Cibernética

Informática. Electrónica. Wiener. Movimiento browniano. Feedback o retroalimentación. Métodos cibernéticos

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  • INTRODUCCIÓN

  • La Cibernética es la ciencia que se ocupa de los sistemas de control y de comunicación en las personas y en las máquinas, estudiando y aprovechando todos sus aspectos y mecanismos comunes. El nacimiento de la cibernética se estableció en el año 1942. La unión de diferentes ciencias como la mecánica, electrónica, medicina, física, química y computación, han dado el surgimiento de una nueva doctrina llamada Biónica, La cual busca imitar y curar enfermedades y deficiencias físicas.

    A todo esto se une la robótica, la cual se encarga de crear mecanismos de control los cuales funcionen en forma automática.

    Todo esto ha conducido al surgimiento de los Cyborg, organismos Bio-mecánicos que buscan imitar la naturaleza humana.

    Han pasado varios años desde que ingenieros, iniciaron la carrera hacia la automatización, hasta hoy todos esos avances han producido grandes resultados y avances.

  • NORBERT WIENER

  • Cibernética

    Profesor de Lógica matemática en el Instituto Tecnológico de Massachussets, aunque, a lo largo de su vida, impartió cursos en numerosas universidades de otros países, como México, Gran Bretaña, India, etc.

    Este dejó importantes obras: Cibernética: control y comunicación en el animal y en la máquina (1948), Matemáticas, mi vida (1961), Dios y Golem (1965) y Hombre y hombre máquina (1966).

    Entre los años 1920 y 1923, Wiener se preocupó por un fenómeno físico sin demasiada importancia en esta ciencia, el llamado movimiento browniano, que se refiere al movimiento perpetuo que tienen las partículas disueltas en un líquido (por ejemplo, raspaduras de roca en agua), movimiento irregular que no parece responder a ninguna ley física.

    Construyó así una probabilidad que permitiría describir el fenómeno en términos matemáticos, en lo que se refiere a la trayectoria y posición de las partículas a través del tiempo.

        El trabajo de Wiener sobre el movimiento browniano estableció un importante precedente para hallar aplicaciones en Física, Ingenierías y Biología, y permitió formular un problema de cálculo de probabilidades en términos de la medida de Lebesgue, que utilizaría diez años más tarde Kolmogorov para la formalización del cálculo de probabilidades.

        En vísperas de la Segunda Guerra Mundial, sus investigaciones acerca de robots e ingenios automáticos que pudieran reemplazar o sustituir con ventaja a los combatientes, sentaron los fundamentos de una nueva ciencia: la cibernética, vocablo adoptado por Wiener en el año 1947 y que procede del griego Kybernetes, es decir, piloto o timonel.

    Por tanto la palabra cibernética podría significar ciencia de los mandos. Estos mandos son estructuras con elementos especialmente electrónicos y en correlación con los mecanismos que regulan la psicología de los seres vivientes y los sistemas sociales humanos, y a la vez que permiten la organización de máquinas capaces de reaccionar y operar con más precisión y rapidez que los seres vivos, ofrecen posibilidades nuevas para penetrar más exactamente las leyes que regulan la vida general y especialmente la del hombre en sus aspectos psicológicos, económicos, sociales etc.

    Esta ciencia, muy compleja, estudia, valiéndose para ello de las matemáticas, la física, la sociología, la neurofisiología, etc., "los mecanismos de control y de comunicación en los seres vivos y en las máquinas".

        Así, del estudio del sistema nervioso se ha derivado la noción fundamental de feed-back, que permite la autocorrección de un motor mediante la información que le es enviada utilizando parte de la energía producida por él mismo (servomecanismo).

        Una de las definiciones más acertadas de esta ciencia es la debida a Conffignal, quien define la cibernética como "el arte de hacer eficaz la acción".

        Si echamos una mirada a nuestro alrededor, no cabe duda de que hoy en día es así: "robots-obreros" en las fábricas, "analistas" en los laboratorios, "pilotos automáticos" en los aviones, etc. Por ello, a nuestra época se la ha llamado era de la cibernética, cuyo "padre" fue Norbert Wiener. -->[Author:G]

  • EL FEEDBACK O RETROALIMENTACIÓN

  • ¿Qué es un sistema de feedback? Según Pierre de Latil, "es un dispositivo que vuelve a hacer un efecto sobre uno de sus causas capacitándose así para cumplir con una determinada finalidad. Las diferencias entre los efectos real e ideal se transforman en energía que se vuelve a introducir en el mecanismo y tiende a anular las diferencias iniciales que pusieron en marcha el sistema original."

