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Información: La variable faltante (NOTA 1)

Guillermo Agudelo Murguía
José Guillermo Alcalá Rivero (NOTA 2)

Hasta épocas recientes, se consideraba la Información como mera estadística en un universo material y tangible que existía más allá del territorio gobernado por las leyes de la física y con las cuales era esencialmente incompatible. Este punto de vista es actualmente obsoleto.
Wojciech Zurek

Corrientes contemporáneas sostienen que la teoría de la Información tiene que ver con aspectos técnicos que incluyen: medios electrónicos, redes de información, rutas óptimas, estructuras de bases de datos, accesibilidad, criptografía, etc. Para estas corrientes, la teoría de la Información está íntimamente ligada con la lingüística y sólo considera su incidencia en el ser humano. Se trata de demostrar que una teoría de la Información consecuente con un enfoque integral de la evolución debe ser mucho más trascendente y comprensiva. Lo que aquí se propone intenta dar los fundamentos para la elaboración de la teoría requerida.

Información: La variable faltante (NOTA 1)

Guillermo Agudelo Murguía
José Guillermo Alcalá Rivero (NOTA 2)

Hasta épocas recientes, se consideraba la Información como mera estadística en un universo material y tangible que existía más allá del territorio gobernado por las leyes de la física y con las cuales era esencialmente incompatible. Este punto de vista es actualmente obsoleto.
Wojciech Zurek

Corrientes contemporáneas sostienen que la teoría de la Información tiene que ver con aspectos técnicos que incluyen: medios electrónicos, redes de información, rutas óptimas, estructuras de bases de datos, accesibilidad, criptografía, etc. Para estas corrientes, la teoría de la Información está íntimamente ligada con la lingüística y sólo considera su incidencia en el ser humano. Se trata de demostrar que una teoría de la Información consecuente con un enfoque integral de la evolución debe ser mucho más trascendente y comprensiva. Lo que aquí se propone intenta dar los fundamentos para la elaboración de la teoría requerida.

Una Nueva Biología para una Nueva Sociedad

Máximo Sandín Domínguez

Depto. Biología. Fac. Biología. U. A. M.
POLÍTICA Y SOCIEDAD
Vol 39, Nº 3, 2002

INTRODUCCIÓN

En Junio de 1999 tuvo lugar en Budapest la “Conferencia Mundial sobre la Ciencia”, organizada conjuntamente por la UNESCO y el Consejo Internacional para la Ciencia. Los participantes, en un número próximo a los 2000, elaboraron un manifiesto, impregnado de inquietud, con el título “Declaración sobre la Ciencia y la utilización del Conocimiento Científico”, que en su Punto 20 afirma: Que ciertas aplicaciones de la Ciencia pueden ser perjudiciales para las personas, así como para la sociedad, el medio ambiente y la salud humana, y que pueden incluso amenazar la supervivencia de la especie humana... Y en el 21: Que constituye una responsabilidad específica de los científicos prevenir aquellas aplicaciones de la Ciencia que resulten contrarias a la ética o que tengan consecuencias indeseadas. Mi intención aquí, es dar cumplimiento a este mandato.

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¿Por qué los sistemas complejos y el caos aplicados a los sistemas de salud?

¿POR QUÉ LOS SISTEMAS COMPLEJOS Y EL CAOS APLICADOS A LOS SISTEMAS DE SALUD? (NOTA 1)

Enrique Ruelas (NOTA 2)

[Agradecemos a los doctores Enrique Ruelas y Ricardo Mansillas, coordinadores del libro, así como al Dr. Javier Rosado Muñoz y al autor del artículo la autorización para su publicación.]

Este libro nace como resultado del intercambio de conocimientos entre médicos, físicos y matemáticos del más alto nivel nacional e internacional, durante una serie de reuniones realizadas en la Secretaria de Salud de nuestro país, desde finales del año 2003 hasta mediados del año 2004. Consideramos que las ideas aquí desarrolladas son de la más alta relevancia para enfrentar muchos de los retos presentes en los sistemas de salud en el ámbito mundial. Esta obra está dedicada especialmente a todos los integrantes de dichos sistemas.
El siglo XX, fundamentalmente en sus últimas cinco décadas, estuvo caracterizado por una serie de sucesos muy importantes, íntimamente relacionados con los avances tecnológicos asociados, en principio, con los hallazgos de la física, y derivados de los esfuerzos realizados a finales de la Segunda Guerra Mundial en el plano de la tecnología militar.(NOTA 3) Muchas de estas tecnologías contribuyeron más adelante a la transformación acelerada de diversos aspectos de la sociedad actual. Sin duda, uno de los eventos más notables de esta revolución es la aparición y desarrollo de las computadoras digitales, cuya trascendencia puede ser comparada con la del telescopio en la astronomía o la del microscopio en la biología. A decir de Heinz R. Pagels en su libro Los sueños de la razón,(NOTA 4) las computadoras son el instrumento por excelencia de las ciencias de la complejidad.
El posterior desarrollo de las tecnologías de cómputo y el sostenido "abaratamiento" de las mismas, ha propiciado un cambio de paradigma en las concepciones fundamentales de muchos sectores del saber humano. Las propias matemáticas, con su secular estilo de obtención rigurosa de los resultados, se han abierto en muchos campos a la investigación numérica, a tal punto que ya nos resulta familiar el concepto de matemática experimental.
Una de las ramas de las matemática más favorecida por esta nueva impronta es sin duda la teoría de los sistemas dinámicos. Sus orígenes están marcados por el excelente acuerdo entre la teoría y la práctica alcanzado por la mecánica celeste, que convirtió al determinismo en corriente filosófica en boga a partir del siglo XVII. Cabe recordar aquí la frase de Pierre Simon Laplace:

Si una mente poderosa fuera capaz de captar todas las fuerzas de la Naturaleza y la posición de todos los elementos que la componen; si ese intelecto fuera lo suficientemente poderoso para someter todos estos datos al análisis, podría condensar en una sola fórmula el movimiento de los más grandes cuerpos del Universo, así como el de los más pequeños átomos; a tal intelecto nada le sería desconocido, tanto del futuro como del pasado. (NOTA 5)

La introducción de las computadoras en la investigación de problemas relacionados con los sistemas dinámicos abrió las puertas al desarrollo de la teoría de los sistemas caóticos, una de las más fructíferas áreas de investigación actuales. Como bien nos explica el doctor José Luis Mateos en el capítulo II, esta teoría tiene sus orígenes en los trabajos de Henri Poincarè sobre mecánica celeste. Su incidencia en otras ramas del saber humano fue inmediata, creando las bases de lo que hoy se conoce como ciencias de la complejidad.
Problemas de la física y de las matemáticas que hasta hace unos treinta años eran muy difíciles de resolver, pues las operaciones realizadas con cálculos manuales podrían llevar décadas o centurias, ahora pueden realizarse en minutos, y muchas veces hasta en milisegundos, gracias a las modernas organizaciones de redes de computadoras.
El empleo de las computadoras digitales tiene aplicaciones en muchos campos, lo mismo se trate del diseño gráfico, la arquitectura, el cine y, desde luego, la medicina; el desarrollo impresionante de estas máquinas ha condicionado, como ya dijimos, cambios de paradigmas, en el sentido de Thomas Kuhn,(NOTA 6) de más de dos mil años de antigüedad. Estos nuevos paradigmas implican, sin duda, una mejor aproximación al conocimiento de los llamados sistemas complejos en la naturaleza. Aquí, el uso de las computadoras ha permitido acercarse a las auténticas características no-lineales de la mayoría de los sistemas de la naturaleza y la sociedad, ámbito prohibido por su elevada complejidad antes de la introducción de estos ingenios cibernéticos.
Para la mente de un físico como Edwin Schröedinger (premio Nobel de Física, creador de una de las ecuaciones fundamentales de la mecánica cuántica), la vida era a la vez ordenada y complicada, pues veía en la aperiodicidad una de las cualidades especiales de la materia. Hace unos setenta años, esto no era fácilmente explicable, pero ahora cada vez más trabajos apoyan estas ideas.
Para nosotros, que vivimos vinculados al sistema de salud, los avances de las matemáticas y de la física podrían ser extrapolados especialmente al caso de los sistemas organizacionales de nuestro sistema, pues dichos hallazgos explican muchos de los fenómenos y problemas a los que nos hemos enfrentado durante décadas.
Siguiendo esta misma línea, podemos considerar que también muchas enfermedades pueden ser interpretadas como sistemas complejos, es decir comparten los atributos de éstos y, como veremos después, tienen un comportamiento específico, cuyas características están siendo descubiertas y precisadas. El capítulo V de este libro, desarrollado por el doctor Germinal Cocho, es una excelente aproximación al tema.
Cómo veremos más adelante, el carácter caótico de algunos sistemas complejos,  tiene mucha relación con los sistemas médicos. Actualmente, hay estudios que muestran que el comportamiento de algunos sistemas del cuerpo humano tiene características caóticas. Una interesante introducción a tales estudios en los sistemas fisiológicos aparece en el capítulo II de la presente obra, desarrollado por el doctor Jose Luis Mateos; mientras que en el capítulo III, el doctor Ricardo Mansilla expone las consecuencias de dichos estudios para la epidemiología.
Durante siglos, hemos explicado muchos de los fenómenos que suceden en la naturaleza por medio de métodos lineales. Como ya se mencionó, esto en matemáticas se refiere a la relación proporcional que existe entre el aumento o disminución del valor de una variable con respecto a otra. En una ecuación lineal, si una variable aumenta, el resultado también aumenta proporcionalmente o viceversa. Como veremos a lo largo de este libro, ese paradigma comienza a derrumbarse, dando paso a uno nuevo basado en la no-linealidad.

Reduccionismo

El reduccionismo, como tendencia del pensamiento, podría definirse sintéticamente de este modo: el todo sólo puede ser explicado con la suma de sus partes constituyentes.(NOTA 7) Es difícil encontrar otro sistema de la realidad objetiva, en el que se haya empleado tan intensamente esta concepción, como el cuerpo humano. La reducción del sistema de estudio a las partes más sencillas que se puedan analizar ha sido el paradigma en medicina durante milenios.

Una visión reduccionista

Este modo de pensar tuvo un innegable éxito, pues gracias a él se han podido estudiar moléculas y átomos, de los cuales se han encontrado las propiedades físico-químicas. Todo el mundo material está formado de átomos, compuestas a su vez de neutrones, electrones y otras partículas; no obstante, el resultado de sus diferentes combinaciones puede ser una formidable maquinaria innovadora o un cuerpo humano con múltiples y complicadas funciones. Sin embargo, tales niveles de complejidad no pueden ser explicados a partir de la suma mecánica de las propiedades de las partes constituyentes, sino a partir de las propiedades emergentes de la interacción no-lineal entre las partes que los componen.
Teniendo sus orígenes en la obra de René Descartes, titulada Reglas para la conducción del espíritu y principios de filosofía,(NOTA 8) el reduccionismo ha sido durante siglos la piedra angular de la investigación científica . Sin embargo, con el advenimiento de las computadoras digitales ha sido posible una mirada más cercana al auténtico comportamiento de muchos fenómenos, que gracias a ello nos revelan su naturaleza no-lineal. Este último concepto está diametralmente reñido con el reduccionismo cartesiano.
Insistimos, ahora parece muy atractivo que los estudios de los físicos y los matemáticos enfocados a los sistemas complejos se trasladen a los fenómenos que acontecen en los sistemas de salud, pues esto permite aproximarse mejor a la explicación de problemas que se presentan actualmente en dichos sistemas.

Antecedente histórico de la aparición de la ciencia del caos

Si bien este tema se desarrollado claramente en varios capítulos de este libro, haremos aquí un breve recorrido desde sus orígenes hasta la actualidad.
Partiendo de la visión aristotélica, dando un salto enorme en el tiempo hasta llegar a los avances científicos del medioevo y del Renacimiento, vemos surgir la física y la astronomía como ciencias con identidad propias, tomadas de la mano de las matemáticas a partir de los trabajos de Copérnico, Galileo, Descartes y Newton, entre otros. El telescopio de Galileo es la primera herramienta que abre el espectro de una parte de la naturaleza al escrutinio humano. Isaac Newton completa la visión de la física de su época con su síntesis de la mecánica, haciendo uso de una nueva herramienta que puede catalogarse como uno de los más grandes logros del intelecto humano: el cálculo.
A este grupo se une William Harvey con el estudio del flujo circulatorio de la sangre, cuyo descubrimiento representa un avance excepcional para la fisiología humana; Asimismo. un cinético notable del siglo XVII, Antoine Lavoissier, considerado el padre de la química, contribuye a este avance con sus estudios sobre la respiración y la oxidación.
Para entonces el uso del microscopio, el segundo instrumento de ampliación de la observación humana, abre un campo impresionante y apasionante en la biología; y así brinda un espacio para enriquecer las ideas de Gregor Mendel, el brillante monje iniciador de la genética.(NOTA 9)
Simultáneamente, los descubrimientos de Claude Bernard(NOTA 10) generan muchos de los paradigmas en fisiología que seguimos reconociendo y estudiando en la actualidad. Los avances que él propició, –y los de muchos otros científicos de singular talento, tales como Louis Pasteur y Robert Koch– han permitido el desarrollo de la medicina, cuyos frutos ahora cosechamos con resultados que parecen permitir un tratamiento más eficaz de muchas enfermedades y una esperanza de vida mayor.
Es importante hacer notar que si bien los avances científicos antes mencionados se lograron a partir del reduccionismo y el pensamiento lineal, su alcance se ha agotado y no son suficientes para abordar cabalmente la aparición de los nuevos hallazgos científicos.

