la información contenida en Úl. Esta apreciación puede parecer subjetiva, pero es cierta, el fracasado lector puede pensar que los datos siguen en las pßginas, pero no es así, estaban, en una parte substancial, tambiÚn en el idioma en el que estaba escrito, que debía permanecer en alguna mente, u otro libro, para poder dar completitud al cuerpo de la información. La información tiende a ser un concepto distribuido, una serie de relaciones entre varios objetos físicos y varias mentes.

Construcción y Síntesis
(Los indicios)

Todas las críticas del punto anterior ya aparecieron en clase y fueron comentadas y evaluadas, por lo que tampoco es muy útil explayarse en ellas por lo tanto voy a intentar mostrar, como introducción, unos casos interesantes para la comprensión de la información.

La paradoja de Einstein, Podolsky y Rosen: Es un viejo experimento mental conocido por todos los estudiantes de física, la presentación mßs intuitiva que conozco es la que hace Penrose de la variante de David Bohm (1951) en [Penrose91,356]:

«Supongamos que se producen dos partículas de Spin ½ -que llamarÚ un electrón y un positrón- en la desintegración de una simple partícula de spin cero en algún punto central, y que las dos se alejan en direcciones exactamente opuestas. Por la conservación del momento angular los spines del electrón y del positrón deben sumar cero puesto que Úste era el momento angular de la partícula inicial. Esto tiene como consecuencia que, cuando medimos el spin del electrón en alguna dirección, cualquiera que sea la dirección que escojamos, ¡el positrón tiene un spin en la dirección opuesta! Las dos partículas podrßn estar a kilómetros o incluso años-luz de distancia, pero esa misma elección de la medida en una partícula ¡parece haber fijado instantßneamente el eje de giro de la otra!» Esto nos induce a pensar que la información se ha transmitido a una velocidad mayor que la luz, lo cual es, al menos por ahora, imposible.

Esta paradoja se resuelve formalmente en ese texto mediante el ßlgebra de estados cußnticos, pero nosotros podemos hacer una aproximación un poco mßs relajada y comprensible. Parece que la realización de un suceso de probabilidad ½ se ha propagado a velocidad infinita por el vacío del universo, sería un mÚtodo maravilloso para transmitir, no solo uno, sino millones de bits con un retardo nulo, pero ¿realmente es así? Un ingeniero se encontraría rßpidamente con la situación irresoluble de que, no solo en el destino, sino tambiÚn en la fuente la ristra de unos y ceros es completamente aleatoria, esto es así porque es el medio el que impone lo que se transmite sin que influya el desdichado "telegrafista espacial", obviamente no lo podemos usar como medio de comunicación. Es evidente que la propagación de la información no es solamente un proceso de transmisión de sucesos con una cierta probabilidad sino tambiÚn el significado que se le da, si es que se puede hacer, a la realización de dichos sucesos.

Quizßs pueda parecer demasiado intuitivo, pero nos da una idea menos matemßtica de la información de lo que nos da el simple estudio de las ristras de unos y ceros.

El demonio de Maxwell: Este simpßtico personaje nos puede hacer entender que la información es una realidad que es cuantificable físicamente, relacionßndola con la entropía, concretamente como una negentropía.

En [Cullmann67,108], por ejemplo, se nos presenta a tan curiosa criatura, que vive al lado de una espita entre dos recintos con gases, ambos a la misma temperatura. Sin pÚrdida de generalidad se puede afirmar que el demonio es tan hßbil como para operar la espita sin rozamiento, y, por tanto, sin un consumo de trabajo físico. Su misión es observar la velocidad de cada molÚcula gaseosa que va a pasar por la espita, y si es mayor que una dada, permite su paso de derecha a izquierda y a la inversa. DespuÚs de un tiempo prudencial tendremos en cada uno de los recipientes gases con temperaturas distintas. Por lo tanto la entropía del sistema ha disminuido, y, violando uno de los principios de la termodinßmica, no se producido ninguna emisión de energía. ¿O quizßs sí? No podemos atacar la parte mecßnica del experimento (ya que siempre podremos disminuir el rozamiento de la espita tanto como queramos, mientras que la disminución de entropía tiene un valor concreto) luego la clave esta en la toma de decisión.