    Hasta la llegada de la cibernética (según Bateson uno de los dos acontecimientos de mayor influencia en el siglo XX), los modelos de causalidad eran casi siempre lineales. En la ciencia prevalecía una polémica epistemológica entre el determinismo y la teleología. En términos simplificados las dos posturas representaban el conflicto entre las causas iniciales o el resultado final como elemento dominante al influir sobre los estados intermedios. La física tendía hacia la primera postura; la biología hacia la segunda. En cuanto al estudio del hombre, dice Watzlawick:

    "Para volver una vez más al estudio del hombre, el psicoanálisis evidentemente pertenece a la escuela determinista mientras, por ejemplo la psicología analítica de Jung se basa en gran medida en la asunción de una entelequia (o principio teleológico) inmanente en el hombre".

    "La aparición de la cibernética cambió todo esto demostrando que los dos principios pueden juntarse dentro de un marco más comprensivo. Este enfoque se hizo posible por el descubrimiento del "feedback"."

    "El feedback puede ser positivo o negativo. Este último caracteriza la homeostasis y desempeña un papel importante en conseguir y mantener la estabilidad de las relaciones. El feedback positivo en cambio, conduce al cambio, es decir, la pérdida de estabilidad o equilibrio. En ambos casos, parte del "output" del sistema se vuelve a introducir en el sistema como información sobre el "output". La diferencia es que en el caso de feedback negativo, la información se utiliza para reducir la variación en cuanto a una norma preestablecida - por eso se le llama "negativo" - mientras que en el caso de "feedback" positivo, la misma información opera como medida para ampliar. La variación en el output es, por tanto, positiva en cuanto a la tendencia existente hacia la inmovilidad o turbación". 

    Las relaciones humanas pueden considerarse como "bucles de feedback". El feedback negativo y positivo es más complejo en los sistemas "abiertos" que en los sistemas "cerrados" en los que la homeostasis (más que "cambio" o "crecimiento") es la norma.

    En los sistemas abiertos el "feedback" puede utilizarse para consolidar el sistema (mediante feedback positivo que confirma que el "feedforward" del sistema es correcto) o para cambiar el sistema (mediante "feedback" negativo que confirma que el "feedforward" del sistema es incorrecto). El "feedback" positivo produce el mantenimiento o incremento del sistema existente mientras que el feedback negativo produce cambio en el sistema.

      En los sistemas cerrados los cambios se producen en las relaciones internas (un cambio a nivel I según el modelo de Bateson). Sin embargo, en los sistemas abiertos hay la posibilidad añadida de un cambio en el sistema en sí (un cambio a nivel II).

    "El feedback ha sido descrito como el secreto de la actividad natural... Los sistemas que se autorregulan - sistemas con feedback - requieren de una filosofía propia en la que los conceptos de patrón e información son tan esenciales como fueron los de materia y energía al comienzo del siglo.

     WEINBERG (1959) Dice lo siguiente de la cibernética:

    "La cibernética nació durante la segunda guerra mundial de los esfuerzos del matemático Norbert Weiner y del fisiólogo Arturo Rosenblueth para resolver el problema urgente de diseñar un cañón antiaéreo que pudiera derribar los aviones muy veloces. Antes de la invención de los aviones de alta velocidad, el problema de apuntar y disparar contra un blanco en movimiento fue relativamente sencillo. Por un lado la velocidad del blanco había sido tan reducida en comparación con la velocidad del proyectil como parar descontarla pero este ya no era el caso. Por otra parte, los reflejos humanos ya no eran lo suficientemente rápidos como para disparar contra tan veloz blanco y derribarlo.

