Warren Sturgis McCulloch (16 de noviembre de 1898 - 24 de septiembre de 1969) fue un neuropsicólogo y cibernético estadounidense conocido por su trabajo sobre la base de ciertas teorías cerebrales y su contribución al movimiento cibernético . [1] Junto con Walter Pitts , McCulloch creó modelos computacionales basados en algoritmos matemáticos llamados lógica de umbral que dividieron la investigación en dos enfoques distintos, un enfoque centrado en los procesos biológicos en el cerebro y el otro centrado en la aplicación de redes neuronales a la inteligencia artificial . [2]
Warren Sturgis McCulloch nació en Orange, Nueva Jersey , en 1898. Su hermano era ingeniero químico y Warren originalmente planeaba unirse al ministerio cristiano . Cuando era adolescente, se asoció con los teólogos Henry Sloane Coffin , Harry Emerson Fosdick , Herman Karl Wilhelm Kumm y Julian F. Hecker . También fue mentor del cuáquero Rufus Jones . [3] Asistió al Haverford College y luego estudió filosofía y psicología en la Universidad de Yale , donde recibió una licenciatura en Artes en 1921. Continuó estudiando psicología en Columbia y recibió una maestría en Artes en 1923. Recibió su doctorado en medicina en 1927 del Colegio de Médicos y Cirujanos de la Universidad de Columbia en Nueva York, realizó una pasantía en el Hospital Bellevue , Nueva York. Luego trabajó con Eilhard von Domarus en el Hospital Estatal de Rockland para Locos . [4] Regresó a la academia en 1934. Trabajó en el Laboratorio de Neurofisiología de la Universidad de Yale de 1934 a 1941.
En 1941 se trasladó a Chicago y se incorporó al Departamento de Psiquiatría de la Universidad de Illinois en Chicago , donde fue profesor de psiquiatría, así como director del Instituto Neuropsiquiátrico de Illinois hasta 1951. [5] A partir de 1952 trabajó en el Instituto Tecnológico de Massachusetts en Cambridge, Massachusetts, con Norbert Wiener . Fue miembro fundador de la Sociedad Estadounidense de Cibernética y su segundo presidente durante 1967-1968. Fue mentor del pionero de la investigación de operaciones británico Stafford Beer .
McCulloch tenía una amplia gama de intereses y talentos. Además de sus contribuciones científicas, escribió poesía ( sonetos ) y diseñó y construyó edificios y una presa en su granja en Old Lyme , Connecticut.
McCulloch se casó con Ruth Metzger, conocida como 'Rook', en 1924 y tuvieron tres hijos. [6] Murió en Cambridge en 1969.
Se le recuerda por su trabajo con Joannes Gregorius Dusser de Barenne de Yale [7] y más tarde con Walter Pitts de la Universidad de Chicago . Proporcionó las bases para ciertas teorías del cerebro en una serie de artículos clásicos, entre ellos " Un cálculo lógico de las ideas inmanentes en la actividad nerviosa " (1943) y " Cómo conocemos los universales: la percepción de las formas auditivas y visuales " (1947), ambos publicados en el Bulletin of Mathematical Biophysics . El primero es "ampliamente reconocido como una contribución seminal a la teoría de redes neuronales, la teoría de autómatas, la teoría de la computación y la cibernética". [1]
McCulloch fue el presidente de una serie de conferencias de Macy dedicadas a la cibernética. Estas, en gran medida debido a la diversidad de antecedentes de los participantes que trajo McCulloch, se convirtieron en la base de ese campo.
En Cybernetics (1948), Wiener relató un suceso ocurrido en la primavera de 1947, cuando McCulloch diseñó una máquina que permitía a los ciegos leer, convirtiendo las letras impresas en tonos. La diseñó de modo que el tono fuera invariable para la misma letra vista desde diferentes ángulos. Gerhardt von Bonin vio el diseño y preguntó inmediatamente: "¿Es este un diagrama de la cuarta capa de la corteza visual del cerebro?". [8] : 22, 140
En sus últimos años de la década de 1960, trabajó en bucles, oscilaciones y relaciones triádicas con Moreno-Díaz; en la formación reticular con Kilmer y en modelos dinámicos de memoria con Da Fonseca. [9] Su trabajo en la década de 1960 fue resumido en un artículo de 1968. [10]
Estudió la excitación del cerebro mediante neurografía con estricnina , que era un método para mapear las conexiones cerebrales. La aplicación de estricnina en un punto del cerebro provoca excitaciones en diferentes puntos del cerebro. [11] Bailey, Bonin y McCulloch llevaron a cabo una serie de estudios en la década de 1940 que identificaron conexiones en los cerebros de macacos y chimpancés que son consistentes con la comprensión moderna de VOF . [12] [13]
En 1919 comenzó a trabajar principalmente en lógica matemática y en 1923 intentó hacer una lógica de verbos transitivos . Su objetivo en psicología es inventar un "psicón" o "evento psíquico mínimo" que son eventos atómicos binarios con causas necesarias, de modo que puedan combinarse para crear proposiciones lógicas complejas sobre sus antecedentes. En 1929 se dio cuenta de que estos pueden corresponder a las activaciones de todo o nada de las neuronas en el cerebro. [3]
En el artículo de 1943, describieron cómo se pueden formar recuerdos mediante una red neuronal con bucles en ella, o sinapsis alterables. Estos luego codifican oraciones como "Había un x tal que x era un ψ" o , y demostraron que las redes neuronales en bucle pueden codificar toda la lógica de primer orden con igualdad y, a la inversa, cualquier red neuronal en bucle es equivalente a una oración en lógica de primer orden con igualdad, lo que demuestra que son equivalentes en expresividad lógica. [3]