Cuando se observa y se mide la velocidad de cada molÚcula, y se toma la decisión correspondiente, se estß produciendo un procesamiento de información, y por lo tanto la reducción de entropía se ha debido a la manipulación de los datos necesarios para producir la decisión. La información es, o su manipulación necesita, una entropía negativa, que en este caso es perfectamente mensurable como la diferencia de entropía entre los estados inicial y final de los gases.

Esto nos da una indicación de que la información, o su proceso, es una acción esencialmente física, una manipulación de objetos, ya sean estos "reales" o una serie de impulsos neuronales.

Construcción y Síntesis
(El proceso constructivo)

El universo de la información es demasiado amplio y complejo para intentar hacer un estudio completo de todas las relaciones y conceptos que pueden aparecer en Úl. Por lo tanto es obligado hacer una simplificación que, por lo menos, nos permita un cierto acercamiento al núcleo del problema informacional. Siguiendo esta pauta, y al igual que muchos investigadores de inteligencia artificial, se puede reducir el "mundo sensible" a una mínima expresión; Ústa serß la de un plano infinito con un punto de origen absoluto, sobre este plano se sitúan varios objetos y a partir de Úl recabamos "información" de la naturaleza y colocación de los objetos.

DespuÚs de observar todo el mundo plano tenemos en nuestro cerebro una imagen del mismo, bien podríamos decir que poseemos la información de cómo era el mundo en el momento en que lo miramos, que la información es una propiedad, parte o combinación de partes del cerebro. Pero ¿Es Ústa la información que nos interesa? No, es algo innato de cada persona, la consciencia no puede analizar ese objeto porque esta hecha esencialmente de Úl, es algo intransmisible, incomunicable y diferenciado en cada individuo. Por lo tanto es mßs útil focalizar el estudio en la parte de la información que es transmisible, o sea, que se puede codificar lógicamente en símbolos físicos de cualquier tipo (alfabetos grßficos, niveles elÚctricos, variaciones de onda de presión, et c. ).

Es en este punto cuando hay que rendirse a cualquier anßlisis del interior de la mente ya que es estÚril, a partir de este momento el cerebro serß una caja negra cuyos objetos se relacionan con el exterior, y cuyo funcionamiento sólo puede ser inferido mediante el estudio de sus efectos visibles en la creación de la codificación y su manejo. Así los objetos físicos de nuestro mundo plano son representados en la mente de algún modo que desconocemos, pero que nos permite reconocerlos a ellos y a sus posibles relaciones de forma y distancia. De ese modo el cerebro no sólo tiene que proveer elementos cognoscitivos con los que relacionar la partes del mundo físico, sino tambiÚn el propio mecanismo que los relaciona; es probable incluso que ambos estÚn imbricados de un modo indistinguible.

Al realizar una codificación de un lenguaje se procede de un modo parecido, a cada "objeto mental" se le asigna una representación física apropiada para el uso que pretendamos hacer de ese código (esencialmente el almacenamiento temporal y/o la transmisión a otras personas). TambiÚn en este caso es el cerebro el que almacena el mÚtodo de relación entre lo mental y lo simbólico.

Así, en nuestro modelo de mundo plano, podemos hacer una descripción de cußl es el tipo del objeto, su tamaño y posición en un lenguaje de símbolos sobre un papel y afirmar que en el papel estß la información del mundo en el momento en que lo miramos, pero probablemente sólo nosotros podremos descifrar el contenido del mismo.

Quizßs parezca que es una complicación innecesaria el uso de semejante símbolos mentales pero son, evidentemente, la base del mecanismo de creación y manejo de la información ya que podemos aprehender conceptos sin referencias físicas directas y sin tener que plasmarlos en un lenguaje simbólico, incluso pueden darse ambos hechos simultßneamente.

De este modo el esquema bßsico de este modelo quedaría representado en la figura 1, en el que se puede ver que lo que queda dentro de la mente no tiene una representación clara ya que es algo que ni siquiera hemos intentado definir.

