Inteligencia Computacional

Los primeros ejemplos significativos de Redes Neuronales se remontan a fines de la década de 1950 con los trabajos de Frank Rosenblatt en la creación del perceptron y de Bernard Widrow en el desarrollo del Adaline.

A diferencia de la escuela simbólica, y muchas veces enfrentada fuertemente por esta, en la cual se trata de lograr el razonamiento y representar el conocimiento en forma independiente de la estructura física que los soporte, las redes neuronales intentan construir modelos inspirados en la estructura y funcionamiento del cerebro.

Como dijimos en la introducción, el trabajo en esta área tuvo un fuerte decaimiento a partir de 1969 coincidentemente con la aparición del libro de M. Minsky y S.Papert (representantes de la escuela simbólica) Perceptrons .

Un libro que tuvo un efecto revitalizador en el campo de las redes neuronales fue Parallel Distributed Processing de David Rumelhart y James McClelland, que tiene una fuerte orientación en fisiología y psicología cognitiva.

En este capítulo presentaremos una visión general del modelo de procesamiento de una red neuronal, comenzando por una breve descripción del funcionamiento de las neuronas. Aunque debemos aclarar que los modelos de redes neuronales artificiales sólo están inspirados en las redes neuronales biológicas y no deben necesariamente ser una copia fiel de éstas.

Las neuronas son células nerviosas y como tales pertenecen al sistema nervioso central, en la figura[1]se ve una neurona con sus partes constituyentes

La neurona está formada por un cuerpo celular o soma donde se ubica el núcleo de la misma (portando el material genético). Una serie de ramificaciones, llamadas dendritas, y una fibra más larga (generalmente un centímetro pero puede llegar a un metro, es decir de 100 a 10000 veces el diámetro del cuerpo celular) denominada axón. El axón está rodeado por lo que se denomina vaina de mielina, que se interrumpe periódicamente a lo largo del axón por lo que se denomina nodos de Ranvier. La membrana celular es la que permite separar el plasma intracelular del fluido intersticial que rodea la célula y permite mantener una diferencia de potencial eléctrico entre el interior y el exterior de la misma. Esto se consigue ya que si bien la mayoría de las especies iónicas se pueden difundir a través de la membrana, los iones orgánicos no pueden hacerlo debido a su tamaño. Estos iones contienen carga negativa que dificulta la entrada de iones de cloro, logrando tener una concentración de iones de cloro afuera de la célula. La concentración de potasio adentro de la célula y sodio fuera de ella forma lo que se conoce como bomba de sodio-potasio. La atracción de los iones orgánicos negativos impide que el potasio se vaya de la célula.

En resumen fuera de la célula tenemos alta concentración de Sodio(Na) y Cloro (Cl) y baja de potasio (K), adentro de la célula todo lo contrario. El sodio y el potasio con carga eléctrica positiva y el cloro negativa.. En definitiva, se alcanza un equilibrio que produce una diferencia de potencial de unos 70 a 100 milivoltios, esto se conoce como potencial de reposo de la célula.

El axón cuenta con filamentos y subfilamentos denominados terminales axónicas, mediante esos se establece una conexión con dendritas o cuerpos de otras neuronas. A esta conexión se la denomina sinapsis. Los impulsos nerviosos provenientes de otras neuronas pueden cambiar el potencial del cuerpo celular de la neurona receptora. Estos cambios pueden propagarse en el cuerpo de la célula y son o bien inhibitorios o excitatorios ya sea que incrementen o decrementen la polarización de la célula. Si la suma de estos potenciales supera cierto límite entonces se propaga a través del axón, llegando a la sinapsis con otras células.

La comunicación en la sinapsis funciona a través de la liberación de elementos conocidos como neurotransmisores, que están contenidos por vesículas cercanas a la membrana presináptica. La célula que libera los neurotransmisores se denomina presináptica y la receptora postsináptica.

Cuando llega el potencial de acción a la membrana presináptica, cambia su permeabilidad, esto consigue que ingresen iones de calcio los cuales a su vez hacen que las vesículas liberen los neutrasmisores que son absorbidos por la membrana postsináptica. La acción química de los neurotransmisores en los receptores (los lugares por donde se unen a la membrana postsináptica) cambia la permeabilidad de la membrana postsináptica haciéndola permeable a determinado tipo de iones que ingresan a la célula. Dependiendo de si los iones que ingresan son negativos o positivos, el efecto puede ser inhibitorio o excitatorio. Los iones negativos aumentan la polarización (recordar que el fluido intercelular contiene la polaridad negativa) logrando un efecto inhibitorio, mientras los iones positivos disminuyen la polarización.

La transmisión del potencial de acción por el axón (la suma de todos los efectos) se transmite mediante una serie de despolarizaciones a lo largo del axón que ocurren en los nodos de Ranvier. Un nodo se despolariza y desencadena la despolarización del siguiente y así sucesivamente. Los puntos por donde pasa el potencial de acción no pueden volver a ser excitados durante un milisegundo. Este tiempo se denomina período refractario y limita la transmisión a un máximo de mil impulsos por segundo. El cerebro humano cuenta con 10¹¹neuronas y cada una tiene más de mil sinapsis a la entrada y a la salida.