El artículo de 1943 describe redes neuronales que operan a lo largo del tiempo, y los universales lógicos –“existe” y “para todos”– para objetos espaciales, como figuras geométricas, se desarrollaron aún más en su artículo de 1947. [14]
Trabajó con Manuel Blum en el estudio de cómo una red neuronal puede ser "lógicamente estable", es decir, puede implementar una función booleana incluso si varían los umbrales de activación de las neuronas individuales. [15] : 64 Se inspiraron en el problema de cómo el cerebro puede realizar las mismas funciones, como respirar, bajo la influencia de la cafeína o el alcohol , que desplaza el umbral de activación en todo el cerebro. [3]
Trabajó en las relaciones triádicas, una extensión del cálculo de relaciones para manejar relaciones que relacionan tres objetos, como “A da B a C” o “A percibe B como C”. Estaba convencido de que tal lógica es necesaria para comprender la actividad cerebral. [10] [16]
En el artículo de 1947 How we know universals , estudiaron el problema de reconocer objetos a pesar de los cambios en la representación. Por ejemplo, reconocer un cuadrado bajo diferentes ángulos de visión y condiciones de iluminación, o reconocer un fonema bajo diferentes intensidades y tonos. Es decir, reconocer objetos invariantes bajo la acción de algún grupo de simetría . Este problema se inspiró en parte en un problema práctico en el diseño de una máquina para que los ciegos leyeran (relatado en Cybernetics de Wiener , ver antes). [17]
El artículo propuso dos soluciones. La primera consiste en calcular un invariante haciendo un promedio sobre el grupo de simetría. Sea el grupo de simetría y el objeto a reconocer . Supongamos que una red neuronal implementa una función . Entonces, la representación invariante del grupo sería , el promedio de la acción del grupo. La segunda solución consiste en un circuito de retroalimentación negativa que impulsa una representación canónica. Consideremos el problema de reconocer si un objeto es un cuadrado. El circuito mueve el ojo de modo que el "centro de gravedad del brillo" del objeto se mueva al centro del campo visual. Esto convierte efectivamente cada objeto en una representación canónica, que luego se puede comparar con una representación en el cerebro. [18] [19]
En el artículo de 1943, McCulloch y Pitts intentaron demostrar que un programa de máquina de Turing podía implementarse en una red finita de neuronas formales (en este caso, la máquina de Turing contiene su modelo del cerebro, pero lo inverso no es cierto [20] ), que la neurona era la unidad lógica básica del cerebro. En el artículo de 1947, ofrecieron enfoques para diseñar "redes nerviosas" para reconocer entradas visuales a pesar de los cambios en la orientación o el tamaño.
A partir de 1952, McCulloch trabajó en el Laboratorio de Investigación de Electrónica del MIT, trabajando principalmente en el modelado de redes neuronales . Su equipo examinó el sistema visual de la rana teniendo en cuenta el artículo de McCulloch de 1947 y descubrió que el ojo proporciona al cerebro información que ya está, hasta cierto punto, organizada e interpretada, en lugar de simplemente transmitir una imagen.
Junto con Roberto Moreno-Díaz, estudió un problema formalizado de la memoria. Dado que las redes neuronales pueden narrar la memoria mediante un patrón de oscilaciones en un círculo, estudiaron el número de posibles patrones de oscilación que pueden ser sostenidos por alguna red neuronal con neuronas. Esto resultó ser (Schnabel, 1966). [21] Además, demostraron un teorema de universalidad, en el que para cada , existe una red neuronal (posiblemente con más de neuronas) con entradas binarias, de modo que, para cualquier patrón de oscilación realizable por alguna red neuronal con neuronas, existe una entrada binaria para esta red universal de modo que exhiba el mismo patrón. [22] [23] [24]
McCulloch consideró el problema de la información y los motivos contradictorios, al que llamó una " heterarquía " de motivos, lo que significa que los motivos no están ordenados linealmente, sino que pueden ordenarse como . [25] Postuló el concepto de formaciones reticulares de "ficha de póquer" como una forma en que el cerebro trata la información contradictoria en una red neuronal somatotópica democrática. Específicamente, cómo el cerebro puede comprometer al animal a un solo curso de acción cuando la situación es ambigua.
Diseñaron un ejemplo prototípico de red neuronal "RETIC", con "12 módulos acoplados anastomáticamente apilados en una matriz columnar", que puede cambiar entre modos estables inequívocos basados en entradas ambiguas. [26] [16]
Su principio de "Redundancia de Comando Potencial" [26] fue desarrollado por von Foerster y Pask en su estudio de la autoorganización [27] y por Pask en su Teoría de la Conversación y Teoría de las Interacciones de los Actores . [28]
McCulloch escribió un libro y varios artículos: [29]
Artículos, una selección:
Artículos publicados por el Chicago Literary Club:
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