[IMAGEN: Representación del mundo plano y sus consecuentes figuraciones en el mundo mental y en el mundo simbólico [7k]

Podemos ampliar el modelo a cualquier objeto físico y representarlo mediante un esquema que recuerda a las definiciones bßsicas de conjuntos, relaciones y funciones en la figura 2:

[IMAGEN: Relaciones del modelo [6k]

-La representación grßfica del modelo:

×El conjunto Físico.
×El conjunto Mental.
×El conjunto Simbólico

Sus relaciones y encapsulamientos. En este esquema es importante hacer una serie de aclaraciones:

     -Las relaciones que aparecen son, en esencia, elementos del conjunto mental y, por lo tanto, lo que aparece como el conjunto mental es solamente el subconjunto de elementos que representan partes del conjunto físico.
     -Las relaciones entre los elementos de cada conjunto no tiene por quÚ ser biunívocas y en realidad hay una gran redundancia y simplificación en ambos grupos de relaciones.
     -El conjunto simbólico es un subconjunto del físico ya que, evidentemente, los símbolos son representaciones físicas.

Por lo tanto el esquema debe tomarse como una representación conceptual del modelo, y no como una asignación física de los elementos del mismo. Es de destacar la relación secundaria que se muestra entre los elementos físicos y los simbólicos, esa relación tiende a ser inmediatamente asumida como la única componente de la información, ya que, debido a que el observador esta "inmerso" (de hecho es) el mundo mental, es una abstracción de segundo nivel, cuando en realidad es un hecho primario y precedente.

Construcción y Síntesis
(Reanßlisis)

Hasta el punto anterior se ha definido un modelo para las informaciones físicas, tales como posición forma y tamaño de objetos reales. Quizßs parezca imposible que ese modelo se extienda a todas las informaciones que manejamos; parecería estúpido que todo lo que se puede saber son hechos físicos, sin componentes generalizados ni genuinamente abstractos. Pero una vez aclarados ciertos puntos espinosos puede llegar a ser aceptable un modelo de este tipo. Estos obstßculos pueden ser:

La información generalizada: Es evidente que, si planteamos lo que el cerebro puede conceptualizar son objetos físicos únicamente, sería imposible que la inteligencia pudiera aparecer en un recinto tan limitado. Ahora bien, aquellas relaciones de equivalencia entre varios objetos del mundo real, que crean las generalizaciones y los arquetipos, pueden ser realizadas mediante la creación de nuevos objetos mentales asignados a varios de los mismos. Esto es posible puesto que, como se dijo antes, las relaciones entre los objetos del modelo no tienen por que ser biunívocas. El mecanismo es parecido al que crea, en los lenguajes simbólicos, los problemas de polisemia (un símbolo aplicado a varios significados) y sinonimia (varios símbolos para un solo significado).

Un proceso semejante puede usarse para captar informaciones de relaciones entre elementos físicos y sus variaciones en el tiempo. Las mismas relaciones que aparecen en el mundo real son representadas lógicamente mediante relaciones entre elementos mentales. Asimismo, las variaciones de los objetos en el tiempo y sus movimientos son asignadas a otros tantos objetos en relación con sus marcos temporales y espaciales.

Mediante estos dos mecanismos de generalización y relación es posible, en mi opinión, manejar cualquier tipo de cualidades y acciones a partir de ladrillos bßsicos "reales".

La información abstracta e irreal: Una vez que se ha llegado a la conclusión de que existen conceptos que, de un modo directo, no tienen relación con la realidad se abre el camino para la creación de información totalmente abstracta. La mente puede crear un nuevo objeto y darle todas las características (que ya han sido objetivizadas como tales mediante la generalización) que desee. Pero, aún de este modo, siempre existirß una relación, aunque secundaria, con el mundo físico. Ciertamente es realmente difícil encontrar un concepto que no se base o intente explicar de alguna manera el mundo físico.

Las herramientas lógicas: Un punto interesante de estudio, despuÚs de la asignación de un modelo para la información, son las "ciencias" propedÚuticas como las matemßticas y la lógica. Esencialmente, esas ciencias no contienen información ya que definen unos objetos y unas leyes de composición y cualquier desarrollo ulterior es una mera deducción. Así despuÚs de definir la teoría de vectores (que en un principio son elementos abstractos) la deducción del teorema de Pitßgoras es, cuando menos, asequible. La verdadera creación de información se produce al asignar a esos elementos conceptuales un referente físico, así la ciencia que crea información es, por ejemplo, la física que asigna a vectores los conceptos de velocidad, fuerza y otros mßs.