    Evidentemente se tenía que ceder la tarea a una máquina. Se hizo patente en seguida que las máquinas computadoras de aquel entonces no estaban a la altura de la tarea y que hacía falta una máquina que funcionase por un principio nuevo. Este nuevo principio resultó ser uno antiguo pero relativamente ignorado - feedback. Lo había utilizado James Watt en su gobernador automático para máquinas de vapor y por otros. Su significado real empezó a sospecharse con el crecimiento de la radio en los años 1920, específicamente con el desarrollo del tubo en vacío y el control de volumen automático. En 1932 Cannon acuñó el término "homeostasis" para describir los procesos autorreguladores de los organismos vivos y postuló la presencia de mecanismos de feedback aunque sin darle ese nombre." -->[Author:G]

    Ejemplos de Feedback o retroalimentación.

    Mantenimiento de variables

    Búsqueda de metas

    En seres vivos

    HOMEOSTASIS

    Termorregulación

    Mantenimiento de la glucemia

    Conservación del ph

    Control neurohormonal

    Control propioceptivo de movimientos voluntarios, etc.

    En máquinas

    Termóstato

    Homeóstato de Ashby

    Proyectiles autodirigidos

    Sistemas de control de cañones antiaéreos

    Pilotaje de buques

    Servomecanismos

    3.1 Ejemplo de retroalimentación en Psicología

    El concepto de retroalimentación, explícita o implícitamente puede encontrarse en todas las disciplinas científicas, ya que parece ser un modo de funcionamiento universal de la realidad, o al menos bastante extendido.

    También lo encontramos en la esfera de la psicología, y un primer ejemplo lo encontramos en la teoría piagetiana de la inteligencia.

    Cuando Jean Piaget investigó su primer periodo de la inteligencia, el periodo sensorio-motriz, le llamaron la atención ciertos comportamientos del niño en sus dos primeros años de vida, y que él llamó -tomando la terminología de otros autores- "reacción circular".

    Uno de estos comportamientos, observado durante los primeros meses, consistía en que el niño toma contacto un poco accidentalmente por algún objeto, por ejemplo con un sonajero. Cuando decimos que toma contacto nos referimos a que lo ve o lo toca.

    Esta estimulación visual o táctil lleva al niño a dar una respuesta, que consiste en agarrar o asir el sonajero. Este acto mismo de agarrar le produce al niño un placer funcional, es decir, le produce placer el acto mismo de agarrar o golpear, etc.

    Este placer implicado en la respuesta lo lleva a repetir la acción. Es decir, lo suelta y vuelve a agarrarlo, y así varias veces. Alguna vez hemos visto a esos niños que se deleitan tomando un objeto una y otra vez, hasta que finalmente se cansan porque el acto de agarrar dejó de ser interesante para ellos.

    Lo que ha ocurrido aquí fue una reacción circular, es decir, el estímulo de ver y tocar lleva a la respuesta agarrar o golpear, y esta a su vez lleva a volver a ver o tocar para volver a agarrar o golpear, y así sucesivamente. Se va formado un circuito de retroalimentación entre el estímulo y la respuesta. Hipotéticamente, el niño podría haber estado pensando lo siguiente: "Al tocar este objeto, lo agarro, y como agarrarlo me produce placer, entonces vuelto a tocarlo y vuelvo a agarrarlo, etc.". Decimos hipotéticamente porque en este momento del desarrollo evolutivo no hay pensamiento para Piaget.

    El ejemplo antes mencionado corresponde a un primer tipo de reacción circular, llamada por Piaget reacción circular primaria porque es la primera que se instala cronológicamente (entre 1 y 4 meses).

    Así, la reacción circular va evolucionando, y surgirán luego la reacción circular secundaria y la terciaria (respectivamente, en el tercer y quinto estadio del periodo sensorio-motriz).

    Un ejemplo de reacción circular secundaria lo tenemos en el niño que por azar mueve con la mano un cordón que hace sonar unas campanillas. Esto le produce placer o, como dice Piaget, es para el niño un "espectáculo interesante" (espectáculo sonoro, en este caso), y entonces vuelve a repetir la acción de mover el cordón. Esto repite el sonido interesante y vuelve a moverlo, y así sucesivamente.

    El esquema es el mismo que en la reacción circular primaria: la única diferencia estriba en que lo que produce placer al niño no es su propia acción de agarrar, sino la reproducción del espectáculo interesante.