Atractores extraños y ciencia del caos

En la década de los cincuenta, J. von Neumann comprendió que los modelos meteorológicos podrían ser diseñados computacionalmente. Estos modelos requerían de condiciones iniciales y de frontera que debían ser obtenidos de manera experimental y, por tanto, sujetos a errores de medición. Por tal motivo, las mediciones jamás serían exactas. No obstante, la creencia de que podía obtenerse una apreciación aproximada de la realidad, estaba en la mente de aquella generación de científicos. Tal vez esta idea se sustentaba en la siguiente frase de Newton: “dado un conocimiento aproximado de las condiciones iniciales y la comprensión de la ley natural, puede calcularse el comportamiento aproximado de un sistema”.
No obstante, la realidad es más rica que cualquier modelo. En los años sesenta, en su laboratorio de Massachusets, Edward Lorenz desarrolló simulaciones acerca del comportamiento de ciertos fenómenos meteorológicos.(NOTA 11) A la postre, el resultado obtenido demostró que no había posibilidad de predectibilidad. Lorenz, había construido un modelo matemático simplificado de corrientes convectivas en la atmósfera que se basaba en la diferencia de temperatura entre las distintas capas atmosféricas. Las variables de su modelo eran tres, y al graficar sus resultados descubrió que las líneas que las representaban, producían pautas que nunca eran idénticas. Había una pauta con perturbaciones, un desorden ordenado. El concepto de caos desarrollado a partir de los trabajos pioneros de Lorenz será abordado en el capítulo II.
Como las simulaciones se tardaban mucho, habida cuenta de la velocidad de su computadora, Lorenz, al reiniciar su trabajo, suprimió tres decimales a las cifras originales que tenían siete. Usando tres decimales, la nueva gráfica no mostraba una diferencia muy importante respecto a la que utilizaba siete. No obstante, el comportamiento futuro de las dos gráficas daba resultados muy diversos. Lorenz concluyó correctamente que pequeños cambios en las condiciones iniciales producían dos curvas tan diferentes, que parecían provenir de dos sistemas distintos. Esto dio origen a lo que actualmente se conoce como “efecto mariposa” el cual, guardando las debidas proporciones, expresa que el aleteo de una mariposa en cierto lugar de Brasil, podría ocasionar un huracán en Estados Unidos.
Es notable el hecho de que este fenómeno había sido reportado setenta años antes por el genial matemático francés H. Poincarè.(NOTA 12) Además, este científico dejo constancia para la posteridad de este descubrimiento en su ensayo Ciencia y Método: “Una causa muy pequeña, que se nos escapa a la percepción, determina un efecto considerable que no podemos dejar de ver, y entonces decimos que este efecto es debido al azar”.(NOTA 13) Así entró la aleatoriedad en la explicación de fenómenos naturales con una rancia estirpe determinista. Medio siglo después, científicos de la talla de Andrei Nikolaevich Kolmogorov, Vladimir Igorevich Arnold y Jürgen Moser culminaron la obra de Poincarè dilucidando completamente el carácter estocástico de ciertas trayectorias de cuerpos celestes. Si bien la estabilidad del sistema solar en su conjunto quedó completamente clara, Jack Wisdom,(NOTA 14) en la actualidad profesor del Massachussets Institute of Technology, demostró en una tesis de doctorado que hizo época, que ciertos cuerpos celestes, en particular los correspondientes a la banda de asteroides, pueden tener un comportamiento caótico. Su trabajo explicó de manera exitosa las franjas de Kirwood en la franja de asteroides del sistema solar.
Sus hallazgos en los estudios atmosféricos llevaron a Lorenz  a investigar cómo entendía la ciencia los flujos o corrientes en todo género de fluidos. Las leyes físicas que gobiernan el movimiento de los fluidos son bien conocidas, pero las ecuaciones que las traducen al lenguaje matemático son complejas, y sólo se pueden obtener soluciones exactas en pocos casos, tan simples que no sirven para mucho. Los matemáticos conocen esas ecuaciones con el nombre de ecuaciones diferenciales no-lineales en derivadas parciales.
Lorenz vio más que azar en su modelo del tiempo; encontró orden disfrazado de azar, y dedujo que todo era debido a las pequeñas variaciones introducidas en los datos iniciales. Esto era totalmente inesperado, pues los matemáticos y los físicos pensaban que si cambiaban levemente las condiciones iniciales, los resultados diferirían también en una cantidad proporcionalmente pequeña.
Con los descubrimientos de Lorenz quedaba claro cómo una cadena de sucesos aparentemente irrelevantes, pequeños en magnitud, pueden conducir a un punto verdaderamente crítico que incrementará los cambios, que hasta ese momento habían sido insignificantes, hasta llevarlos a una condición caótica. La pregunta era cómo podía surgir tal caos de un simple sistema determinista.
Las ecuaciones lineales pueden indicarse con una línea recta en una gráfica y no es difícil ver sus relaciones. Los sistemas lineales poseen la virtud de modelarse fácilmente y a sus piezas se las puede también montar y desmontar con facilidad en el sistema. Esto no sucede con las ecuaciones no-lineales. Por lo tanto, la mutabilidad de la no-linealidad es difícil de calcular, si bien permite explorar y crear múltiples clases de comportamiento, lo que nunca ocurre en los sistemas lineales.
Sin duda, las aportaciones de Lorenz al conocimiento de los sistemas complejos y la condición de que pueden ser caóticos, son sumamente importantes, pues descubrió, entre otras cosas, características fundamentales de los sistemas, que nos ayudan a entender mejor lo que conocemos como caos. Además, tuvo la agudeza de encontrar lo que, de cierta manera, representa los sitios de permanencia última de estos sistemas, los llamados atractores extraños.
Retomando el antecedente del cambio de paradigmas, de reduccionismo a no-reduccionismo, de linealidad a no-linealidad y sistemas complejos, en la década de los setenta, un grupo de científicos norteamericanos y europeos, constituido por matemáticos, físicos, biólogos y fisiólogos, emprendió la búsqueda de fenómenos como el orden en el caos, que ahora sabemos que son comunes en la naturaleza.
Este comportamiento ha dado lugar a toda una rama de la física y las matemáticas: la ciencia del caos, término acuñado por el matemático J. York. El caos se expresa en casi todas partes y es un obstáculo fundamental para poder predecir el futuro. Se pueden conocer las leyes que rigen el universo, pero es posible que no puedan utilizarse para predecir lo que ocurrirá más adelante. Hay situaciones en que la ciencia es incapaz de predecir en el largo plazo el camino que tomará un sistema.
El caos al que aquí nos referimos no significa azar y desorden, sino se refiere a un nuevo orden.
Muchas ecuaciones deterministas tiene un carácter discreto y su evolución se obtiene a partir de sucesivas iteraciones. Al examinar el proceso de iteración (repetición) de muchas ecuaciones no lineales se encontró que ocurren ciertos patrones que, con frecuencia, conducen hacia alguna clase de conducta limitada o restringida, representada por los puntos de atracción de la ecuación. Ciertos atractores muestran extrañas formas al graficarse, y algunos de ellos tienen propiedades aún más complicadas, por lo que se les conoce como atractores extraños. Una de sus propiedades más importante es que ciertas secciones transversales de los mismos poseen estructura fractal.

Fractales

El origen de la geometría fractal se debe en parte a la obra de Benoit Mandelbrot, Este matemático de origen judío, nacido en Varsovia en 1924, ha dejado la impronta de su talento en la ciencia contemporánea. Su trabajo representa un avance notable en el descubrimiento de una nueva geometría de la naturaleza; acuñó la palabra fractal en la década de los setenta, derivándola del adjetivo latín fractus. Un fractal, dice Mandelbrot, es una manera de ver lo infinito con el ojo de la mente.
Al estudiar series de los precios del algodón en el Thomas J. Watson Research Center de IBM en Yorktown Heights en los Estados Unidos, Mandelbrot encontró que cada precio era azaroso e impredecible, pero la secuencia de los cambios no dependía de la escala. Las curvas de las gráficas de los cambios diarios y de los mensuales habían permanecido sin variación durante por lo menos sesenta años a pesar de que hubo eventos muy relevantes, entre ellos, dos guerras mundiales y la depresión económica de 1929 en los Estados Unidos; sin embargo, es importante hacer notar que en los resultados había una especie de orden no esperado.
La manera en que estas ideas atacan los cimientos mismos de las teorías económicas comúnmente aceptadas en la actualidad, así como su vinculación con los procesos epidémicos, será ampliamente desarrollado por el doctor Ricardo Mansilla en el capítulo III.

Conjuntos de Cantor

En sus cavilaciones, Mandelbrot se hizo una serie de preguntas inducidas por el comportamiento financiero del algodón, que al estudiarlo matemáticamente mostraba fenómenos parecidos a los conjuntos de Cantor.(NOTA 15)
Con estas ideas, al estudiar las formas de la superficie terrestre, se planteó que si se observaba desde el espacio, a la distancia de unos cuantos kilómetros, se vería que las líneas suben y bajan por árboles, edificios, montañas y casas. A esa distancia, estos se ven como bultos, y su superficie puede parecer como lisa, pero a medida que nos acercamos, ésta misma tiene una apariencia más rugosa, hasta que, dependiendo de la distancia en que se observen, se verá una figura acorde con lo que realmente es.
Poco caso hacían los matemáticos en los años cuarenta de problemas tales como los polvos de Cantor, la inestabilidad, la discontinuidad y el ruido. Esos conceptos matemáticos no habían sido tenidos en cuenta por la geometría durante más de dos milenios. Por lo demás, la influencia del grupo Bourbaki en el desarrollo de las matemáticas de esa época constituía un lastre para las ideas revolucionarias de Mandelbrot.
Las figuras de la geometría clásica son conos, triángulos, esferas, círculos, líneas y planos los cuales representan una abstracción muy simplificada de la realidad e inspiraron la concepción filosófica de la armonía platónica. Los artistas y, desde luego, la mayoría de los seres humanos han encontrado en las figuras de Euclides la belleza ideal; actualmente casi todo el mundo continúa estudiando y utilizando esa geometría.
Sin embargo, Mandelbrot tuvo la genialidad de observar que las nubes no son esferas ni tienen la forma de ellas; los montes y las montañas no son conos; las olas y la espuma del mar no son curvas, ni los litorales tienen formas precisas comprendidas dentro de la geometría euclidiana. Mandelbrot observó que el universo tiene un aspecto áspero, no es liso, tiene hendiduras, huecos y otras texturas sui generis. Se trata pues, de una nueva geometría que describe mejor la complejidad de las formas y las estructuras de la naturaleza y su organización; además implica, y esto es muy importante, que toda esta variedad de formas tiene un orden y, por lo tanto, no es fortuita. La obra de Mandelbrot abre un espacio enorme a la creatividad en el arte y otras disciplinas, pues se incorporan nuevas formas. Como ya hemos dicho, estas nuevas formas se conocen como fractales.
Vivimos en un mundo que percibimos tridimensional, lo que significa que necesitamos números para especificar lo largo, lo ancho y lo alto. Es otra muestra del legado geométrico de Euclides, en el que el espacio tiene tres dimensiones; el plano, dos; la línea, una y el punto, cero.
Pero para Mandelbrot la descripción de las figuras complejas dependen mucho de la distancia a la que se observa, por ejemplo, el contorno de una isla depende fuertemente de cuál es la escala en la que hacemos sus mediciones. Vista desde el aire, se pierden muchos detalles, como los estuarios pequeños, penínsulas minúsculas, etc. A una distancia más corta empiezan a aparecer detalles no vistos antes. Ese proceso puede tener varios ordenes de magnitud, lo que es una característica de los fenómenos fractales.
¿Qué modelo geométrico utilizaríamos entonces para dar la dimensión real de la longitud de la costa? El avance de las matemáticas en los dos últimos siglos, en particular de la topología, ha permitido desarrollar herramientas propias para esta tarea. Nos referimos a las dimensiones fractales. Esto concepto tiene su origen en los trabajos de los notables matemáticos Félix Haussdorf y Abram Samoilovitch Besicovitch.
Los fractales tienen la característica de que pueden representar algo más que una línea y menos que un plano, pueden ser mayores que una forma unidimensional y menores que una forma bidimensional.
Matemáticamente, el fractal es una figura geométrica compleja. Los fractales poseen la propiedad de que sus porciones pueden ser visualizadas como una réplica del todo a escala reducida.
Hay muchas estructuras matemáticas que son fractales: el triángulo de Waclaw Sierpinski, la curva de Helge von Koch, el conjunto de Mandelbrot, los conjuntos de Gaston Julia y muchas otras.
La característica decisiva para llamarlos fractales es su dimensión fraccionaria, en otras palabras, porque poseen una dimensión de Haussdorf-Besicovitch fraccionaria.

La estructura fractal en los sistemas del cuerpo humano

En estudios recientes de los sistemas del cuerpo humano, médicos, fisiólogos y biólogos han encontrado que aquellos tienen una estructura fractal, tal es el caso del sistema urinario, los conductos biliares en el hígado, la red de fibras en el corazón (concretamente la red del haz de His-Purkinje), la red venosa y arterial, la estructura de los bronquios y muchas otras. ¿Cómo es que la naturaleza logró desarrollar estructuras tan complicadas? Mandelbrot responde a esto diciendo que “sólo hay complicaciones si se usa la tradicional geometría de Euclides” Las estructuras ramificadas se pueden describir como fractales con una sencillez transparente y no se requiere más información.
Un punto importante a destacar para el caso del ácido desoxirribonucleico (ADN) es que le basta “indicar” un proceso repetitivo de bifurcación y desarrollo para que surjan los bronquios, bronquíolos y hasta los alvéolos, desde luego esto puede ser válido y aplicarse a cualquier estructura en la naturaleza. En cierta ocasión, el notable matemático francés Adrien Douady conjeturó que la manera en que los conjuntos de Julia eran desarrollados a partir de iteraciones de simples funciones, podía dar una pauta de cómo el ADN guardaba la información para la replicación de un ser vivo.
Asimismo, es interesante ver que en medicina, los fractales pueden estar presentes también en la epidemiología. En este sentido, son interesantes los datos epidemiológicos recopilados por W. S. Schaffer en las ciudades de Nueva York y Baltimore, en primer lugar, y después en Aberdeen, Escocia y toda Inglaterra y Gales.
Schaffer ha compuesto un modelo dinámico semejante a un péndulo amortiguado.(NOTA 16) Por lo general, algunas enfermedades infantiles sobrevienen anualmente por contagio entre niños que vuelven a la escuela. El modelo de Schaffer predice que la varicela o el sarampión tienen un comportamiento específico: la varicela varía periódicamente y el sarampión, caóticamente. Los datos matemáticos cumplen con exactitud su predicción. Las variaciones anuales carecían de explicación para el epidemiólogo tradicional que decía que dependían del azar y que eran inestables.
Schaffer demostró, con las técnicas de reconstrucción del espacio de fases, que el sarampión obedece a un atractor extraño, cuya dimensión fractal es de aproximadamente 2.5. Computó exponentes de Liapunov y trazó mapas de Poincarè: el atractor resultó ser caótico. A un año de alta incidencia del sarampión le sigue uno de desplome vertical, después de uno de infección media, el índice cambia levemente, y en un periodo donde hay escaso contagio, se suscita un modelo de enorme impredecibilidad.
Lo descrito acerca de los fractales ofrece ejemplos en el campo de los sistemas de salud. En los capítulos escritos por los doctores. Ricardo Mansilla y Octavio Miramontes se abordarán con mayor detalle. También en el capítulo del doctor Miramontes se hablará acerca de algunos aspectos de las redes de comunicación y de las uniones que se establecen entre los seres humanos que pueden tener una dimensión fractal.

¿La no-linealidad puede aportar algo innovador?

La moderna tecnología en el sistema de salud permite, entre otras muchas acciones, realizar cirugías extraordinarias e incluso practicar microcirugías en diversas partes del cuerpo humano, como el cerebro, el corazón, el riñón el hígado, el sistema óseo. También podemos estudiar, en virtud de la nanotecnología, el funcionamiento del medio interno y muchos aspectos relativos a su dinámica. Reiteramos, estas aplicaciones se han logrado con base en la linealidad y los modelos reduccionistas.
Sin embargo, la experiencia nos muestra, a través de décadas de estudio, que muchos descubrimientos, entre los que se encuentra la supuesta explicación de los fenómenos patológicos que tradicionalmente se enseñan en las escuelas y las facultades de medicina, y que están descritos con puntualidad en los libros, no suelen encuadrar satisfactoriamente como verdaderos o apegados a la realidad.
Así, nos pregntamos, por ejemplo, por qué para la mayoría de los pacientes ante ciertos padecimientos, resulta benéfico el empleo de la aspirina, mientras que en otros casos, especialmente en niños, ésta podría ocasionar lo que conocemos como Síndrome de Reye, enfermedad que puede resultar mortal. Otro ejemplo son las alergias, cuyo comportamiento puede ser impredecible y fatal; incluso puede ocurrir durante una cirugía, en la que detalles  aparentemente irrelevantes pueden conducir al deceso del enfermo.
Este cuestionamiento es válido también para el estudio de sistemas tales como el cardiovascular, el respiratorio, el renal y otros. Bajos esas condiciones, nos atrevemos a pensar que muchos de estos comportamientos son manifestaciones de la complejidad de los sistemas de los cuales provienen. Por lo tanto, es posible enfocarlos con las herramientas de la teoría de los sistemas complejos.
Algo mucho más complicado es reconocer que el estudio del sistema nervioso comprende una jerarquía de escalas a partir de la neurona, lo que brinda la oportunidad de estudiar micro y macroescalas. Esto quizá podría semejarse en sus procesos a la turbulencia de los fluidos y a otras dinámicas complejas.
Muchos de los problemas en el campo de la epidemiología y en la organización de las campañas de salud pueden ser incluidos dentro de la categoría de los sistemas complejos.