La aplicación del modelo

Los procesos físicos

Como se dijo al principio la creación de un modelo tiene una finalidad clara, la explicación y predicción del comportamiento de un sistema, por lo tanto un modelo no se puede aceptar si no nos proporciona esos servicios. Ya que en un principio se intentó aplicar los procesadores TEF al estudio de las tecnologías de la información se puede hacer una nueva aproximación de estos al nuevo modelo de información que se ha propuesto.

Primeramente hay que especificar que estos procesadores son únicamente físicos, luego sólo se podrßn aplicar a los símbolos físicos que constituían una parte de la información. Mßs tarde se intentarß aprehender cußles pueden ser los procesadores (o procesos) mentales.

Los procesadores E: Permiten que los símbolos se propaguen en el espacio hasta llegar a otra mente que lo pueda descifrar. Ejemplos son la transmisión vocal, la radiodifusión o el telÚgrafo óptico.

Los procesadores T: Son aquellos que mantienen durante un tiempo los símbolos de un modo tal que una mente que los conozca los puede identificar y descifrar, se pueden aplicar sobre cualquier tipo de símbolo. Así procesadores T pueden ser la escritura, una grabadora de sonidos o una cßmara de vídeo.

Los procesadores F: Si se ha admitido que los procesadores físicos sólo pueden actuar sobre los símbolos físicos de la información, no se puede afirmar que los procesadores F puedan modificar la información en sí. Este tipo de procesadores sólo puede cambiar la apariencia externa de un símbolo, no pueden operar sobre ellos para crear o generalizar información. Es el grupo mßs heterogÚneo de procesadores, incluye transductores de todo tipo, como fotodiodos, sintetizadores de voz, perifÚricos de ordenadores, y, como ejemplo paradigmßtico, los propios ordenadores.

Es de reseñar que la creación de símbolos fue, probablemente, impuesta por el intento de realizar precisamente estas funciones sobre la información, así podríamos interpretar la consecución de esos fines como verdaderas revoluciones en las Tecnologías de la Información.

1ª Revolución: La invención del lenguaje vocal articulado da el pistoletazo de salida a todos los lenguajes posteriores. Surge como resolución del problema de transmitir información en el espacio, de persona a persona.

2ª Revolución: La necesidad de mantener en el tiempo información, ya sea de carßcter histórico, legislativo o religioso, para ello generalmente se adaptó el lenguaje vocal, aunque con excepciones, a la escritura.

3ª Revolución: Debido al continuo aumento de la cantidad y disponibilidad de la información se ha necesitado la creación de unos procesadores que adapten la forma de la información y que la hagan mßs sencilla de manejar, transmitir y almacenar eficientemente. Los ordenadores nos permiten ese proceso partiendo de la transducción bßsica, la digitalización, que hace de los símbolos informativos unos elementos fßcilmente manipulables.

Los procesos mentales

Una vez se han aplicado los procesadores físicos en los sistemas de proceso de símbolos, se puede llegar a la pregunta de si existen elementos anßlogos en los sistemas mentales. Sería interesante llegar a unos procesos simples que nos permitiera modelar, de un modo aproximado, el funcionamiento de una mente. Este estudio sería realmente dificultoso y entraría mßs bien dentro de la psicología, pero es interesante aplicar los conceptos con los que estamos trabajando.

Se puede proponer un modelo de tres procesadores, aunque sería mßs justo llamarlos procesos ya que no existen de forma aislada sino integrados dentro de sistemas mentales, y se basa en gran parte en resultados de los puntos anteriores.

El cerebro debe tener la capacidad de crear nuevos conceptos ya que estos le van apareciendo con el paso del tiempo, o con la introspección de la información que ya posee.

Una vez que se ha creado esa especie de recipiente, se le asigna un "significado" que serß en esencia la nueva información. Se puede producir una asignación directa de una medida proveniente de alguno de los sentidos externos que dispone. O, por otro lado, puede realizar un proceso de generalización, mediante el cual se le asigna un valor inducido, y en cierta medida extraído y simplificado, de otros conceptos previos; durante este proceso ademßs se realiza una asignación múltiple de todos los objetos generalizados del mundo físico con el nuevo referente mental.

Ha de quedar claro que este es un modelo esencialmente especulativo, pero que nos da una idea de cómo se puede aplicar el modelo de información propuesto al estudio de los procesos mentales.