    Más adelante, y siempre antes de los dos años, el niño podrá realizar reacciones circulares terciarias, las cuales pueden apreciarse cuando el niño está intentando aprender algo por ensayo y error: realiza una acción, se equivoca, y este error a su vez es un estímulo para intentar un nuevo ensayo, y así sucesivamente.

    Como vemos, ya a este nivel de reacción circular existe la conducta intencional, es decir, el niño se propone de antemano alcanzar un determinado objetivo: la acción exitosa -precedida por varias acciones fallidas- y que es finalmente lo que le procurará placer.-->[Author:G]

    3.1.1 Biofeedback

    Otra de las importantes aplicaciones que encuentra el concepto de retroalimentación en psicología es en cierto tipo de terapia llamada biofeedback. Este tipo de terapia es utilizada para tratar desórdenes en estados de ansiedad, estrés, etc., y se basa en la idea de un feedback o realimentación entre el cuerpo y la mente (el prefijo bio- está indicando que en este circuito intervienen, efectivamente, variables corporales).

    Tomemos el ejemplo de un desorden de ansiedad: una persona que está muy angustiada porque está sufriendo un ataque de pánico. En este momento, se están registrando en la persona en forma simultánea dos tipos de cambios: cambios mentales, porque la persona ve incrementada su ansiedad, pero también cambios corporales, que incluso puede llegar a percibirse concientemente, en especial si la intensidad del afecto es alta: cambios en la frecuencia cardíaca, por ejemplo (es decir, el corazón late más rápidamente: taquicardia). Cualquiera de nosotros habrá experimentado esto en ocasiones de sentir mucho miedo por cualquier razón, justificada o no. Las emociones en general son afectos en los cuales están involucrados siempre cambios a nivel corporal.

    En un ataque de pánico las manifestaciones corporales son tan intensas que pueden ser captadas concientemente, es decir, 'nos damos cuenta' que late más rápido el corazón y que se agita nuestra respiración. En otras ocasiones, podemos estar ansiosos pero no alcanzamos, sin embargo, a percatarnos de tales cambios fisiológicos, lo cual no quiere decir que no existan.

    La máquina usada en biofeedback nos permite precisamente, visualizar estos cambios fisiológicos, incluso aquellos de los cuales no somos totalmente concientes. Simplificadamente, es una máquina que, conectada mediante electrodos a nuestro cuerpo, nos permite 'ver' en una pantalla nuestros cambios fisiológicos, a través de un cambio de la onda, del color, etc. Por ejemplo, nos puede informar que nuestro ritmo cardíaco está algo acelerado aún cuando no sintamos esta sensación en nuestro propio cuerpo, en forma conciente.

    En el momento en que vemos esa onda o ese color que expresa un estado fisiológico alterado, aprendemos por ejemplo a relajarnos para restablecer dicho parámetro a su valor normal. Con el tiempo, es posible prescindir de la máquina, en cuyo caso no sólo termina el tratamiento sino que ya estamos en condiciones de controlar nuestros estados fisiológicos y mentales más eficazmente.

    En la base de este proceso terapéutico y preventivo hay un proceso de feedback entre la ansiedad como manifestación psíquica y la frecuencia cardíaca como manifestación fisiológica: a medida que crece la ansiedad, crece la frecuencia, y a medida que, relajación mediante, baja la frecuencia, baja la ansiedad, y así sucesivamente.-->[Author:G]

    3.2 Sistemas Retroactivos

    De Latil llama este tipo de sistema "retroactivo" porque parte del sistema vuelve a influir - "retroactúa" - sobre una de las causas del efecto y la cambia.

    Algunas de las características de tal sistema son:

    • Es un sistema no aditivo y no simétrico.

    • Las relaciones entre las partes y de las partes al todo no son las mismas cuando el sistema está funcionando que cuando está quieto. No hay feedback hasta que la máquina está en operando. El feedback no es una parte estructural de la máquina sino una función suya cuando está operando. No obstante, está función tiene el efecto de una estructura. Es una estructura que estructura - una función.

    • Surgen nuevas características como resultado del funcionamiento del mecanismo que no están presentes al comienzo.  

    3.3 Feedback Negativo y Positivo

    "No todos los mecanismos de feedback sirven para mantener un equilibrio en un sistema. Los mecanismos que tienden a destruir el equilibrio se llaman feedbacks positivos. Los que tienden a mantenerlo son feedbacks negativos.