El sistema de salud

Si ahora nos trasladamos con un salto descomunal hacia el sistema de salud mundial, encontramos que los asuntos relacionados con los servicios que éste provee ofrecen grandes incógnitas relativas al comportamiento humano, a su organización y, especialmente, a los sistemas de hospitales, centros de salud o cualquier otra modalidad de servicio.
Quiero referirme en especial a dos problemas fundamentales de los sistemas de salud, que presentan aspectos muy relevantes y cuyo estudio no puede soslayarse, pues sus efectos son notables en el mismo. Nos referimos en concreto al financiamiento y la presupuestación.
La falta de recursos económicos para hacer frente a los problemas de salud es un fenómeno mundial, y este aspecto ha sido motivo de discusión en muchos grupos, incluso de los legisladores.
Bien sabemos que los gastos en salud se han ido incrementando notablemente en las últimas décadas, hasta llegar en algunos países avanzados a representar 15% del Producto Interno Bruto, cantidades que representan enormes erogaciones para los países. No obstante, estos importantes incrementos no necesariamente han conducido a mejores niveles de salud. Es obvio, pues, que la relación gasto-salud no es lineal. Quizás es el momento en que conviene estudiar estos temas con el enfoque de los sistemas complejos y la no-linealidad, que parece ser muy prometedor en sus soluciones.

El origen de este libro

Al finalizar el siglo XX se planteó frecuentemente la cuestión del porvenir de la ciencia. Respecto a esto, Ilya Prigogine (premio Nobel de Química, 1977). dijo lo siguiente:

Creo que la aventura sólo acaba de empezar. Asistimos al nacimiento de una ciencia que ya no se limita a situaciones simplificadas, idealizadas, sino que se instala frente a la complejidad del mundo real, una ciencia que permite a la creatividad humana vivenciarse como la expresión singular de un rango fundamental en todos los niveles de la naturaleza

En octubre de 2001, se organizó en la Secretaría de Salud el seminario "Sistemas Complejos y Ciencia del Caos" impartido por doctores en física y matemáticas de la UNAM: Germinal Cocho, Shahen Hacyan, Octavio Miramontes, José Luis Mateos, Ricardo Mansilla, entre otros. En las conferencias los expositores hablaron de métodos que nos parecieron que podrían ser aplicados para la innovación de los sistemas de salud.
La no-linealidad y los sistemas complejos contienen una visión de las características del universo que resulta muy sólida, atractiva y de gran utilidad para la comprensión de éste y, en otras escalas, permiten tener una mayor claridad en el conocimiento de las sociedades humanas y, en particular, de los sistemas médicos.
El seminario, que comprendió los temas presentados en este libro, nos aportó una serie de conocimientos muy interesantes que ratificaron la impresión que teníamos en cuanto a que las herramientas de este enfoque podrían permitirnos enfrentar de manera adecuada ciertos problemas en el sistema de salud, en particular sobre las finanzas del sistema, los sistemas epidemiológicos, la presupuestación y, desde luego, la calidad de los servicios; también los avances de las llamadas ciencias de la complejidad nos explicaban de manera más racional por qué era tan difícil lograr mejores resultados utilizando los medios tradicionales.
Experiencias vividas cotidianamente en el sistema de salud nos plantean incógnitas aún no resueltas entre los muchos problemas a los que nos enfrentamos. Los sistemas de información en el área de la salud cuentan con una enorme cantidad de datos que, supuestamente, deberían proporcionar las respuestas a tales incógnitas. ¿Por qué no ha resultado así?

Caos, no-linealidad y sistemas complejos aplicados a la medicina

Los médicos y los científicos han aprendido que los sistemas que ellos estudian pueden componerse de innumerables partes; sin embargo, las interacciones que se generan entre las mismas contienen elementos universales.
Para los médicos, la piedra de toque de cualquier aproximación a lo complejo es el cuerpo humano, pues existen diferentes escalas que van de lo macroscópico a lo microscópico y, desde esta óptica, lo mismo estudian órganos, músculos, fibras, células o fluidos.
El estudio de los sistemas del cuerpo humano, tales como el inmunológico, el nervioso y el renal, sería estéril sin el conocimiento detallado de su anatomía y su química. Así, por ejemplo, el cardiólogo estudia el transporte de los iones que causan la contracción muscular a través del estudio de los músculos del corazón y el neurólogo las sutilezas eléctricas de la actividad de las neuronas.
En la década de los ochenta, algunos fisiólogos interesados en los sistemas complejos se apoyaron en instrumentos matemáticos de la complejidad, la no-linealidad y el caos, que contribuyeron a entender mejor estos sistemas tan complicados. Así, se pudo estudiar algunas disfunciones respiratorias, cardiacas y sanguíneas.
De esos sistemas, el corazón nos permite, al estudiar sus ritmos, entender con mayor precisión la diferencia entre la vida y la muerte.
El ritmo cardiaco normal es periódico, pero hay muchas enfermedades aperiódicas, como la fibrilación ventricular, que llevan al estado de la muerte. Sin duda, el corazón tiene muchos ritmos diferentes en su estado de enfermedad; para los cardiólogos, estos ritmos son datos que les facilitan el diagnóstico. No obstante, los estudiosos de los sistemas complejos descubrieron que la cardiología tradicional efectuaba generalizaciones discutibles en el caso de los latidos anómalos del corazón. Típicamente, los especialistas diagnostican muchas arritmias observando electrocardiogramas; sin embargo, el estudio de la dinámica es mucho más complejo de lo que muestra el electrocardiograma.
Esos problemas y otros muchos plantean la conveniencia de estudiar los sistemas de salud haciendo uso de los modernos desarrollos de la teoría de los sistemas complejos.
Desde esta óptica, los organismos han de reaccionar a circunstancias que pueden variar súbitamente y sin concierto; ningún ritmo cardiaco o respiratorio está incluido en las periodicidades estrictas de los modelos físicos sencillos, y así parece acontecer con el resto de los sistemas del cuerpo humano.
Gran parte de la patología médica representa una nueva clase de fenomenología que no tiene explicación con los modelos lineales convencionales. Los fenómenos de las enfermedades parecen indicar que necesitamos otros modelos y que la física y las matemáticas son algunas de las herramientas que pueden proporcionarlos.
Otro tema interesante es el estudio de la relación que existe entre la alteración del reloj biológico y el insomnio, esa incapacidad para dormir tranquilamente. Empleando los modelos de Arthur T. Winfree(NOTA 17) de la Universidad de Princeton en la década de los ochenta, investigadores alemanes encontraron que la gente posee un ciclo de sueño y vigilia y también uno de temperatura corporal. Las oscilaciones de estos ciclos se comportan de manera no-lineal.
Es curioso que en aislamiento y sin estímulos que repongan el ritmo cotidiano (como la luz del día), el ciclo de la temperatura sea de 25 horas. Se encontró que al cabo de varias semanas el ciclo de sueño y vigilia se desligaba del de temperatura y se volvía caprichoso; la gente podía permanecer despierta durante veinte o treinta horas y luego dormía durante diez o veinte, y no sólo no se percataba de que su día se había alargado, sino que negaban que esto hubiese acontecido.
Ahora bien, hay fisiólogos que hablan de enfermedades con dinámicas complejas, consistentes en desórdenes de los sistemas y con rupturas de coordinación o control. Las condiciones generales de esos sistemas oscilan, pero repentinamente dejan de hacerlo o lo hacen de una nueva forma inesperada, y otros que no solían oscilar, lo hacen, por ejemplo, el aparato respiratorio, donde se presentan diferentes tipos de respiración; asimismo, esto puede acontecer con las alteraciones en el equilibrio de los glóbulos rojos y blancos, de las plaquetas y de otros componentes.
Muchos fisiólogos reconocen, desde hace algún tiempo, que la no-linealidad en los procesos de realimentación sirve para regular y controlar; dicho de otra manera, si se diera un pequeño estímulo lineal, la trayectoria ordinaria del proceso teóricamente no tendría cambios, sin embargo, con ese mismo estímulo lo que ocurre es que se puede retornar al punto de partida.

Innovaciones posibles para los sistemas

Desde la óptica de los sistemas complejos, podríamos decir que la teoría de la organización y la administración no ha evolucionado lo suficiente para dar paso a nuevas formas de responder a nuevos o viejos problemas que no han sido resueltos adecuadamente; muchos de ellos son producto de la burocratización y de las desigualdades en la forma de dirigir.
Lo anterior se debe a que los conceptos en que se apoya la administración generalmente corresponden a modelos de dinámica lineal (causa-efecto), lo cual implica soluciones insuficientes y muchas veces inadecuadas. De ahí que propongamos el uso de las herramientas que provee la innovadora corriente de los sistemas complejos, que vincula las matemáticas, la física, la ingeniería, la biología, la ecología, la medicina y otras disciplinas para el análisis y la elaboración de propuestas de solución al entorno.
Recordemos que los sistemas complejos están formados por componentes individuales que interactúan entre sí, y pueden modificar sus estados internos como producto de tales interacciones. Dichos sistemas pueden ser estructuralmente simples, aunque tal simplicidad no impide que exhiban diversos comportamientos dinámicos no triviales. Los sistemas complejos pueden situarse en regímenes críticos caracterizados por la presencia de fluctuaciones especiales y temporales en todas las escalas posibles; condición que puede alcanzarse de manera espontánea y sin la intervención de factores o fuerzas externas al sistema. Se dice entonces que el proceso se ha autoorganizado.
El proceso de interacciones puede generar comportamientos colectivos y hasta globales, es decir, se generan conductas que no están definidas en los elementos individuales pero emergen en ese proceso colectivo y no pueden ser reducidas ni explicadas tomando aisladamente los elementos constituyentes.
Veamos qué aplicaciones podrían derivarse para innovar la administración de los sistemas de salud. A partir de algunos principios que la física establece, se pretende abrir un espacio para una nueva forma de plantear, estudiar y ver los hechos, los procesos y los controles de los sistemas y, a la vez, proponer nuevas formas de solución.
La naturaleza nos muestra que muchos de sus sistemas tienen mecanismos para emplear la menor cantidad de energía en sus procesos; las organizaciones humanas suelen desperdiciar esfuerzos para lograr los procesos, y continuamente hay que reorganizar las ideas y corregir los procedimientos para el mejor logro de las tareas, lo que puede resultar muy costoso. La naturaleza no parece hacerlo así, sino de la siguiente manera: podemos observar claramente cómo se organizan las ondas espirales en los bancos de peces o en las galaxias, o en remolinos de gaviotas, parvadas de aves y plagas de millones de langostas que integran nubes capaces de moverse como un todo, sin que nadie aparentemente las dirija o controle. Esto podría significar que es posible aprender a dirigir un sistema no en forma directa sino utilizando sus facultades de autoorganización y con el ajuste de criterios de control.
Otro aporte de las ciencias de los sistemas complejos a la comprensión de los fenómenos sociales puede ser el desarrollo de modelos computacionales conocidos como modelos multi-agentes o modelos basados en individuos. Esta clase de modelos consiste en un conjunto de elementos (los agentes) que tienen reglas de conducta y que pueden interactuar entre sí en un cierto espacio, lo que modifica tales conductas. Este simple proceso es la base de todo fenómeno colectivo de carácter social, es decir, la capacidad de interactuar con otros individuos similares.
Un ejemplo notable lo constituye el fenómeno de agregación y desagregación basado en la tolerancia; se ha observado que si tenemos un gran número de individuos que interactúan y que son móviles, tienden a quedarse inmóviles cuando tienen en su cercanía inmediata a un grupo de individuos que comparten una misma característica, ya sea socio-económica, de raza o cultura, con la cual se identifican. Autónomamente se crean grupos que suelen convivir y compartir muchos de sus procesos sociales, incluso de autoayuda, como es el caso de los barrios de negros, judíos o chicanos. Podemos ver que la tolerancia ha hecho posible que en un espacio de aproximadamente cien metros cuadrados puedan coexistir una mezquita, una sinagoga y una iglesia católica. Los modelos de agentes nos permiten estudiar estas dinámicas sociales para comprender mejor cómo se origina la marginación y la exclusión social.
Las conductas por imitación, que se dan en la naturaleza, incluyen al ser humano. Esas conductas parecen despojarlo de su capacidad de racionalizar. Cuando los individuos tienen únicamente acceso a la información local de sus vecinos más próximos, tienden a imitar lo que los demás están haciendo, y de esta manera se presenta el fenómeno de sincronización.
En las redes sociales, se puede apreciar que se trata de casos típicos de estructuras que no son totalmente regulares u ordenadas ni lo contrario, con conexiones al azar. Estas redes pertenecen a la familia de redes complejas, y tienen una topología propia, es decir, una estructura matemática precisa. Cuando meditamos acerca de la burocracia y la forma en que se establecen sus estructuras y sus funciones, advertimos que éstas parecen corresponder a la antítesis de las redes complejas. Pero este tema se desarrolla más ampliamente en el capítulo escrito por el doctor Octavio Miramontes.
En el capítulo del doctor Germinal Cocho, se tratan los conceptos relacionados con el aprendizaje al borde del caos.(NOTA 18) Aplicado a las organizaciones, esto indica que una de las cosas que se tienen que hacer para mantenerse en el borde del caos es aumentar la capacidad de aprender. Para funcionar en un entorno exitoso se deben incluir continuas consolidaciones con avances tecnológicos rápidos y cambios sociales masivos, a fin de incrementar la competencia. Estos cambios de fase son los que permiten evolucionar a formas superiores mediante la capacidad de aprendizaje.
El proceso de adaptación y aprendizaje en la naturaleza se hace como una metamorfosis sistémica, como si se tratase de una nueva especie; por lo tanto, parecería que las organizaciones necesitan una metamorfosis para tener un nuevo aprendizaje organizacional.
Otro principio fundamental de los sistemas complejos es la manifestación de sus propiedades emergentes. El concepto de procesos emergentes implica la aparición de propiedades que no pueden ser deducidas directamente de las características del sistema que las genera.
Por lo tanto, para la planeación integral sistémica, a partir de esta idea, es válido considerar procesos emergentes y procesos de estructuras complejas que apoyen la supervivencia. Como coadyuvantes, también se requieren procesos de comunicación y procesos de regulación y control.

