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La toma de decisiones colectivas racionales: un “pequeño” milagro del que aprender.

Hace muy poco tuve la oportunidad de leer un estudio (http://neofronteras.com/?p=5560) que me llamó especialmente la atención y que me gustaría compartir a través de este blog de QLC. Incluso me llevó a buscar el “paper” original y consultar otros que se publicaron antes por la aplicación que pueden tener sus conclusiones en modelos de Inteligencia Artificial.


El primero, fue publicado el pasado 2 de abril en “The Royal Society” y sus autores son dos científicos japoneses, Tatsuhiro Yamamoto y Eisuke Hasegawa (http://rsos.royalsocietypublishing.org/content/4/4/170097)


Abordan un fenómeno que se denomina “propiedades emergentes” y que nos subraya el hecho que en la naturaleza se observan constantemente y en cualquier nivel. Son aquellas propiedades que no se encuentran en los miembros o las unidades que componen un colectivo o estructura pero que si aparecen cuando interaccionan entre sí y lo conforman.


Es un fenómeno conocido, pero extremadamente complejo de explicar y aplica al tema de fondo que abordamos: la toma de decisiones colectivas racionales, o lo que es lo mismo, cómo a partir de la inteligencia binaria (si/ no) de cada uno de las unidades o individuos que pertenece a una determinada estructura o sociedad (los estudios se han hecho con insectos sociales) ésta es capaz de tomar la decisión que más le beneficia.


En el trabajo publicado, los investigadores japoneses, aplicando un modelo animal, comprobaron que cuando un número mayor de individuos responde "sí" a la mejor opción disponible, el “tomador de decisiones colectivo” hace lo mismo. Y lo hace usando sólo el mecanismo binario de sí / no (es decir, sin aplicar “decisiones de calidad”). De tal manera que la mejor opción siempre se adopta como una decisión de la mayoría (pero sin la determinación de un quórum previo).


Los resultados que obtuvieron con colonias de una especie de hormiga (Myrmica kotokui) fueron contundentes. Prefirieron la mejor opción posible en un experimento de elección binaria y su rango de aplicación potencial, como apuntaba en el primer párrafo, es tan amplio que abarcan campos tan diversos como la robótica “de enjambre”, las sociedades humanas o las neuronas que componen cada uno de nuestros cerebros. No olvidemos que una de nuestras neuronas puede estar activada o inactivada, pero que la suma de muchas neuronas tiene como resultado un comportamiento intelectual mucho más complejo que el de una sola.


Parece claro que una regla universal para tomar decisiones colectivas es la decisión por mayoría: tomar una decisión como consecuencia de la formación de un quórum.


Existen varias hipótesis para explicar la racionalidad colectiva: la retroalimentación positiva por un reclutamiento más fuerte o un reclutamiento más rápido a la mejor opción de “n posibles” y, después de efectuar las comparaciones oportunas (retroalimentación positiva / latencia de contratación).


Sin embargo, en el caso de los insectos sociales estudiados, la aplicación de la hipótesis del reclutamiento más efectivo para la mejor opción (y la configuración del quórum) no es posible.


La explicación se podría resumir en que un comportamiento así descrito tendría como resultado un aumento en el número de “individuos itinerantes” que elegirían la mejor opción, sólo después de probar todas las opciones disponibles.


Un comportamiento que necesitaría mucho tiempo y habría hecho imposible que en el experimento sólo se necesitasen poco más de 15 minutos para determinar la preferencia por determinada disolución de azúcar. Lo mejor de “n posibilidades” necesita que cada uno de los individuos evalúe todas las opciones (retroalimentación positiva) para después, reclutar a los otros compañeros de nido que hubiesen llegado a la misma decisión y conformar así el quórum.


Toda esta secuencia y las diferentes interacciones se conoce como una decisión de calidad (por la necesidad de clasificar opciones de respuesta) y es incompatible con la naturaleza de un colectivo donde cualquier miembro sólo tiene un umbral de respuesta simple, sí ó no.  


Es decir, no puede explicar la racionalidad colectiva cuando los individuos operan de forma binaria, por lo que el verdadero mecanismo de la racionalidad colectiva queda entonces por explicar.


Con tal intención, los autores trabajaron con 6 hormigueros con 56 hormigas cada uno, marcadas de manera singular (única en cada hormiga) con una pintura especial para poder tener su trazabilidad completa (es decir, se sabe el movimiento de cada una de las hormigas).


Como se pretendía buscar una respuesta binaria se las privó de alimento durante 3 días y luego, cuando estaban hambrientas, se les ofreció una disolución de azúcar en dos concentraciones diferentes: 3,5% y 4%.