    Hemos visto los equivalentes psicofisiológicos de esto en los ciclos descontrolados de pánico que se encuentran en el "colapso nervioso" y el miedo al escenario en su máxima expresión. Es de interés notar que la manera de controlar racionalmente estos ciclos es mediante la regulación de los sentimientos de segundo orden. Es decir que escogiendo no temer al temor, no preocuparnos por la preocupación etc., cambiamos el sistema de ser uno de retroacción positiva a ser uno de retroacción negativa. Ser conscientes de abstraer nos permite escoger los variables o factores que determinarán el programa del "termostato".1

    "Los animales y, en especial, el hombre tienen mecanismos de tercer orden. En el hombre son posibles programas de orden más alto todavía. Un programa de orden muy alto corresponde a una filosofía global y meta en la vida. Los subprogramas representan las maneras cotidianas de ir acercándonos a esta meta. A medida que vayamos más y más alto por nuestros órdenes de programas nos volvemos cada vez más independientes de los factores medio ambientales inmediatos que ayudan a determinar nuestra conducta. No debería pensarse que todos los sistemas de feedback positivos sean perjudiciales para la máquina o el animal. Los feedbacks positivos son lo que Latil denomina "efectores de tendencias" diferenciándolos de los "efectores de constancia" de los feedbacks negativos.

    La retroacción positiva cambia el programa en mecanismos de tercer orden en adelante y es responsable de la actividad en busca de las metas. Se puede modificar por la experiencia. La retroacción negativa mantiene el programa y no puede ser modificado por la experiencia. Necesitamos de ambos para funcionar adecuadamente."

    -->[Author:G]

  • EL CAMPO DE LA CIBERNÉTICA

  • Dentro del campo de la cibernética se incluyen las grandes máquinas calculadoras y toda clase de mecanismos o procesos de autocontrol semejantes y las máquinas que imitan la vida. Las perspectivas abiertas por la cibernética y la síntesis realizada en la comparación de algunos resultados por la biología y la electrónica, han dado vida a nuevas disciplinas la biónica y la robótica.

    • La Biónica: Es la ciencia que estudia los: principios de la organización de los seres vivos para su aplicación a las necesidades técnicas. Una realización especialmente interesante de la biónica es la construcción de modelos de materia viva, particularmente de las moléculas proteicas y de los ácidos nucleicos.

    Conocer bien al hombre es facilitar la elección de las armas necesarias para combatir sus enfermedades. Por tanto, es natural ver una parte de las investigaciones orientarse hacia un mejor conocimiento de los procesos fisiológicos. Ayudándose de la química y de la física es como han podido realizarse grandes progresos. Si quiere proseguir un mejor camino, debe abrirse más al campo de la mecánica y más aun al campo de la electrónica. En este aspecto se abre a la Cibernética.

    • La Robótica: Es la técnica que aplica la informática al diseño y empleo de aparatos que, en substitución de personas, realizan operaciones o trabajos, por lo general en instalaciones industriales. Se emplea en tareas peligrosas o para tareas que requieren una manipulación rápida y exacta. En los últimos años, con los avances de la Inteligencia Artificial, se han desarrollado sistemas que desarrollan tareas que requieren decisiones y autoprogramación y se han incorporado sensores de visión y tacto artificial.

    4.1 Métodos de la Cibernética

    La cibernética ha encontrado sus primeros elementos en el estudio de los reguladores, que se encuentran en biología y en el campo técnico.

    En biología, el sistema nervioso nos ofrece dos formas de regulación análogas. Es el caso de las regulaciones neuro-endocrinas, que aseguran el mantenimiento del equilibrio en nuestro medio interior, aunque las regulaciones sean muy complejas y hayan de intervenir varios elementos correctores que se anulan, se suman o se complementan, para realizar finalmente este equilibrio; y por otro lado se encuentra el papel de los osmo-receptores en el control de la concentración osmótica del plasma; en este caso la hormona antidiurética desempeña un papel intermedio para regular la eliminación renal de agua.

    La analogía es más sorprendente cuando se examinan los problemas musculares. El estar de pie, por ejemplo, se posibilita mediante el juego de los músculos de la estática que, por una serie de contracciones y dilataciones, aseguran el equilibrio del conjunto.