Adaptación al entorno

Existen dificultades evidentes para que el sistema se adapte al entorno, aunque la naturaleza procura evitarlas con el fin de adaptarse.
En las organizaciones, algunas de estas dificultades son:

a. la facilidad con que se pierden las conexiones fuertes;
b. la segmentación en partes que persiguen sus propios fines sin tomar en cuenta el todo y
c. el divorcio entre la persona y el grupo.

No obstante, la adaptación a entornos complejos es posible siempre y cuando evaluemos apropiadamente las transformaciones, evoluciones y adaptaciones para sobrevivir.

Otras ideas sobre innovación

Es claro que los sistemas de salud constituyen una organización muy compleja formada por muchas y variadas estructuras y personas. Podría pensarse que su condición permite la utilización de la teoría de los sistemas complejos; sin embargo, esto es un reto enorme. Todavía no contamos con una definición operacional de la complejidad, aunque sabemos reconocerla cuando la vemos.
En los sistemas complejos que encontramos en el mundo físico, podemos modelar de forma satisfactoria aspectos cualitativos e incluso cuantitativos con ayuda de códigos numéricos.
Aun cuando falta camino por recorrer, ya dimos el primer paso al reconocer las propiedades emergentes y las propiedades de autoorganización.
Así, podemos pensar en el sistema de salud como un conjunto de subsistemas en donde existe una red de interacciones que los conectan. Estos pueden ser hospitales, instituciones, poblaciones, etc. La interacción entre los subsistemas determina una red con una arquitectura o geometría dadas. Parte de esta red pudo haber sido determinada en forma jerárquica. Otra parte puede evolucionar a lo largo del tiempo, estableciendo nuevas conexiones entre diferentes partes del sistema; por ejemplo, dos hospitales que anteriormente se encontraban alejados el uno del otro, ahora se encuentran intercomunicados gracias a una nueva carretera. Otro caso es el de dos institutos de investigación en salud que trabajaban en diversos proyectos, pero que, bajo ciertas circunstancias, pueden tener un tema de investigación común, por ejemplo la aparición de una nueva epidemia, que requiere un trabajo interinstitucional.
Así como se establecen los enlaces, también pueden romperse con el tiempo. Esta puede ser la forma en que se gesta una red compleja de interacciones que evoluciona en el tiempo, y que en cada momento tiene una estructura muy compleja. Los retos son:

1. Determinar la estructura de esta red.
2. Sincronizar esta red para su mejor funcionamiento.

Estos dos puntos involucran el estudio, en primer lugar, de redes complejas, en particular las llamadas redes de “mundo pequeño” y, en segundo lugar, de la sincronización de sistemas complejos no-lineales. Como ya hemos mencionado, en el capítulo IV, escrito por el doctor Octavio Miaramontes, se ofrece una excelente introducción a los resultados fundamentales de dichos estudios.
La calidad es uno de los temas que ameritan una visión renovada y fresca, pues al analizar lo referente al control de la calidad, el aseguramiento de la calidad, los procesos de mejora continua o la reingeniería, se aprecia que la visión es incompleta, y no parece que haya una respuesta satisfactoria a muchos de los problemas incluidos en el tema de la calidad porque, en general, se ha tenido una perspectiva lineal al intentar resolverlos. Las posibles soluciones a estos problemas pueden estar en el empleo de las herramientas que proveen los sistemas complejos y la no-linealidad. Pensemos en nuevas “herramientas de calidad” a partir de conceptos tales como procesos emergentes, auto-organización, sincronización, “mundo pequeño”, fractales (¿organizacionales?), etc. Desde esta perspectiva, ¿cómo habría que construir ahora, por ejemplo, un diagrama de Ishikawa?
Los puntos que hemos esbozado son una pequeña muestra de un gran número de aplicaciones a los sistemas administrativos o sociales que se pueden derivar de la utilización de los avances de la física y las matemáticas. Para nosotros, los intercambios de ideas con los físicos y los matemáticos ha resultado más que provechosos, puesto que contribuyen a darnos una mejor aproximación a la explicación de muchos fenómenos con una base científica de gran solidez y sustento.
Las ideas planteadas también pretenden abrir un espacio al estudio y la aplicación de los sistemas complejos en diversos campos de la investigación y la enseñanza, tanto en las diferentes escalas de los sistemas de salud, como en los campos de la administración y las políticas públicas.
El tema no se agota aquí, en los siguientes capítulos mencionaremos más aplicaciones de la física para innovar los sistemas de salud y lograr mejoras importantes en la calidad, en los asuntos financieros y en muchas otras cuestiones.
La vida presenta un orden en un océano de desorden, y de lo informe nace la pauta de la belleza fundamental de los sistemas biológicos. Lo que hemos mencionado lo anotamos en nuestra condición de aprendices y principiantes entusiastas de una ciencia que pertenece a los físicos y los matemáticos, pero que ahora es posible emplear para conocer mejor los sistemas de salud, a las organizaciones humanas y al ser humano en particular. Les ofrecemos los capítulos escritos por especialistas en el tema, doctores en física y matemáticas con quienes hemos intercambiado experiencias por más de tres años, quienes los introducirán en la nueva era científica con todas sus promesas para el siglo XXI.
Para concluir, qué mejor introducción a lo que sigue que citar a Marcel Proust: “El verdadero viaje de descubrimiento no es buscar nuevas tierras, sino ver con nuevos ojos”.


 

(NOTA 1) Del libro: Las ciencias de la complejidad y la innovación médica, Coordinadores: Enrique Ruelas y Ricardo Mansilla, México, Centro de Investigaciones Interdisciplinarias en Ciencias y Humanidades, Universidad Nacional Autónoma de México, Secretaria de Salud, Plaza y Valdés, S.A. de C.V., 2005
(al texto)
(NOTA 2) Subsecretario de Innovación y Calidad, Ssa, Maestro en administración de servicios de salud, Universidad de Toronto, Canadá; maestro en administración pública, Centro de Investigación y Docencia Económica, México
(al texto)
(NOTA 3) O. Frisch (1979), De la fisión del átomo a la bomba nuclear. México: Alianza Editorial.
al texto
(NOTA 4) H. Pagels (1991), Los sueños de la razón. El ordenador y los nuevos horizontes de las ciencias de la complejidad. Barcelona: Gedisa.
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(NOTA 5) F. Engels (1992), Dialéctica de la naturaleza. España: Planeta Agostini.
al texto
(NOTA 6) T. Kuhn (1976), La estructura de las revoluciones científicas. México: Fondo de Cultura Económica.
al texto
(NOTA 7) M. Rosental y P. Ludin (1984), Diccionario Filosófico. Cuba: Editora Política.
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(NOTA 8) R. Descartes (1960), Reglas para la conducción del espíritu y principios de filosofía. México:  Porrúa.
al texto
(NOTA 9) G. Mendel (1960), Experiments in plant hybridization. Cambridge: Harvard University Press.
al texto
(NOTA 10) L. E. Bayliss (1966), Living control systems. Londres: English University Press.
al texto
(NOTA 11) E. Lorenz (1963), ”Deterministic nonperiodic flow”. Journal of Atmospheric Science.
al texto
(NOTA 12) H. Poincarè (1892), Les méthodes nouvelles de la mécanique céleste. Tomo 1, París: Gauthier-Villars.
al texto
(NOTA 13) H. Poincarè (1943), Science et méthod. París: Flammarion.
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(NOTA 14) J. Wisdom (1987), ”Chaotic dynamics in the solar system” Icarus, 72: 241
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(NOTA 15) La construcción de un conjunto de Cantor se puede hacer ,de manera elemental como sigue: trace con un segmento de recta, quítele la tercera parte central, quítele después la tercera parte central a cada una de estos dos segmentos de recta y continúe haciéndolo sucesivamente. En el límite, el conjunto resultante es un conjunto de Cantor.
al texto
(NOTA 16) W. S. Schaffer y M. Kot (1986), ”Discrete-time growth-dispersal model”. Mathematical Bioscience, 80.
al texto
(NOTA 17) A. T. Winfree (1967), “Biological Rhythms and the Behavior of Populations of Coupled Oscillators. Journal Theoretical. Biology, 16.
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(NOTA 18) Al lector interesado le aconsejamos la siguiente obra: R. Lewin (1992), Life at the edge of chaos. Chicago: University of Chicago Press.
al texto

Fecha de publicación abril 2007

Este artículo fue publicado en 2001, compárese con los comentarios publicados al final.

♦ Un nuevo 'manual de instrucciones' del genoma reinterpreta el ADN humano

♦ El genoma humano no es como se creía

 

Las sorpresas del genoma

Máximo Sandín
Departamento de Biología
Facultad de Ciencias. Universidad Autónoma de Madrid.
Boletín de la Real Sociedad Española de Historia Natural
(Sección de Biología), 96 (3-4), 2001, 345-352.

A lo largo de la historia de la Ciencia (de nuestra historia y de nuestra ciencia), hemos asistido a una sucesión de cambios drásticos en la concepción (interpretación) de la realidad, a medida que aumentaba el "poder de resolución" de las técnicas e instrumentos con que se la observaba. Con el microscopio, "aparecieron" las células, unidades básicas de todos los seres vivos. También "nos encontramos" de golpe, con los microorganismos "inexistentes" hasta entonces. Con el telescopio, la Tierra "saltó" del centro del Universo a la periferia... Resulta sorprendente (para los filósofos o los físicos tal vez no), cómo la descripción "objetiva" de un mismo objeto o fenómeno, y en última instancia, de la realidad, puede cambiar en función de la perspectiva desde la que se observe.

La investigación en medicina: un nuevo enfoque basado
en Sistemas Complejos(NOTA 1)

Dr. José Luis Mateos(NOTA 2)

[Agradecemos a los doctores Enrique Ruelas Barajas, Ricardo Mansilla, Javier Rosado,  coordinadores del libro, así como al autor del artículo la autorización para su publicación.]

En años recientes el estudio de los sistemas complejos ha tenido un auge muy importante, no obstante, queda aún mucho por investigar, ya que se trata de una teoría muy vasta, variada y altamente interdisciplinaria. Dado que nuestro campo de acción es la medicina, este capítulo aborda en su primera parte algunas nociones sobre los sistemas complejos y en la segunda se centra en el análisis de ciertas aplicaciones de las Ciencias de la Complejidad a la disciplina médica y a los sistemas de salud.

Sistemas complejos

Los seres humanos vivimos en un mundo complejo, si miramos a nuestro alrededor podemos advertir la enorme complejidad de nuestro entorno, la cual se manifiesta de muchas maneras: la variabilidad climática, el carácter impredecible de los terremotos, la increíble organización interna de los seres vivos, desde los unicelulares hasta los multicelulares, las estructuras sociales de algunos insectos, la diversidad de las especies en nuestro planeta y los sistemas económicos en la sociedad humana, por mencionar sólo unos cuantos.
Hasta hace poco tiempo las ciencias exactas, como la física, no habían logrado determinar de manera clara el origen de dicha complejidad, ya que se habían enfocado, en gran medida, al estudio de sistemas más simples, o bien, a simplificar los sistemas complejos conforme al esquema reduccionista. Sin embargo, desde hace unas tres décadas ha surgido un enorme interés por ampliar los conocimientos sobre los sistemas complejos, desde el punto de vista de la física.
Puede afirmarse que el reduccionismo en la ciencia ha sido muy exitoso y ha permitido dilucidar en buena medida muchos fenómenos. Su idea central consiste en descomponer el sistema de estudio en sus elementos más simples, con la finalidad de entender en detalle dichos componentes (o ladrillos fundamentales) y con la esperanza de que a partir de estas piezas, sea posible comprender al sistema en su conjunto. En algunas ocasiones este programa funciona adecuadamente, como sucede con la física del estado sólido o la física de materiales, por ejemplo, áreas de estudio en las que se descompone un material en los átomos o moléculas que lo conforman, y una vez entendidos éstos, se procede a deducir las propiedades macroscópicas con base en dichos elementos microscópicos. Este esquema funciona gracias al hecho de que la mecánica cuántica, que explica el mundo microscópico, es una teoría lineal y permite entender al sistema en su totalidad a partir de la superposición de los elementos que lo integran.
Sin embargo, en el caso de los sistemas complejos, este programa reduccionista no funciona de manera adecuada, ya que en general se caracterizan por tener una dinámica no lineal, y, por ende, la totalidad no puede ser representada como la suma de las partes. Pensemos, por ejemplo, en lo siguiente: toda la materia está formada por átomos; en el universo hay un centenar de átomos diferentes, y con ellos se forma todo tipo de cosas: el aire que respiramos, el agua, los metales, las rocas, las montañas, los océanos, las bacterias, las plantas y los animales. Cabe entonces preguntar: ¿cuál es la diferencia entre un trozo de roca y un ser vivo, si ambos están hechos esencialmente con los mismos ladrillos fundamentales? Por lógica, la respuesta a esta pregunta no puede provenir sólo de la física atómica o la química, sino que es necesario recurrir a un nuevo paradigma según el cual la totalidad es más que la suma de las partes. Este paradigma holístico también nos dice que en un sistema complejo surgen propiedades emergentes. Por ejemplo, un ser vivo es más que la suma de sus átomos, y el cerebro humano es más que la suma de sus neuronas. En el primer caso la propiedad emergente es la vida misma, y en el segundo, la inteligencia y la conciencia.
A pesar de que aún estamos lejos de entender bien este paradigma, recientemente ha surgido un enorme interés en estudiar los sistemas complejos a partir de un marco conceptual común, que podríamos denominar: ciencia no lineal o ciencia de la complejidad, que abarca nociones como la teoría del caos, la geometría fractal, los autómatas celulares, los sistemas dinámicos no lineales, la sincronización, la autoorganización, la computación emergente, las redes complejas, etc. Este nuevo campo de la ciencia surgió al mismo tiempo en la matemática, la física, la biología, la ecología y otras ciencias en la década de 1970, y es, por tanto, una ciencia esencialmente interdisciplinaria.
En el libro Las Ciencias de la Complejidad y la Innovación Médica, coordinado por Enrique Ruelas Barajas y Ricardo Mansilla, y editado por el Centro de Investigaciones Interdisciplinarias en Ciencias y Humanidades de la UNAM, la Secretaría de Salud y Plaza y Valdés, que fue publicado en 2005, escribí un ensayo titulado Caos y Complejidad, en el cual expongo con cierto detalle los siguientes temas: fenómenos no lineales, sistemas complejos, caos y sus aplicaciones a biología, fisiología y medicina, sincronización, ruido, procesos estocásticos y la economía como un sistema complejo.(NOTA 3) En este capítulo me enfocaré a describir un campo muy reciente y dinámico: el que se refiere al estudio de las llamadas redes complejas.

