E44 Exploración activa del entorno

Tópico

La exploración activa es la selección deliberada de acciones sensoriales que un organismo lleva a cabo para maximizar la información que obtiene de su entorno. A diferencia de la percepción pasiva, en la que el organismo simplemente recibe las señales que le llegan, la exploración activa hace que el organismo mismo controle qué señales sensoriales recibe: mueve la cabeza para oler o para escuchar mejor (el sniffing, las sacadas oculares, el escudriño auditivo), emite señales activas hacia el entorno para interpretar lo que rebota o se perturba (la ecolocalización, la electrolocación), o se desplaza en el espacio para cambiar lo que puede percibir.

Esta selección deliberada de acciones sensoriales que define a la exploración activa se rige por la ganancia de información: una acción sensorial gana más información cuanta más incertidumbre sobre el estado del entorno logra eliminar, de modo que la ganancia de información de una acción resulta de restar, a la incertidumbre total que el organismo tiene sobre ese estado antes de actuar, la incertidumbre que se espera que le quede después de observar lo que esa acción revela. El organismo que explora de forma óptima elige, en cada momento, la acción sensorial que promete la mayor ganancia de información posible, y esta búsqueda constante de la mayor ganancia de información posible hace que el organismo muestre la curiosidad epistémica —también llamada búsqueda de información— que se observa tanto en mamíferos como en insectos frente a un entorno nuevo.

Esta misma búsqueda de información entra en tensión con otro objetivo del organismo, y de esa tensión nace el dilema exploración-explotación que es central en el comportamiento adaptativo: usar el conocimiento ya acumulado sobre el entorno para maximizar la recompensa inmediata compite con explorar opciones todavía desconocidas que podrían resultar mejores. Un mecanismo de decisión que resuelve este dilema de forma teóricamente óptima añade, a la recompensa que el organismo espera de cada acción, un bono de exploración que crece cuanto menos se ha puesto a prueba esa acción en el pasado y que decrece, en cambio, cada vez que la acción vuelve a elegirse: elegir una acción hace que ese bono de exploración asociado a ella se reduzca, lo cual hace menos probable que la misma acción vuelva a preferirse por delante de otras todavía poco exploradas, y esta reducción progresiva del bono a medida que una acción se repite es lo que cierra el ciclo entre elegir y aprender, manteniendo bajo control el dilema exploración-explotación que abrió este párrafo.

Entre las acciones sensoriales enumeradas al principio, el sniffing activo es la que mejor ilustra, a una escala concreta, cómo la búsqueda de ganancia de información se traduce en un mecanismo fisiológico: dentro de la exploración activa general, el sniffing hace que la velocidad de detección de un olor aumente dramáticamente respecto a solo respirar de forma pasiva. La concentración del olor que finalmente llega a los receptores del roedor se acerca, con el paso del tiempo, a la concentración de ese mismo olor en el ambiente, pero esa aproximación se hace cada vez más lenta a medida que la concentración en el receptor ya se acerca a la concentración ambiente —una saturación— y esta aproximación es más rápida cuanto mayor es el flujo de aire que el roedor aspira hacia su cavidad nasal en cada inhalación. Los roedores sincronizan este sniffing activo con su propio ritmo respiratorio, oscilando entre cuatro y doce veces por segundo, y esta sincronización hace que la adquisición de información olfativa quede acoplada al ritmo con que el aire nuevo entra y sale de la cavidad nasal, optimizando la ganancia de información que el sniffing activo permite obtener en cada ciclo.

Otra de las acciones sensoriales activas nombradas al principio, la electrolocación activa de los peces eléctricos débiles, muestra el mismo principio de exploración activa aplicado a un sentido enteramente distinto del olfato: el pez emite su propio campo eléctrico y ese campo eléctrico se perturba en cuanto un objeto de conductividad distinta a la del agua entra en él. La magnitud de esa perturbación del campo eléctrico depende directamente de qué tan distinta es la conductividad del objeto respecto a la del agua, depende directamente también del volumen del objeto, y decae con mucha fuerza cuanto más lejos está el objeto del pez, hasta hacerse prácticamente indetectable a partir de cierta distancia. La distribución de esta perturbación sobre la piel del pez, donde se encuentran sus receptores eléctricos, hace que el pez pueda estimar el tamaño, la forma, la distancia y la conductividad del objeto que la produjo, y dentro de la exploración activa que abre este storyboard, los peces gymnotiformes generan movimientos exploratorios estereotipados —desplazamientos y giros repetidos frente al objeto— precisamente para maximizar la ganancia de información que la electrolocación activa les permite obtener de él.

La exploración activa que abre este storyboard es, en definitiva, lo que permite a un organismo dejar de ser un receptor pasivo de lo que el entorno le ofrece y convertirse en un agente que elige qué preguntarle a ese entorno: el sniffing activo del roedor y la electrolocación activa del pez gymnotiforme son dos soluciones fisiológicas muy distintas al mismo problema de maximizar la ganancia de información, y ambas hacen que el organismo correspondiente resuelva, a su propia escala, la misma tensión entre explorar lo desconocido y explotar lo ya conocido que define el comportamiento adaptativo. Esta capacidad de dirigir la propia búsqueda de información, gobernada por la curiosidad epistémica desde el primer momento, es lo que finalmente permite al organismo reducir su incertidumbre sobre el entorno más rápido y con menos esfuerzo del que lograría si se limitara a esperar pasivamente a que las señales le llegaran por sí solas.

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