    La flexión de una pata posterior engendra una serie de contracciones y relajaciones rítmicas, en tanto dura la flexión. Asistimos al fenómeno del "clonus", bien conocido en neuropatología, en los síndromes piramidales. N.Wiener, considerado como el padre de la cibernética, ha estudiado matemáticamente el fenómeno de clonus y ha podido establecer relaciones entre la experimentación y él calcula.

    Existen otras analogías, como los circuitos reverberantes u oscilantes que se encuentran en electrónica; algunos han conocido un determinado favor, como el esquema construido por Bucy para tratar de explicar la teoría de los movimientos involuntarios. La careoatetosis con sus movimientos desordenados y el mal de Parkinson con su temblor asociado a la parálisis, parecen responder a la existencia de circuitos oscilantes entre la corteza cerebral y los núcleos de la base del cerebro.

    Las calculadoras electrónicas y las maquinas de traducir no son mas que el embrión de una actividad cerebral supuesta, cuyo trabajo no corresponde probablemente a lo que pasa realmente en los circuitos nerviosos.

    Esta conclusión por pesimista que sea, no rebate sin embargo a los cibernéticos, cuyo fin no es revolucionar el mundo con los "robots", sino simplemente buscar mejor la forma de comprender el funcionamiento de los organismos vivientes con ayuda de analogías mecánicas o eléctricas. Estas analogías no existen sino que a veces es necesario crearlas; esto es lo que ha dado lugar a los animales sintéticos (como tortugas, ranas e.t.c.).

    V. CONCLUSIÓN

    La Cibernética puede ser considerada como una adquisición sumamente aprovechable para la evolución científica. Desde el estudio del comportamiento de la célula nerviosa, la neurona, hasta el del individuo en su conjunto, ofrece un inmenso campo de investigaciones, particularmente a la medicina.

    Algunos ejemplos muestran cuan delicado es encontrar una relación entre el funcionamiento de una maquina y el de un órgano.

    La dificultad aumenta en cuanto se dirige a las contexturas nerviosas superiores. A este nivel, no existe ninguna maquina similar, porque la creación de maquinas nuevas que permitan la comparación implicaría un conocimiento perfecto de las estructuras nerviosas

    "No hay que pedir a la cibernética que nos dé más de lo que nos pueda dar. No creo que se pueda esperar que nos suministre, por sí sola, en un porvenir mas o menos próximo, la solución del triple enigma de la vida, la conciencia y el pensamiento".

    VI. BIBLIOGRAFIA

    Cibernética Tecnologia y Psicología http://www.psicologia.org.br/internacional/ap11.htm

    Curso de Cibernética y Psicología http://galeon.hispavista.com/pcazau/cur_cibe.htm

    Introducción a la conducta humana Cibernética y psicología. http://www.galeon.hispavista.com/pcazau/mapa.htm

    [Nota de McWhirter: Esto cambia la atención de un proceso de "feedback" en uno de "calibración". Este es el componente clave]

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    PRIMERA IDEA PRINCIPAL.- La cibernética es la teoría de la autorregulación y autocontrol de los sistemas por retroalimentación

    SEGUNDA IDEA PRINCIPAL: La retroalimentación (o feedback) es un proceso circular en el cual parte de la salida es remitida de nuevo a la entrada como información sobre la primera respuesta, haciendo así que el sistema se autorregule para mantener un equilibrio u orientarse a una meta.

    TERCERA IDEA PRINCIPAL: Ejemplos de retroalimentación son las reacciones circulares primarias, secundarias y terciarias descriptas en la teoría piagetiana de la inteligencia. En la reacción circular, la respuesta del niño actúa nuevamente sobre el estímulo, realimentando el proceso.

    CUARTA IDEA PRINCIPAL: El biofeedback constituye otro ejemplo de retroalimentación, donde una persona puede aprender a controlar sus estados corporales y mentales realimentando información con una máquina capaz de medir sus variables fisiológicas en un momento dado.

    QUINTA IDEA PRINCIPAL: El feedback negativo, realimentación neutralizadora o procesos morfoestático lleva al sistema a un equilibrio anterior.

    SEXTA IDEA PRINCIPAL: El feedback positivo, realimentación amplificante o procesos morfogenético lleva al sistema a un nuevo equilibrio.