Redes de mundo pequeño y redes complejas


Imaginemos la sociedad como una red; en matemáticas ésta se define como un conjunto de puntos o nodos, unidos entre sí por enlaces. Si hay un conjunto de puntos, es posible unirlos de diferentes maneras: enlazar todos con todos, o bien relacionar sólo un punto con sus vecinos más cercanos o unir los puntos al azar. Todas estas posibilidades dan como resultado diferentes tipos de redes. Por ejemplo, en la figura 1 se muestra una red integrada por 20 nodos que forman un círculo. Cada nodo está unido por medio de enlaces a sus cuatro vecinos más cercanos: dos a la derecha y dos a la izquierda; se trata de una red muy regular y ordenada, la cual puede representar diversos sistemas físicos, biológicos o sociales. Pongamos por caso: podría representar a personas que están interconectadas entre sí a través de conocidos o amigos. Entonces el esquema ilustrado en la figura 1 representaría a una sociedad de 20 individuos, cada uno con cuatro amigos. Si uno quisiera conectar dos nodos distantes con el número mínimo de enlaces, digamos el nodo 1 con el nodo 10, tendría que usar 5 enlaces: 1–3–5–7–9–10. También es posible saltar de dos en dos, gracias a la conectividad de la red ilustrada en dicha figura. Partimos de la suposición de que el nodo 1 es el más alto en la figura, y el 10 se encuentra diez sitios a la derecha. Si hubiera otra red en donde cada nodo estuviera conectado únicamente con sus dos vecinos cercanos (uno a la izquierda y otro a la derecha), entonces para enlazar el nodo 1 y el nodo 10, se requerirían 9 enlaces: 1–2–3–4–5–6–7–8–9–10.


 

Figura 1. Red ordenada.

Se puede ver entonces que el número de enlaces necesarios para conectar dos nodos en la red depende de la geometría de ésta; dicho en otras palabras, el número de amigos en común que necesito enlazar para conectar a dos personas que no se conocen depende del tipo de red. En el caso de la sociedad de 20 individuos ilustrada en la figura 1, necesito 5 enlaces entre amigos comunes para conectar al individuo 1 con el 10. Podemos decir entonces que se encuentran a 5 grados de separación, o bien que su “distancia” en la red social es de cinco.
Pasemos ahora a considerar la situación ilustrada en la figura 2, en la cual se muestra la misma red ordenada de la figura 1, pero se le han adicionado tres enlaces de la siguiente manera: tomamos en tres ocasiones, dos nodos al azar y los conectamos mediante enlaces distantes. En el caso particular de la figura 2 enlazamos los nodos 1–6, 5–15, y 12–19. El resultado es una red que ya no resulta completamente ordenada, ya que tiene estas conexiones adicionales que relacionan nodos a grandes distancias. A este tipo de redes se las conoce como redes de mundo pequeño. Veamos por qué: supongamos que de nueva cuenta en la figura 2 deseamos conectar el nodo 1 con el 10, pero usando el número mínimo de enlaces. Si recurrimos a uno de los atajos, sólo necesitaremos tres enlaces: 1–6–8–10. A diferencia de la red ilustrada en la figura 1, necesito tres enlaces, en vez de cinco. Curiosamente existe otro atajo que tiene también tres enlaces: 1–19–12–10. De esta manera, en la sociedad de 20 individuos, que aparece en la figura 2, es factible conectar a dos personas recurriendo solamente a tres amigos comunes. Podríamos decir que el individuo 1 y el 10 tienen 3 grados de separación, o que la “distancia” en la red social es de 3. La distancia social resulta entonces menor que en la figura 1, y, por esta razón, la red de la figura 2 es una red de mundo pequeño.


Figura 2. Red de mundo pequeño.

Desde luego, las redes sociales reales involucran a muchos individuos y no sólo a 20. En muchas ocasiones nuestra propia red social presenta este fenómeno de mundo pequeño, y por ello lo encontramos con tanta frecuencia en nuestro grupo de amigos y conocidos. Por ejemplo, si coincidimos por casualidad con una persona y comenzamos a conversar, podríamos caer en la cuenta de que tenemos algún amigo en común, lo que significa que nos hallábamos a dos grados de separación sin saberlo. Naturalmente, después de conocer a esta persona, estamos sólo a un grado de separación; es decir, la red social es dinámica y cambia con el tiempo conforme se traba contacto con nuevas personas.
Investigaciones recientes han demostrado que el grado de separación entre dos personas cualesquiera es muy pequeño, de manera característica varía entre 1 y 10, a pesar de que vivimos en un planeta con una población de 6 mil millones de habitantes. ¿Cómo es esto posible? Veamos, si yo conozco 100 personas y cada una de ellas conoce a su vez otras 100 más, entonces estoy a 2 grados de separación de 10,000 personas, ya que 100 x 100 = 10,000. Cada una de ellas conoce a 100 más, y entonces estoy a 3 grados de separación de un millón de personas, ya que 10,000 x 100 = 1,000,000. A 4 grados tendría 1,000,000 x 100 = 100,000,000 y a 5 grados de separación puedo estar conectado con 10 mil millones de personas. ¡Entonces con sólo 5 grados de separación tengo muchos más contactos que la población total de la Tierra!
El estudio de las redes de mundo pequeño se inició en 1998, con el artículo de Duncan Watts y Steven Strogatz,(NOTA 4) y desde entonces se ha publicado una gran cantidad de investigaciones sobre el tema, así como algunos libros escritos por los mismos pioneros.(NOTA 5), (NOTA 6), (NOTA 7)

Existen otros tipos de redes que han sido estudiados desde hace varias décadas, y que se forman de la siguiente manera: tomemos de nuevo 20 nodos en un círculo, al igual que en la figura 1, ahora desconectamos cada nodo de su vecino a la derecha y lo reconectamos con un nodo tomado al azar. El resultado puede verse en la figura 3. A este tipo de redes se les califica como aleatorias, y se usan para modelar procesos físicos en donde hay desorden o variaciones aleatorias.(NOTA 5), (NOTA 6), (NOTA 7)


Figura 3. Red aleatoria.


Finalmente, se ha descubierto otro tipo de redes que en la actualidad se están estudiando con mucho detalle y que tienen una enorme variedad de aplicaciones. Nos referimos a las llamadas redes complejas, que fueron introducidas en 1999 por Albert-László Barabási y Reka Albert.(NOTA 8) En la figura 4 se muestra una red compleja.


Figura 4. Red compleja.


En esta trama, la conectividad de cada nodo varía sustancialmente, es decir, en la red compleja hay nodos que tienen muy pocas conexiones o enlaces, otros que en cambio poseen un número intermedio de enlaces y por último están los nodos con muchos enlaces. Para que una red sea compleja, se necesita, además, que los nodos con pocos enlaces sean más numerosos que los que tienen muchos enlaces. Por ejemplo, en la figura 4 se puede apreciar que muchos nodos tienen sólo uno o dos enlaces, algunos cuantos poseen 5 o 6, y unos pocos, 15 o 20 enlaces. Estos últimos son la clave de las redes complejas, ya que representan nodos muy conectados, que se denominan conectores.
Dichos conectores actúan de tal manera que le confieren a las redes complejas la propiedad de mundo pequeño. Es decir, si en la red de la figura 4 tomo dos nodos, los puedo conectar entre sí con pocos enlaces si uso como intermediarios a los conectores. Ya que las redes sociales son complejas, entonces los conectores serían lo que llamaríamos personas muy relacionadas socialmente, es decir, que son muy populares y que tienen muchos amigos y contactos. Por medio de ellos es como tratamos de establecer nuevos contactos en la dinámica social. En nuestra vida cotidiana hacemos lo siguiente: buscamos a alguien que nos conecte con personas importantes y muy bien relacionadas para que éstas a su vez nos contacten con el tipo de personas que buscamos, ya sea para establecer una relación afectiva o hacer un negocio. De esta forma navegamos en la red social de manera empírica sin conocer en detalle su geometría.
Las redes complejas, como el entramado social, son dinámicas. El número de enlaces entre cada individuo en la red cambia con el tiempo al ir conociendo nuevas personas. Recientemente se han empezado a modelar redes dinámicas para representar estos cambios, en vez de considerar redes estáticas como la que se aprecia en la figura 4, en la cual el número de enlaces que tiene cada nodo permanece fijo. La dinámica que genera redes complejas asigna nuevos enlaces con mayor probabilidad a los nodos que están más conectados; se trata de un proceso llamado enlazamiento preferente. Es decir, si una persona está muy conectada, tiene más probabilidades de adquirir nuevos enlaces con mayor frecuencia que quien está muy poco conectada. De esta forma se hace más marcada la diferencia entre los individuos que integran la red social, en un proceso parecido al fenómeno 80–20, en donde el 20% de los individuos acumulan el 80% de las conexiones y viceversa, el 80% de las personas en la red posee sólo el 20% restante.

Redes complejas y sistemas de salud: epidemias en un mundo pequeño


Procederemos ahora a ver algunas implicaciones de las ideas inherentes a las redes complejas y redes de mundo pequeño en el marco de un sistema de salud. En particular nos enfocaremos a describir posibles aplicaciones a la epidemiología y a las estrategias de vacunación.
Las epidemias se propagan de diferentes maneras. El virus de la gripe lo hace de un individuo a otro a través del aire y no es necesario un contacto físico entre ellos. Si queremos modelar la diseminación de este virus, podremos suponer que el contagio puede ocurrir aun entre personas que no se conocen. Por ejemplo, si viajo en el transporte público y otro individuo a unos metros de distancia tiene gripe, me puede contagiar, a pesar de que no lo conozco y ni siquiera lo he visto. De esta forma, si modelamos la propagación del virus de la gripe podemos suponer, en una primera aproximación, que todas las personas son igualmente susceptibles de contagio, independientemente de la estructura de la red social. Sin embargo, existen otros virus que se difunden a través de la red social, como es el caso del virus VIH del SIDA.
Los modelos tradicionales en epidemiología(NOTA 9) son del tipo SIR, por sus siglas: Susceptible (S), Infectado (I) y Recuperado (R), y plantean que la población se divide en una parte que está infectada, otra que es susceptible de contagiarse y otra más que se está recuperando después de haber sido infectada. La suma de las tres corresponde a la población total. Así en el modelo, I representa el porcentaje infectado, S corresponde al por ciento de la población susceptible y R al que se halla en recuperación.
El modelo comprende un conjunto de ecuaciones que describen la variación de estos porcentajes a través del tiempo (S, I y R). Hay diversas variantes del modelo SIR, pero de manera característica la dinámica se puede describir de la siguiente manera: si un individuo de la población S tiene contacto con otro de la I, entonces, dada su susceptibilidad, se infectará. Como resultado de esto, la población S se reducirá y la I aumentará. Pero además, debido a la infección, después de cierto tiempo es factible que un individuo de la población I fallezca y quede fuera del modelo, o bien se recupere y pase a formar parte de la población R. Cabe suponer que, después de un tiempo esta población puede volver a ser susceptible (S), de lo que se deduce que en algún momento podría pasar a formar parte del grupo I, o bien, que la población R adquiera inmunidad y nunca más vuelva a infectarse, o que muera por esta causa. En cualquiera de estos dos últimos casos el resultado es el mismo conforme al modelo, es decir, una vez que un sujeto llega a ser parte de la población (R), jamás pasa de nuevo a formar parte del grupo poblacional susceptible (S) ni del infectado (I).
No obstante, S, I y R variarán continuamente en el tiempo, dependerán del tamaño inicial de cada población y de otros parámetros incluidos en el modelo, como la probabilidad de infección o el tiempo de recuperación. Por ejemplo, en un posible escenario, dados unos porcentajes S e I iniciales, es posible que se termine con una población en la cual todos sus miembros que estaban infectados felizmente se recuperan. Sin embargo, en otro escenario, puede surgir, después de una fase de crecimiento explosiva, una epidemia que afecte a buena parte de la población y que termine por infectar a la mayoría.
Debemos considerar que el contagio se produce cuando un individuo susceptible se encuentra con otro infectado. Los modelos usuales suponen que la probabilidad de que ocurra dicho encuentro es proporcional al tamaño de las poblaciones susceptibles e infectadas. De lo anterior se infiere que los encuentros suceden al azar con la misma probabilidad para cada sujeto, como si todos los individuos de las tres poblaciones S, I y R estuvieran mezclados en forma homogénea. Esta suposición puede ser válida en casos como la propagación del virus de la gripe, pero para otros, como el VIH, no resulta realista.
Lo antes expuesto nos lleva a pensar en modelos tipo SIR, en los cuales la propagación de la enfermedad ocurre en redes complejas. Es claro que en casos como el SIDA y otras enfermedades de transmisión sexual, la propagación se lleva a cabo a través de la red social, ya que se trata de patologías que se contagian, en la mayoría de los casos, por contacto directo. La trama social sería la siguiente: cada nodo representa a un individuo, y los enlaces que conectan a unos con otros corresponden a las parejas sexuales que han tenido a lo largo de cierto periodo. Por ende habría muchos nodos con un solo enlace para representar a las personas monógamas. En el extremo opuesto, tendríamos algunos nodos con muchos enlaces, que corresponderían a sujetos con muchos compañeros sexuales. Desde luego habría casos intermedios o nodos con un número moderado de enlaces, para simbolizar a personas que a lo largo de un lapso se han relacionado con más de una pareja, pero sin excederse. De este ejemplo podemos colegir que la sociedad humana se puede modelar en forma realista por medio de una red compleja en lo que atañe a los contactos sexuales. Por lo tanto, resulta indispensable estudiar los modelos epidemiológicos por medio de este tipo de redes o de las de mundo pequeño.
Con la finalidad de mostrar el tipo de trama que se establece por estos contactos, recientemente se publicó un estudio sobre la red social de encuentros sexuales en Suecia.(NOTA 10) Según el informe, los investigadores entrevistaron a 4 781 varones y mujeres, entre 18 y 74 años de edad, y les preguntaron cuántas parejas habían tenido a lo largo de su vida. El resultado permitió observar que la mayoría de esas personas afirmó haber tenido entre 1 y 10; el 10% de las mujeres dijo haberse relacionado con unas 20, y el 10% de los hombres con 40. El 1% de ellas respondió que había copulado con 40 parejas y el 1% de ellos afirmó haberlo hecho con 200. Se trata de una muestra pequeña realizada en Suecia, pero aun así resulta muy interesante, ya que ilustra la tendencia típica que caracteriza a las redes complejas, lo que permite confirmar que efectivamente el patrón social de contactos sexuales corresponde a una red de este tipo.
En fecha reciente han surgido los primeros modelos de epidemiología basados en redes complejas, los cuales han comenzado a estudiar, por ejemplo, la propagación de enfermedades como el síndrome respiratorio agudo (SARS)(NOTA 11) o el sarampión.(NOTA 12) En general se ha concluido que, conforme a las redes complejas, las epidemias pueden ocurrir sin que aparezca un umbral en la población, a partir del cual se desata la epidemia.
Un aspecto que reviste suma importancia consiste en estudiar las condiciones necesarias para evitar la propagación de una enfermedad a través de una red compleja. Dada la presencia de conectores con muchos enlaces, resulta difícil bloquear la diseminación, ya que, aun cuando se eliminen muchas conexiones en la red, siempre cabe la posibilidad de que haya un nuevo camino para propagar la enfermedad por medio de dichos conectores. Sin embargo, si éstos se eliminan será posible desarticular la red compleja y evitar que se extienda el contagio. El reto entonces se centra en identificar eficientemente a los conectores en la red.
Una estrategia que se planteó hace poco tiempo para inmunizar de manera eficiente a una población es la siguiente: supongamos que los recursos son limitados y sólo disponemos de N vacunas para aplicar en una población mucho mayor que N. Si actuamos de acuerdo a la estrategia antes mencionada, entonces en vez de inmunizar al azar a N individuos de la población, podemos hacerlo con un conocido de cada una de estas N personas con lo que estaremos vacunando también a estas N personas, entre las cuales aún será probable encontrar conectores. Esto se debe a que algunos de los individuos tomados al azar, identificarán a algún conector, por lo cual en la población de N personas, habrá mayores posibilidades de ubicar a varios de estos conectores. Esta estrategia se puede implementar con facilidad, ya que simplemente vacuno al amigo o amiga más popular de cada persona en la población inicial. Esta estrategia y otras similares pueden verse en Efficient immunization strategies for computer networks and population e Infection in Social Networks: Using Network Analysis to Identify High-Risk Individuals.(NOTA 13) y (NOTA 14)
Además de la red social, recientemente se implementó un modelo que considera la red del sistema de transporte aéreo. Es bien sabido que los sujetos infectados con capacidad de desencadenar una epidemia son personas que viajan grandes distancias, de un país a otro, para lo que utilizan la vía aérea. Estos recorridos largos juegan el papel de los atajos que definen a las redes de mundo pequeño en la figura 2. En la referencia(NOTA 15) se introduce un modelo del tipo SIR con fluctuaciones aleatorias, que toma en cuenta a la red real del sistema aeroportuario global. En particular, este modelo se aplica para estudiar la epidemia del Síndrome Respiratorio Agudo.
En resumen, en la actualidad somos testigos del inicio de una fusión muy interesante entre las ciencias de la complejidad y las ciencias médicas. Particularmente, un área muy importante es el estudio y las aplicaciones de la nueva teoría de redes complejas y redes de mundo pequeño a la medicina y la epidemiología. En nuestra opinión, es en este floreciente campo de estudio en donde podemos encontrar la inspiración para innovar los sistemas de salud.