El experimento se completó con 3 iteraciones a intervalos de 3 días entre medias cada vez.


Descubrieron que cada hormiga individual tenía una preferencia consistente y fija, aunque no existía un único patrón. Unas se alimentaban con las dos, otras preferían la más concentrada o la menos dulces y las más resistentes al hambre ninguna de las dos.


Con todo, las variedades de las decisiones de las hormigas representan los distintos umbrales de respuesta respecto a la concentración de azúcar que se expresan binariamente: sí (me alimento) /no (me alimento) con la disolución. A las que les da igual, diremos que su umbral es bajo, las que ayunan representan el umbral alto y las que eligen una disolución específica tendrían un umbral intermedio.


El siguiente paso que dieron los investigadores fue que cada una de las colonias eligiesen entre el 3,5% y 4% de azúcar y comprobaron que todas las colonias eligieron la disolución del 4%. La solución óptima, la racional, ya que al ser más concentrada obtienen más calorías por Ud. de tiempo.


En la práctica, esto constituía que además de optimizar la decisión ignoraban las preferencias de parte de las hormigas del hormiguero. Solamente las hormigas del umbral intermedio influían en la toma de decisión y el resto de las hormigas (con bajo y alto umbral) simplemente no eran tomadas en cuenta.


Demostraba, empíricamente, que una decisión simple (sí ó no) tomada individualmente da lugar a una decisión colectiva y racional (habiendo diversidad de umbrales de respuesta en la población y sin necesidad de usar respuestas graduales).


Pero este comportamiento no es único en las hormigas estudiadas. Ya en los años 90 (Collective decision-making in honey bees: how colonies choose among nectar sources, Seeley, T.D., Camazine, S. & Sneyd, J. Behav Ecol Sociobiol (1991) 28: 277. doi:10.1007/BF00175101.https://link.springer.com/article/10.1007%2FBF00175101) se estudió este comportamiento con idénticos resultados. Según demostraban, una colonia de abejas de miel sabe elegir colectiva y hábilmente entre las fuentes de néctar disponibles en su territorio. Pero, entonces se explicó como la expresión o resultado de una selección natural.


Todo parece indicar que el nuevo enfoque que el equipo japonés propone es aplicable, también, a las abejas, aunque sin dejar de admitir que el mecanismo binario no es mutuamente excluyente con los mecanismos entonces propuestos. Existe la posibilidad que la decisión adoptada por el colectivo (la colmena) pueda ser mejorada o corregida por otros mecanismos naturales.

 

Los hechos son significativos y coincidentes: la colonia explora selectivamente la fuente de néctar más rentable y cambia, rápidamente, sus esfuerzos de “explotación” hacia aquélla en detrimento de otras más pobres que incluso abandonan.


Cada trabajadora “alada” modula su comportamiento en relación con la rentabilidad de la fuente del néctar: ​​a medida que aumenta la rentabilidad, aumenta el ritmo de recolección y de intensidad del “baile” que hace cuando se dispone a libar.


Además, y de igual manera que en el caso de las hormigas, las abejas no hacen comparaciones entre las diferentes fuentes de néctar disponible. Cada una sólo conoce su fuente particular de néctar, operando con información extremadamente limitada, y calcula independientemente la rentabilidad absoluta de su fuente, siendo la colonia quien genera una única respuesta: se explotan “intensivamente” las fuentes de néctar más ricas y las más pobres se abandonan.


El comprender el mecanismo que permite que estos animalitos sociales sean capaces de tomar este tipo de decisiones racionales, a partir, de una toma de decisión individual, simple y descentralizada puede ser una de las “claves de bóveda” para los modelos de aprendizaje de la inteligencia artificial, o incluso, para entender cómo funcionan nuestros propios cerebros, donde 100.000 millones de unidades (neuronas) agrupadas en 2.500.000 de columnas neocorticales  nos permiten elaborar los más complejos pensamientos a una velocidad de 400 km/h. Pensemos que la distancia entre “pensar” que voy a hacer algo y hacerlo es de sólo 400 milésimas de segundo y, todo, con un “motor eléctrico” que consume aproximadamente la energía equivalente al 20%  de nuestra ingesta diaria. Poco más de 60W…


Una maravilla que todavía no comprendemos y, que según parece, gracias a estudios como el que acabo de comentar y a estos pequeños insectos ahora estamos más cerca de entender.


 

Artículo realizado por Javier Espina Hellín CEO QLC SLP y doctor en Ingeniería de Sistemas de Información

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