(NOTA 1) Del libro: Las ciencias de la complejidad y la innovación médica, Ensayos y Modelos. Coordinadores: Enrique Ruelas Barajas, Ricardo Mansilla, Javier Rosado. México, Secretaría de Salud e Instituto de Física del Centro de Investigaciones Interdisciplinarias en Ciencias y Humanidades, Universidad Nacional Autónoma de México, Grama Editora, S.A., 2006
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(NOTA 2) Dr. José Luis Mateos. Doctor en física por la UNAM, 1992. Estancia posdoctoral en el Departamento de Física de la Northeastern University en Boston, Massachussets. Estancia posdoctoral en el Centro para la Investigación Interdisciplinaria en Sistemas Complejos de la Northeastern University entre 1994 y 1995. Actualmente es investigador del Departamento de Sistemas Complejos del Instituto de Física de la UNAM. Trabaja en la dinámica no lineal  y el caos, ratchets térmicos y redes.
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Fecha de publicación mayo 2007


 

Referencias bibliográficas

(NOTA 3) Mateos José Luis. Caos y Complejidad. En: Las Ciencias del la Complejidad y la Innovación Médica, Enrique Ruelas Barajas y Ricardo Mansilla (coordinadores), Centro de Investigaciones Interdisciplinarias en Ciencias y Humanidades, UNAM, Secretaría de Salud, Plaza y Valdés 2005:45-71.
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(NOTA 4) Watts Duncan J, Strogatz Steven H. Collective dynamics of “small-world” networks. Nature 1998;393:440.
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(NOTA 5) Barabási AL. Linked: The new science of networks. Cambridge MA: Perseus Publishing, 2002.
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(NOTA 6) Watts Duncan J. Six Degrees: The science of a connected age. New York: W. W. Norton & Company, 2003.
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(NOTA 7) Strogatz Steven. SYNC, The emerging science of spontaneous order. New York: Theia, 2003.
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(NOTA 8) Barabási AL, Albert R. "Emergence of scaling in random networks". Science 1999; 286:509.
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(NOTA 9) Anderson RM, May RM. Infectious Diseases in Humans. Oxford: Oxford University Press, 1992.
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(NOTA 10) Liljeros F, Edling CR, Nunes Amaral LA, Stanley HE, Aberg Y. "The web of human sexual" contacts. Nature 2001;411:907.
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(NOTA 11) Meyers LA, Pourbohloul B, Newman MEJ, Skowronski DM, Brunham RC. "Network theory and SARS: predicting outbreak diversity". J. Theoretical Biology 2005;232:271.
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(NOTA 12) Verdasca J, Telo da Gama MM, Nunes A, Bernardino NR, Pacheco JM, Gomes MC. "Recurrent epidemics in small world networks". J. Theoretical Biology 2005;233:553.
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(NOTA 13) Cohen R, Havlin S, ben-Avraham D. "Efficient immunization strategies for computer networks and population". Physical Review Letters 2003;91:247901.
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(NOTA 14) Christley RM, Pinchbeck GL, Bowers RG, Clancy D, French NP, Bennett R, Turner J. "Infection in Social Networks: Using Network Analysis to Identify High-Risk Individuals". American Journal of Epidemiology 2005;162:1024.
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(NOTA 15) Hufnagel L, Brockmann D, Geisel T. "Forecast and control of epidemics in a globalized world". Proc. Nat. Acad. Sciences USA 2004;101:15124.
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Redes y organizaciones de salud pública: un nuevo paradigma(NOTA 1)

Dr. Octavio Miramontes (NOTA 2)

[Agradecemos a los doctores Enrique Ruelas Barajas, Ricardo Mansilla, Javier Rosado,  coordinadores del libro, así como al autor del artículo la autorización para su publicación.]

El fin del siglo XX representó una magnifica oportunidad para hacer una reflexión colectiva sobre el entorno social en todas sus facetas, que abarcara desde el escenario internacional y su actual pugna por definir los poderes globales dominantes, la enorme desigualdad que se observa entre las naciones ricas y las pobres, hasta la definición de los nuevos paradigmas de organización social en países que, como México, aún transitan de manera accidentada en pro de la construcción de una sociedad justa y libre.

Reflexiones sobre la Felicidad.

Guillermo Agudelo Murguía

Antes de tratar cualquier tema es conveniente primero definirlo, pues hay conceptos que significan cosas diferentes para cada quien, por lo tanto y en obvio de brevedad tomaré, para estas reflexiones, unas pocas definiciones del término:
1. Felicidad en general, es un estado de satisfacción debido a la propia situación en el mundo.
Por esta relación de satisfacción, la noción de Felicidad se diferencia de la de Beatitud, que es el ideal de una satisfacción independiente de la relación del hombre con el mundo, y por lo tanto, restringida a la vida contemplativa o religiosa. El concepto de felicidad es humano y mundano. Nació en la antigua Grecia, cuando Tales de Mileto, afirmó que es sabio “quien tiene un cuerpo sano, fortuna y un alma bien educada”, de lo cual desprendo que es feliz quien es sabio, en lo cual no estoy de acuerdo y puedo poner una multitud de ejemplos donde personas que tienen las cualidades que Tales señala, no son felices.

Morfogénesis y emergencia de patrones en sistemas biológicos: del rompimiento de simetría a la autoorganización y la excitabilidad(NOTA 1)

Dr. Faustino Sánchez(NOTA 2)
Agradecemos a los doctores Enrique Ruelas Barajas, Ricardo Mansilla, Javier Rosado,  coordinadores del libro, así como al autor del artículo la autorización para su publicación.

Este capítulo expone de manera conceptual algunos mecanismos subyacentes a la emergencia de patrones en sistemas biológicos, así mismo presenta su formulación matemática y algunos ejemplos. Para facilitar su lectura se ha organizado por secciones, cada una de las cuales aborda una temática específica. El espectro de los sistemas que se utilizan para ejemplificar es amplio, y por ello, lo mismo se habla de los mecanismos que hacen posible la aparición de manchas o franjas en el pelo de algunos felinos, que del patrón que sigue un potencial de acción cuando viaja por el músculo cardiaco en estado de fibrilación. Finalmente menciona algunas extensiones que complementan lo que aquí se incluye, y hace algunas reflexiones sobre el papel que juega la dinámica no lineal, gracias a la cual es posible explicar la emergencia de patrones en los sistemas biológicos.

Sociedades complejas(NOTA 1)

Dr. Germinal Cocho(NOTA 2)

[Agradecemos a los doctores Enrique Ruelas y Ricardo Mansillas, coordinadores del libro, así como al Dr. Javier Rosado Muñoz y al autor del artículo la autorización para su publicación.]

Fenómenos críticos y evolución al borde del caos
En el momento presente, estamos transitando por un periodo de crisis, que afecta muchos de los ámbitos sociales; sin embargo, este fenómeno se ha presentado en varias épocas de la sociedad.
Si nos remontamos a los ideogramas chinos, "crisis" tiene el doble sentido de peligro y oportunidad. Si interpretamos el peligro como inestabilidad y la oportunidad como un logro sin costo (por ejemplo de energía) tenemos precisamente las condiciones de un punto crítico, como los estudiados en la física al examinar las transiciones de fase (por ejemplo, la transición de líquido a gas). Se trata de fenómenos colectivos de muchos componentes fuertemente ínteractuantes y con correlaciones en todas las escalas. Si calentamos un trozo de hielo éste empezará a fundirse y se transformara en agua líquida, y si lo seguimos calentando se transformara en vapor; si enfriamos ese vapor, empezará a condensarse en agua líquida, y si continuamos enfriándolo, se congelara y se convertirá en hielo. En este ejemplo mostraremos qué características tienen esos cambios de fase.(NOTA 3) Explicaremos una de ellas con el ejemplo del imán: si calentáramos un imán, al llegar a cierta temperatura desaparecería su imantación. No es necesario que se funda el hierro para que se pierdan sus cualidades magnéticas, porque esto ocurre al desaparecer el modo ordenado en que están los átomos en el metal, que es lo que determina las cualidades de atracción del imán. Antes de llegar a la temperatura en que este ordenamiento desaparece, islotes del metal se desordenan y vuelven a ordenarse; estos islotes se vuelven cada vez mayores, hasta que uno de ellos desordena completamente el metal. Lo mismo es válido en la otra dirección: si se tiene un hierro caliente y en presencia de un campo magnético débil bajamos la temperatura, empiezan a aparecer y desaparecer islotes de material imantado hasta que uno de ellos ordena el metal. O sea que una característica fundamental en estos fenómenos de transición son las llamadas fluctuaciones y los mecanismos de amplificación de éstas. De modo similar, en la transición del agua líquida a vapor, si calentamos el agua, cuyas moléculas se encuentran entre sí a distancias fijas, en un estado ordenado, entonces empezarán a formarse burbujas de vapor desordenado, ya que la distancia entre las moléculas es variable, aparecen y desaparecen, hasta que al llegar a la temperatura de transición de 100º C una de las burbujas de vapor se amplifica y todo el agua se convierte en vapor.
Normalmente, lejos de las condiciones en que tienen lugar estos cambios de fase, siempre hay fluctuaciones, islotes que aparecen y desaparecen y al acercarnos a las condiciones en que tiene lugar el cambio, estas fluctuaciones se hacen mayores hasta que una de ellas, en vez de desaparecer, reordena el material. Al tener lugar este cambio, no sólo las relaciones entre átomos cercanos (conocidas como correlaciones de corto alcance) sino también las relaciones entre átomos lejanos (correlaciones de largo alcance) son importantes para que todo el material cambie de estado. Una interacción fuerte de corto alcance produce, así, un comportamiento colectivo con correlaciones en todas las distancias. Como vimos un poco antes del cambio de fase, los fenómenos se presentan en lo que conocemos como borde del caos.
Debemos mencionar dos conceptos fundamentales en las transiciones de fase: los parámetros de orden y los parámetros de control.
Los parámetros de orden son aquellos que describen propiedades importantes del sistema en cuestión y que cambian drásticamente en el punto crítico. Volviendo al ejemplo de la transición ferromagnética, el parámetro de orden es la magnetización, es decir, el porcentaje de regiones del sistema que están ordenadas, magnetizadas. En el caso de la transición de líquido a vapor el parámetro de orden es el porcentaje de "gotitas de líquido". En la fase líquida es de casi 100 %, disminuye rápidamente al acercarse al punto crítico y es casi nulo en la fase de vapor.
Los parámetros de control son aquellos cuya variación da lugar a la transición de fase. En los dos casos que hemos considerado, el parámetro de control es la temperatura. En el caso de la transición de agua líquida a vapor, si aumentamos la temperatura del agua, por debajo de 100º C, se tiene agua líquida, pero al llegar a los 100º C, en un intervalo muy pequeño de temperatura, el agua se transforma en vapor. La temperatura en que este fenómeno se presenta se denomina temperatura crítica, y se dice que el sistema está en el punto crítico. En el caso del ferromagneto, de nuevo el parámetro de control es la temperatura, y en la temperatura crítica el sistema pasa de una magnetización muy grande a una muy pequeña. ¿Qué quiere decir esto? Que es la temperatura la que tiene el papel de afectar a dos sistemas distintos, uno es el hierro y el otro es el agua.
En los dos casos que hemos discutido es claro ver cuáles son los parámetros de orden y control, ya que los dos sistemas son relativamente simples, pero en los sistemas complejos puede haber más de uno de estos parámetros y suele ser difícil encontrar los parámetros pertinentes. En el caso de los sistemas complejos, el encontrar dichos parámetros puede ser una mezcla de ciencia, arte y suerte. Una característica de los sistemas en el punto crítico es que siendo diferentes microscópicamente (por ejemplo el agua y los ferromagnetos), se comportan cualitativa y cuantitativamente de modo igual una vez que se identifican los parámetros de orden relevantes. Es decir, tienen un comportamiento genérico, y la generalidad es una propiedad de los sistemas en el punto crítico. Muchos sistemas muestran que basta cambiar monotónicamente el parámetro de control para que se dé una cascada de cambios de fase. Por ejemplo, en el caso del agua se tiene vapor por encima de 100º C, y un poco por debajo, agua líquida; si seguimos disminuyendo la temperatura, al llegar a 0º C el agua se congela y se transforma en hielo, y si la temperatura sigue disminuyendo, el hielo "normal" se transforma sucesivamente en otras clases de hielo (agua sólida). Otra característica básica de las transiciones de fase es que ocurren cuando existe un conflicto entre fuerzas o factores dinámicos. En los dos ejemplos que hemos discutido, los factores dinámicos en conflicto son la energía interna y la entropía. La energía interna está dominada por la atracción entre las moléculas de agua; y en el caso del imán, por la atracción de los átomos de hierro; esas condiciones tienden a ordenar los componentes, mientras que la entropía, relacionada a la agitación térmica, tiende a desordenar el sistema. Por debajo de la temperatura crítica domina la energía interna y el sistema se ordena, mientras que por encima de esa temperatura domina la entropía y el sistema se desordena. En el punto crítico, en que el valor de la energía interna y la contribución energética de la entropía son iguales, basta una fluctuación infinitesimal de la agitación térmica para que se tengan cambios de fase microscópicos, como es el caso, en que las gotitas de agua se transforman en burbujas de vapor y viceversa. Vemos que en los valores críticos de los parámetros de control sin gasto energético, el sistema fluctúa a nivel microscópico entre diversos estados. La presencia de fluctuaciones de todos los tamaños y escalas es un aspecto fundamental de los sistemas en el punto crítico.
En los sistemas complejos pueden coexistir varios estados, teniéndose fluctuaciones de diversos tipos. En el caso del agua, si aumentamos monotónicamente la temperatura antes de llegar a los 100º C tendremos burbujas pequeñas de vapor (lo que podríamos llamar fluctuaciones anterógradas), y después de esa temperatura tendremos vapor con pequeñas burbujas de éste (lo que podríamos denominar fluctuaciones retrógradas). En el caso de los sistemas complejos, estas fluctuaciones anterógradas y retrógradas pueden ser de varios tipos.
Hemos tomado como modelo dos sistemas físicos, pero se puede tener un comportamiento similar en los sistemas biológicos y sociales. Un rasgo interesante de la fisicoquímica de la dinámica de los polímeros biológicos, tales como las proteínas y los ácidos nucleicos, es que, a temperatura ambiental y en solución acuosa, la contribución energética de la entropía casi cancela la de la energía interna, porque están en las condiciones características de una zona crítica (fluctuaciones con bajo costo energético) que permite flexibilidad y facilidad de asociación y disociación. Al constreñir el polímero en la superficie de una enzima, en procesos como la replicación, la reducción dimensional disminuye la contribución entrópica, y la energía interna de enlace se vuelve dominante, por lo que los procesos de apareamiento se vuelven más precisos. Es importante señalar que en este caso, al presentarse las restricciones espaciales ocurre una mejora de los aspectos funcionales, es decir, la sola disminución del polímero en la superficie, tiene como resultado que el proceso de apareamiento se dé con mayor facilidad.
Presentaremos a continuación otros ejemplos de transiciones de fase. Tomaremos como ejemplo los patrones de color en la piel de algunos animales. Se tienen modelos dinámicos discretos, es decir, con presentación periódica variable, y continuos, con presentación periódica continua, que modelan la dinámica de aparición de estos patrones de color. En ambos casos el mecanismo principal es el de una competencia, conflicto entre la estimulación de corto alcance y la inhibición de largo alcance. En el caso de los modelos continuos de reacción difusión este conflicto se da entre morfógenos estimuladores y morfógenos inhibidores; mientras que en los modelos discretos, el conflicto se presenta entre la estimulación debida a las interacciones de corto alcance entre las células y la inhibición asociada a los mecanismos de control de tamaño de la morfogénesis.
Otro ejemplo es el comportamiento colectivo de las hormigas. En este caso el conflicto se da entre el comportamiento azaroso o caótico de las hormigas cuando están aisladas y la sincronización que se presenta asociada a su interacción.
Ejemplos adicionales se tienen en la evolución de la ciencia, en particular de las llamadas revoluciones científicas y en el comportamiento de colectivos humanos. Ambos casos se discuten con cierta amplitud en otras secciones.
Hemos presentado las transiciones de fase en las que se muestra que un pequeño cambio del parámetro de control en la vecindad del punto crítico implica cambios grandes en el parámetro de orden. En la historia evolutiva de los organismos biológicos y de las organizaciones sociales se tienen periodos de cambio lento y otros de cambios muy rápidos en los que pueden darse transformaciones cualitativas importantes. Éstas recuerdan las transiciones de fase y se sugiere que cuando tienen lugar esas "revoluciones" biológicas o sociales se ha roto la dominancia y luego el equilibrio de factores en conflicto, lo que podría tener similitudes importantes con los cambios de fase en sistemas físicos. De ser esto cierto, esperaríamos que aspectos fenomenológicos de lo que sucede en sistemas físicos tuviesen su contrapartida en las revoluciones sociales.
Bordes de caos, algunos ejemplos
Los huesos. Podemos recordar que algo similar ocurre en los sistemas del cuerpo humano, aunque en este caso se trata de un sistema muy complejo; podemos ejercer presión cada vez con mayor intensidad en un hueso, llegado a un punto critico éste se fracturará (cambio de fase).
La piel. Al ejercer presión sobre la piel con un alfiler en un principio se sentirá sólo eso, pero puede llegar el momento en el que la sensación dé paso al dolor (cambio de fase).

 

Khun y las revoluciones científicas y sociales
Thomas Khun considera que los paradigmas corresponden a revoluciones científicas universalmente reconocidas, y que durante cierto tiempo proporcionan modelos de problemas y de soluciones a una comunidad científica. Algunos párrafos que tomamos de su libro(NOTA 4) muestran aspectos básicos de sus planteamientos:
Época preparadigmática: Las primeras etapas de desarrollo de la mayor parte de las ciencias se han caracterizado por una competencia continua entre una serie de concepciones distintas de la naturaleza, cada una de las cuales se derivaba parcialmente de la observación y del método científico; hasta cierto punto, todas eran compatibles con él. Lo que diferenciaba a esas escuelas no era uno u otro error de método –todos eran "científicos"– sino lo que se podría denominar sus modos inconmensurables de ver el mundo y de practicar las ciencias en él.
La ciencia normal consiste en la ampliación del conocimiento de aquellos hechos en que el paradigma se muestra como particularmente revelador, aumentando la extensión del acoplamiento entre esos hechos y las predicciones del paradigma.
El periodo anterior al paradigma suele estar marcado regularmente por debates frecuentes y profundos sobre métodos, problemas y normas de soluciones. Se producen poco antes de que aparezcan las revoluciones científicas.
Es sobre todo en los periodos de crisis reconocida cuando los científicos se dirigen hacia el análisis filosófico como instrumento para resolver los enigmas de su campo.
Al enfrentarse a anomalías o crisis, los científicos adoptan una actitud diferente hacia los paradigmas existentes y, en consecuencia, su actitud cambia. La proliferación de articulaciones en competencia, la disposición para ensayarlo todo, la expresión del descontento explícito, el recurso a la filosofía y el debate sobre los fundamentos son síntomas de una transición de la investigación normal a la investigación no ordinaria.
Revoluciones políticas y científicas. Las revoluciones políticas se inician por un sentimiento cada vez mayor, restringido frecuentemente a una fracción de la comunidad política, de que las instituciones existentes han cesado de satisfacer adecuadamente los problemas planteados por el medio ambiente que en parte han contribuido a crear.
De manera muy similar, las revoluciones científicas se inician con un sentimiento creciente, también a menudo restringido a una subdivisión de la comunidad científica, de que un paradigma existente ha dejado de funcionar adecuadamente en la exploración de un aspecto de la naturaleza hacia el cual había mostrado previamente el camino.
Las revoluciones políticas tienden a cambiar las instituciones políticas utilizando modos que esas mismas instituciones prohíben. Por consiguiente, su éxito exige el abandono parcial de una serie de instituciones en favor de otra y, mientras tanto, la sociedad no es gobernada completamente por ninguna institución. En números crecientes, los individuos se alejan cada vez más de la vida política y se comportan de manera cada vez más excéntrica en su interior. Luego, al hacerse más profunda la crisis, muchos de esos individuos se comprometen con alguna proposición concreta para la reconstrucción de la sociedad en una nueva estructura institucional.
En este punto, la sociedad se divide en campos o partidos enfrentados, uno de los cuales trata de defender el cuadro de las instituciones antiguas, mientras que los otros tratan de establecer otras nuevas. Y una vez que ha tenido lugar esta polarización, el recurso político fracasa. Debido a que tienen diferencias respecto a la matriz institucional dentro de la cual debe tener lugar y evaluarse el cambio político, puesto que no reconocen ninguna estructura suprainstitucional para dirimir sus discrepancias, las partes de un conflicto revolucionario deben recurrir a las técnicas de persuasión de las masas, incluyendo frecuentemente el uso de la fuerza.
El estudio histórico del cambio de paradigmas revela características muy similares en la evolución de las ciencias. Como en la elección entre las instituciones políticas que compiten entre sí, la elección entre paradigmas en competencia resulta una elección entre modos incompatibles de vida de la comunidad. Debido a que tiene ese carácter, la elección no está ni puede ser determinada por los procedimientos de evaluación característicos de la ciencia normal, pues estos dependen de un paradigma en particular, el cual está siendo sometido a discusión.
Pero los cambios de este tipo nunca son totales. Sea lo que fuere lo que pueda ver el científico, después de una revolución está mirando el mismo mundo. Además, aún cuando haya podido emplearlos antes de manera diferente, gran parte de su vocabulario e instrumentos de laboratorio serán todavía los mismos.
Aunque las crisis prolongadas probablemente se reflejan en prácticas menos rígidas de educación, la preparación científica no está bien diseñada para producir el ser humano que pueda descubrir con facilidad  un enfoque original. Pero en tanto haya alguien que se presente con un nuevo candidato a paradigma –habitualmente una persona joven o un novato en el campo– la perdida de la rigidez corresponderá sólo al individuo.
Los planteamientos de Khun sobre las revoluciones científicas, tienen muchos rasgos en común con los cambios de fase debidos a la amplificación de las fluctuaciones mencionadas anteriormente. Tanto en las revoluciones científicas como en las sociales se presentan “fluctuaciones retrógradas" en que aparecen estructuras y puntos de vista del pasado y “fluctuaciones anterógradas" en que transitoriamente aparecen estructuras y puntos de vista que luego desaparecen, pero que pueden ser dominantes en revoluciones futuras.

 


Cambio rápido y obsolescencia

Una característica del mundo actual es el cambio rápido en la mayor parte de sus aspectos y la rápida obsolescencia de la información. La concepción de los cambios válidos y su velocidad han cambiado a lo largo de la historia. En lo referente a Europa, citando a Wallerstein:(NOTA 5)


Antes de la Revolución Francesa, un aspecto fundamental era la normalidad de la estabilidad política. La soberanía residía en el gobernante y sus derechos, derivados de un conjunto de reglas respecto a la adquisición del poder, usualmente por herencia. El cambio político era excepcional, justificable sólo excepcionalmente, y cuando ocurría no se pensaba que sentase un precedente para cambios posteriores. Después de 1848, todos los tipos de cambio, incluyendo cambios políticos, se consideraron “normales”. Durante el periodo de 1769 a 1848 tuvo lugar una evolución de las posiciones conservadoras hacia lo que se podría considerar la posición conservadora dominante en los últimos 150 años: El cambio "normal“ debe ser tan lento como sea posible y debe ser promovido sólo cuando esté cuidadosamente justificado como necesario para prevenir una rotura mayor del orden social. El liberalismo fue la respuesta ideológica al conservacionismo. La distinción esencial entre liberalismo y socialismo no es sobre la deseabilidad y aún sobre la inevitabilidad del cambio (o progreso). Esta visión del cambio formaba su tronco común. La diferencia más que ideológica era política.
Los liberales creían que el curso del mejoramiento social era, debía ser, uniforme, basado en una valoración racional de los problemas existentes, realizada por especialistas y una labor continua consciente de los líderes políticos a la luz de tal valoración, con el fin de introducir reformas sociales inteligentes.
Los socialistas eran escépticos respecto a la posibilidad de que los reformistas pudieran llevar a cabo cambios significativos a través de inteligencia y buena voluntad, y casi sólo con el apoyo de ellos mismos. Los socialistas querían ir más rápido y argüían que sin una presión popular considerable el proceso no daría lugar a progreso. El progreso era inevitable sólo porque la presión popular era inevitable, y sin esta presión popular los especialistas se verían impotentes.
Estamos en un mundo en cambio rápido, quizás en lo que podríamos llamar en una "revolución permanente". Siguiendo con Wallerstein:
Hemos entrado en una nueva era en términos de mentalidades. Por un lado, tenemos una llamada apasionada por la democracia. Sin embargo, esta llamada no es del cumplimiento del liberalismo sino de su rechazo. Es la afirmación de que el sistema mundial actual no es democrático, ya que no se comparte por igual el bienestar económico debido a que el poder político no está igualmente distribuido. La desintegración social, y no un progreso sistemático, es lo normal en el momento actual, y cuando hay desintegración social la gente busca protección.
En el pasado la gente vio al Estado como fuente de cambio seguro, pero ahora se dirigen a solidaridades de grupo (de todo tipo de grupos) en busca de protección. Esto es un juego diferente, y no es seguro cómo se jugará este juego en los próximos cincuenta años, pues, por un lado, no sabemos cómo trabaja tal sistema y, por otro, las fluctuaciones de un sistema mundial en desintegración son muy grandes.
Navegaremos mal durante el periodo que se avecina si no somos conscientes de que ninguna de las ideologías, (agendas para la acción política) que han gobernado nuestras acciones durante los últimos doscientos años han sido completamente útiles. Sin embargo, no podemos desecharlas radicalmente pues nos serán muy provechosas en el futuro. Hay que tener en cuenta que el desorden que parece avecinarse no es necesariamente peor (o mejor) que el orden. Sin embargo, requiere un modo diferente de acción y reacción.(NOTA 6)
Frente al cambio rápido, frente a esta revolución permanente, se tiene el problema de la obsolescencia del conocimiento. En su libro Instrumental para o pensamento,(NOTA 7) Waddington propone lo siguiente:
Sería optimista pensar que alguien sepa realmente lidiar con esta situación, la solución será probablemente alguna mezcla de:
a. Enseñanza de principios generales que se volverán anticuados de un modo más lento,
b. Métodos de enseñanza para buscar rápidamente y en una zona amplia la información fáctica actualizada que colocará cama sobre estos huesos cuando sea necesario aplicar,
c. Métodos de enseñanza para clasificar la información en una jerarquía de categorías, de modo que los ítems relevantes a un contexto particular puedan ser filtrados rápidamente,
d. Inducir motivaciones para continuar la autoeducación después de haber terminado el periodo de educación formal. Sin embargo, queda por estudiar lo que sería exactamente esta mezcla y cómo se alcanzarían estos propósitos.
Por otro lado, frente a un mundo en crisis y con poca predictibilidad cabe mencionar el párrafo final del libro Caníbales y Reyes de Marvin Harris:(NOTA 8)
Puesto que los cambios evolutivos no son plenamente predecibles, es obvio que en el mundo cabe lo que llamamos libre voluntad. Cada decisión individual de aceptar, resistir o cambiar el orden actual altera la probabilidad de que se produzca un resultado evolutivo específico.
En tanto que el curso de la evolución cultural nunca está libre de la influencia sistemática, probablemente algunos momentos son más "abiertos" que otros. Considero que los momentos más abiertos son aquellos en los que un modo de producción alcanza sus límites de crecimiento y pronto debe adoptarse un nuevo modo de producción.
Estamos avanzando rápidamente hacia uno de esos momentos de apertura. Cuando lo hayamos atravesado, y sólo entonces, al mirar hacia atrás, sabremos por qué los seres humanos eligieron una opción y no otra.
Entretanto, la gente que tiene un profundo compromiso personal con una determinada visión del futuro está plenamente justificada en la lucha por sus objetivos, aunque hoy los resultados parezcan remotos e improbables.

En la vida, como en cualquier partida cuyo resultado depende tanto de la suerte como de la habilidad, la respuesta racional en caso de desventaja consiste en luchar con más vehemencia.

 

Comunidades de práctica

Las comunidades de práctica son redes informales que coexisten con la estructura formal de las organizaciones y sirven para propósitos tales como: resolver conflictos entre las metas de la institución a la que pertenecen, resolver problemas de modo más eficiente y ayudar a alcanzar los objetivos de sus miembros.
A pesar de la falta de reconocimiento oficial, estas redes informales pueden dar lugar a modos efectivos de aprendizaje, proporcionando un sentido de pertenencia y, con los incentivos adecuados, aumentar la productividad de la organización formal.
Desde un punto de vista social, cuando estas redes informales aparecen, generan sus propias normas, patrones de interacción, constituyendo lo que se ha denominado recientemente comunidades de práctica.
Uno quisiera encontrar los mecanismos generales comunes a estas comunidades de práctica y cómo dependen de variables como el tamaño y la diversidad de la organización, la capacidad de sus miembros para comunicarse entre sí, la naturaleza de los problemas que atacan, los incentivos que hacen que la gente se una a estas comunidades y la estructura y costo de sus medios de comunicación.
El número de individuos con los cuales cualquier miembro de la comunidad puede comunicarse dará lugar a diversos patrones de interacción, desde una estructura uniforme en la que cada miembro se comunica con todos los demás, hasta una estructura en cúmulos en la que un individuo dado colabora con un número pequeño de otros miembros.
Uno quisiera también saber cómo evolucionan estas comunidades y de qué modo las estructuras resultantes dependen del tamaño del grupo y de la diversidad de las habilidades presentes. Se debe tomar en cuenta explícitamente que el éxito de un individuo que trata de resolver un problema puede a menudo facilitarse mediante el intercambio de información con otros miembros de la comunidad y, que esta información, en general no es perfecta e incluso puede ser no adecuada para la tarea.
Los individuos tienen que aprender a identificar a aquellos miembros de la comunidad con los que la interacción será más fructífera, y con frecuencia esto resulta en un patrón de interacción en que la escala de interacción crece con la percepción de la utilidad mutua. Este patrón casi nunca es estático, porque aunque el problema no cambie, los individuos que hacen contribuciones importantes pueden variar con el tiempo.
Se pueden formular modelos matemáticos que tomen en cuenta la diversidad y el tamaño del grupo, la estructura de la red cuando el número de individuos cambia con el tiempo y la estabilidad frente a fluctuaciones. Se puede introducir un mecanismo de aprendizaje explícito que dé lugar a cambios locales en la estructura, mostrándose que estos cambios locales dan lugar a un mayor rendimiento de la comunidad como un todo.

Puentes, interfases inteligentes y objetos fronterizos
Guston(NOTA 9) ha analizado y discutido lo que denomina objetos y organizaciones fronterizas que se sitúan entre mundos sociales diferentes, tales como la ciencia y la no-ciencia, y que pueden ser utilizados por diversos individuos para propósitos específicos distintos, sin perder su identidad.
Las organizaciones de frontera pueden servir de puente entre la ciencia y la política, mediando entre los científicos y sus organizaciones, por un lado, y los organismos que financian la ciencia, por otro, facilitando la interacción de los actores que se encuentran en un lado y en otro de la frontera.
Estas organizaciones se basan en la idea de que la frontera entre la ciencia y las políticas científicas se construye socialmente, y que lo que es ciencia y lo que es política científica se determina a través del trabajo en la frontera: La contestación y la negociación delimitan la frontera (y sus instituciones asociadas) y definen lo que está de cada lado.
Otro papel de la contestación y la negociación útil también, es propiciar interacciones entre niveles de organización, relacionando así ciencia y política científica entre diferentes niveles.
Las organizaciones y objetos fronterizos forman parte de lo que podríamos llamar puentes e interfases inteligentes, lo que incluye, en muchos casos, los modelos teóricos y matemáticos que pueden servir de puentes conceptuales.

Enfermedades complejas y una anécdota
Las enfermedades cardiacas, el cáncer, la diabetes y las afecciones psiquiátricas son padecimientos comunes y constituyen difíciles problemas de salud. Todas son enfermedades "complejas" o "multifactoriales", no están relacionadas o condicionadas al influjo de un solo gene o a un solo factor ambiental, sino que se originan con la acción combinada de muchos genes, factores ambientales y conductas de riesgo.
Uno de los grandes retos que enfrenta la investigación biomédica es tratar de descubrir, y ver cómo interaccionan estos factores, de modo que se puedan realizar estrategias efectivas para el diagnostico, la prevención y el tratamiento de dichas enfermedades.
Sin duda, los genes contribuyen en la generación de estas enfermedades complejas, sin embargo, puesto que el efecto en su génesis es tan pequeño, la identificación de su papel en el riesgo de producir la enfermedad se hace muy complicado, y probablemente puede haber un factor adicional que condicione un efecto de mayor magnitud, que, a la vez, sea modificado por otros genes o por factores ambientales.
Nos hemos referido a enfermedades tan comunes como la diabetes, diversos tipos de cáncer, enfermedades psiquiátricas como la esquizofrenia y enfermedades inmunológicas como el lupus; sin embargo, aún no queda claro que podamos clasificarlas como” enfermedades complejas”, pero si las denominamos así, también puede incluir en esta supuesta clasificación de complejidad a enfermedades degenerativas, tales como los trastornos vasculares coronarios y cerebrales.
Para dichas enfermedades “complejas”, una posible estrategia para poder conocerlas mejor y combatirlas más eficientemente sería buscar "el punto débil", es decir, buscar al “culpable,” el “parámetro de orden” cuyo control permita vencer a la enfermedad.
Esto se puede hacer a partir de una prevención efectiva o incidiendo en algún "cuello de botella" que esté presente, independientemente del peso de los diversos factores patogénicos.
Como ejemplo, cabe mencionar la prevención de la diabetes tipo 2, el cáncer de colon y los accidentes vasculares coronarios o cerebrales. Existen estudios que muestran que se pueden evitar hasta en 80 % estas enfermedades con seguir únicamente medidas como realizar ejercicio físico, no fumar, controlar el peso, seguir una dieta equilibrada e ingerir ácido fólico; también se ha mencionado como coadyuvante del control de los cuerpos cetónicos. Tal como puede observarse, estas medidas supuestamente indirectas parecen tener verdadera importancia y sus efectos benéficos están a la vista (Véase Figura 1).
Figura 1. Porcentajes en la gráfica de cáncer de colon, infarto, enfermedad coronaria, diabetes tipo 2 que son potencialmente prevenibles por modificación del estilo de vida. (NOTA 10)

Para cáncer de colon, la definición de bajo riesgo incluye un índice de cuerpo-masa menor a 25kg/m2, ejercicio físico equivalente a más de treinta minutos de caminata al día con paso acelerado, ingesta de ácido fólico de 100 mg, beber menos de tres vasos de bebidas alcohólicas al día, no fumar nunca y no comer carne roja más de tres veces a la semana. Para el caso de infarto cardiaco y problemas coronarios, la definición de bajo riesgo incluye no fumar, seguir una dieta adecuada (incorporando una baja ingesta de grasas saturadas) que incluyen grasas poli-insaturadas, ácidos grasos n-3, fibras y ácido fólico, un índice de masa menor de 25kg/m2 y actividad física mayor a 30 minutos de caminata por día a paso rápido y un consumo moderado de alcohol.
Para diabetes, la definición de bajo riesgo es similar a la de padecimiento coronario, excepto que la dieta no incluya ácido fólico o ácidos grasos n-3.

Comentarios finales

El sistema de salud mundial, y en nuestro caso, el nacional, se han vuelto económicamente muy onerosos, lo que contrasta con la problemática de la pobreza de las mayorías, a lo cual hay que sumar también el aumento de la esperanza de vida. esto casi nos hace sentir impotentes ante las enfermedades degenerativas.
Es importante destacar que, como se ha mencionado anteriormente, en muchos casos el factor principal condicionante de la problemática es de tipo humano, siendo posible la prevención potencial en 80% de algunas enfermedades degenerativas, tales como el carcinoma cervico-uterino, cuya frecuencia disminuye drásticamente si se controla la infección del virus del papiloma humano.
En países como Dinamarca y Cuba se ha controlado casi totalmente este tipo de cáncer, mientras que en México sigue siendo un problema de primera magnitud.
Lo anterior está relacionado con los fenómenos críticos; es importante tomar en cuenta los conceptos de parámetro de orden (buscar al “culpable”) y de control (“meterlo en cintura”). Con frecuencia se conoce al culpable (por ejemplo, la falta de hábitos higiénicos y medidas que sirvan de prevención), pero no se conocen, hasta el momento, parámetros de control útiles, o bien, se ha fracasado al tratar de modificar los parámetros de control que se tienen y que no han mostrado utilidad.
Lo anterior suele acontecer con las "campañas de salud' en radio y televisión, con las que no se tiene éxito a pesar de invertir recursos financieros considerables; y esto se debe, en gran parte, a la desconfianza del público o a “prescripciones morales” o a la falta de conocimiento de los encargados de la publicidad, lo que redunda en sugerencias poco prácticas o realistas. Quizá lo que se necesita son “ puentes e interfases inteligentes” entre el sistema de salud y los usuarios potenciales.
Con relación a esto, recuerdo un ejemplo anecdótico interesante de mis tiempos de estudiante de medicina, cuando con otros compañeros realizábamos el servicio social en un pueblo de Iztapalapa. Teníamos un buen entrenamiento y  la posibilidad de regalar las medicinas, pero llegaba muy poca gente, pues prefería acudir a un médico privado que iba dos tardes por semana. En esto uno de los compañeros tuvo una idea brillante, hablar con el párroco. Le presentamos el problema y nos dijo que no nos preocupáramos y que el domingo, desde el púlpito, aconsejaría a los feligreses. ¡Mano de santo! A partir del lunes siguiente llegaron en tropel. En este caso el párroco sirvió de “interfase inteligente”, generando confianza y soporte en ambos lados.
Aunque esto fue un incidente aislado, y hay que tener en cuenta que el utilizar la iglesia como interfase inteligente puede implicar consecuencias negativas, cabe preguntarse cuáles serían las interfases inteligentes en las campañas de salud.
Las campañas deberían contar con la confianza tanto del sistema de salud como del público, y los mensajes transmitidos debieran de ser realistas, lo que no sele pasar con los transmitidos por medios de comunicación masiva, como el radio y la televisión. Habrá que buscar interfases locales que puedan ser útiles, es decir, que jueguen el papel que llevó el sacerdote en nuestro caso, de tal manera que estas interfases puedan ser útiles en la solución de otros problemas de salud.
Aunque en las grandes ciudades la problemática se complica, pues con frecuencia predominan el egoísmo, la desconfianza e inclusive la delincuencia, una táctica posible es la búsqueda de soluciones locales.
Además, no podemos olvidar otro problema importante que está relacionado con la interacción entre el sistema de salud y las fuentes de financiamiento, tema que se abordó ya en el capítulo relacionado con economía y finanzas.
Como comentábamos anteriormente, las organizaciones de frontera y las interfases inteligentes, pueden ser de gran utilidad. Sin embargo, esto no debe implicar el crear nuevas estructuras burocráticas. Para evitar esto, ahora podemos tomar en cuenta una de las lecciones de “las redes de mundo pequeño”; fenómeno que implica, entre otras cosas, que en el planeta en que vivimos, habitado más o menos por seis mil millones de personas, prácticamente todos estamos conectados en una apretada red, y al cual también se le ha llamado “seis grados de separación”.
Según esta teoría, Marconi conectó al mundo con un sistema de comunicaciones, y sólo se requieren en promedio 5.8 estaciones para ligar a cualquier persona con otra. Asimismo, Duncan Watts (NOTA 11) aporta posibles soluciones a problemas de ciencias sociales, de políticas públicas y de economía (sobre oferta y demanda de productos) y otras muchas aplicaciones en sistemas de redes.
El estudio de este mundo pequeño nos indica que lo prudente es buscar la cohesión local y el mínimo de pasos intermedios con otros niveles o estructuras equivalentes del mismo nivel. Nos enfrentamos a factores contradictorios, y en esto el modelado con las herramientas de los sistemas complejos puede ayudar a diseñar estrategias óptimas que sean además flexibles.
Un tópico adicional, es el referente a las organizaciones informales, asociadas a las comunidades de práctica. Estas estructuras informales pueden implicar relaciones adicionales entre niveles jerárquicos o instituciones del mismo nivel. Un caso con implicaciones potenciales positivas es el de las relaciones de familia, de amistad o los hábitos y creencias comunes, que muchas veces implican puentes más efectivos que las relaciones formales. Como en otros casos de comunidades de práctica, éstas pueden implicar aspectos negativos, tales como las mafias, pero el tener en cuenta las relaciones humanas, más allá de las reglas formales, puede ser un punto de partida para la solución de muchos problemas.
Debe agregarse que, además de buscar soluciones y planteamientos generales en gran escala, es necesario poner en práctica organizaciones experimentales en pequeña escala que permitan recopilar información necesaria en la búsqueda de soluciones generales.
Un análisis del primer nivel de atención médica del sistema de salud y el diseño de proyectos experimentales dentro de él serían algunos de los puntos de partida.  Parte de la problemática de este nivel de atención es la carga de trabajo de los médicos y las enfermeras, los largos tiempos de espera y el trato despótico que, a veces, reciben los pacientes y sus acompañantes.
En ocasiones también acontecen relaciones conflictivas dentro del personal médico y el equipo de salud; surgen entonces algunas preguntas y propuestas: ¿podría disminuirse la carga de trabajo de los médicos y las enfermeras, al utilizarse los tiempos de espera para incrementar el conocimiento médico que poseen los pacientes y sus acompañantes? Tal vez los tiempos de espera podrían ser empleados para la educación médica de los pacientes y sus acompañantes mediante exposiciones y videos relacionados con medidas preventivas y aspectos de automedicación.
Una meta sería que estas actividades sirvieran de catalizador para que, en el ámbito local, en los barrios y en las colonias, se realizasen actividades similares. Esto podría constituir lo que denominaríamos nivel cero.



(NOTA 1) Del libro: Las ciencias de la complejidad y la innovación médica, Coordinadores: Enrique Ruelas y Ricardo Mansilla, México, Centro de Investigaciones Interdisciplinarias en Ciencias y Humanidades, Universidad Nacional Autónoma de México, Secretaria de Salud, Plaza y Valdés, S.A. de C.V., 2005
(al texto)
(NOTA 2) Médico cirujano de la Facultad de Medicina y físico egresado de la Facultad de Ciencias de la UNAM, Doctor en Física de la Universidad de Princeton, actualmente investigador del  Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México
(al texto)
(NOTA 3) Véase por ejemplo: E. Stanley (1987) “Introduction to Phase Transitions and Critical Phenomena”. International Series of Monograph in Physics.
(al texto)
(NOTA 4) T. Khun (1987). La estructura de las revoluciones científicas. México: Fondo de Cultura Económica.
(al texto)
(NOTA 5) I. Wallerstein (1995) After Liberalism. New York, The New Press, 94-96. Traducción del autor.
(al texto)
(NOTA 6) I. Wallerstein (1995). op. cit. 106-107.
(al texto)
(NOTA 7) Conrad Hal Waddington (1979) Instrumental para o pensamento. Editorial de la Universidad de Sao Paulo, 35. Traducción del autor.
(al texto)
(NOTA 8) M. Harris (1986). Caníbales y Reyes: El origen de las culturas.  Barcelona: Salvat, 247.
(al texto)
(NOTA 9) D. H. Guston (2000). Between Politics and Science: Assuring the Integrity and Productivity of Research. New York: Cambridge University Press.
(al texto)
(NOTA 10) “The Puzzle of Complex Diseases”, Science, 296: 686-703, 2002
(al texto)
(NOTA 11) D. Watts (1971) Small Worlds. Princeton: Princeton University Press.
(al texto)

Fecha de publicación abril 2007