Weekly Journal Club

Cognitive Robotics Lab

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2021

Resumen:

En los últimos años se han desarrollado técnicas novedosas para diagnosticar enfermedades basadas en el proceso de evaporación y sedimentación de una gota sésil, es decir, colocada sobre una superficie. El desarrollo de más aplicaciones está limitado por la falta de información experimental sobre este proceso debido a su complejidad intrínseca. Para observar cuantitativamente la evaporación de la gota es necesario un sistema de adquisición capaz de grabar imágenes en las tres dimensiones espaciales y el tiempo con una frecuencia adecuada. Actualmente existen pocos sistemas capaces de resolver este problema adecuadamente. Nuestro laboratorio cuenta con un microscopio al cual se le adaptó un dispositivo piezoeléctrico que permite controlar a diferentes frecuencias la altura del plano focal. El piezoeléctrico tiene un tiempo de respuesta corto, lo que permite que los cambios de altura del plano focal sean lo suficientemente rápidos para observar el volumen total de la gota en un periodo de tiempo significativamente corto. Al reconstruir la información, obtenemos fotos volumétricas de la gota a distintos tiempos durante el proceso de evaporación. Además del equipo de adquisición, para observar el flujo interno de una gota se utilizan miles de partículas fluorescentes que son rastreadas para inferir el movimiento interno del fluido y medir las variables experimentales de interés. El análisis de imágenes y numérico comienza con el rastreo de la trayectoria individual de cada partícula y para reconstruir las trayectorias se requieren algoritmos eficientes y precisos que reduzcan la gran cantidad de información contenida en las imágenes a su mínima expresión. Con las trayectorias reconstruidas es posible visualizar y medir las variables experimentales de interés. Los resultados muestran que el proceso de evaporación tiene una simetría angular. La distribución de la masa no es uniforme sobre la superficie donde se deposita la gota, lo que da lugar a la formación del llamado anillo de café. La simetría del proceso apunta a que el campo de velocidades también es simétrico. La comparación de estos resultados con la teoría podría indicarnos una dirección para controlar el flujo interno del fluido y pensar en aplicaciones que involucren el proceso de evaporación y no únicamente el análisis del patrón de las impurezas del líquido bajo observación.

Resumen:

La ciencia cognitiva parece haber llegado en la actualidad a dos consensos los cuales presentan, curiosamente, cierta tensión entre sí. Por un lado, desde la neurociencia cognitiva, se plantea que la cognición humana debe ser entendida en términos de complejos mecanismos neurocomputacionales y neurorepresentacionales multinivel (Piccinini, 2020; Boone & Piccinini, 2015; Bechtel, 2008); y, al mismo tiempo, desde lo que se conoce como cognición corporizada, situada, extendida y enactiva (o cognición 4E, por sus siglas en inglés), se ha propuesto que para dar cuenta de la cognición humana se requiere tomar en cuenta los detalles morfológicos, biológicos y fisiológicos del cuerpo de los agentes, además de la forma en la cual estos interactúan de manera activa y corporizada con su entorno (físico, social y tecnológico). Lo anterior ha ocasionado que quienes abogan por la perspectiva 4E se opongan —en diferentes medidas— a una concepción mecanicista neurocomputacional y neurorepresentacional de la cognición humana (Newen, De Bruin, & Gallagher, 2018). En un intento de integrar los avances provenientes de la neurociencia cognitiva con los de la cognición 4E, Andy Clark ha elaborado —basado en la teoría del procesamiento predictivo (PP) (e.g., Wiese & Metzinger, 2017) — un modelo de la cognición corporizada, extendida, enactiva y predictiva (o EEE-P, por sus siglas en inglés). En dicho modelo el cerebro humano es visto, esencialmente, como una máquina de predicciones probabilísticas multinivel, cuya principal función es anticipar el constante flujo de información sensorial proveniente del mundo. Pero a diferencia de otros modelos neurocéntricos basados en el PP, en el modelo de la cognición EEE-P se hace énfasis en que para poder contar con una visión completa de la cognición humana se requiere explorar la forma en la cual el cerebro predictivo está corporizado en un cuerpo viviente, el cual a su vez está situado en un rico nicho sociocultural (Clark, 2017, 2016a, 2016b, 2015a, 2015b, 2013; Constant, et al., 2020).

Resumen:

(...) Existen muchos modelos de distribución de la riqueza o dinero. El modelo presentado es un modelo estocástico basado en agentes. El modelo ha mostrado que a partir de condiciones iniciales justas en un sistema de N agentes, se llegan a esquemas de oligarquía absoluta, ejemplo de esto es el yard sale model (Boghosian, B. M. (2019). Is inequality inevitable. Sci. Am, 321, 70-77.), donde la distribución fluye inexpugnablemente a un solo agente. En este contexto, se muestra que la distribución sigue una ley de potencia e inevitablemente se llega a un esquema de desigualdad en la económica. Bajo este esquema, reproducimos las curvas de Lorenz (distribución de riqueza) con un modelo sencillo que incorpora agentes con estrategias dinámicas de memoria basadas en las interacciones de cada transacción como función de la ganancia o pérdida. Particularmente me es deseable entender el problema de transacciones como una red de flujo de riqueza con el propósito de caracterizar las estrategias de cooperación-competencia en la red de transacciones.


*Artículo de referencia

Li, J., Boghosian, B. M., & Li, C. (2019). The Affine Wealth Model: An agent-based model of asset exchange that allows for negative-wealth agents and its empirical validation. Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 516, 423-442.

Resumen:

Existe una dificultad inherente para obtener información de los procesos mentales que subyacen a la implementación de acciones para resolver tareas complejas. Tal es el caso de las representaciones mentales que guían la ejecución instrumental de la música. A lo largo del tiempo, a través de diferentes tipos de investigaciones se han ofrecido diferentes definiciones de dichas representaciones o imágenes mentales. El objetivo de este trabajo es, por medio de entrevistas de elicitación, obtener información acerca de cómo los músicos expertos implementan representaciones o imágenes mentales en su práctica instrumental y, con base en las diferentes definiciones que se encuentran en la literatura especializada, proponer un modelo descriptivo de estos procesos cognitivos.

Resumen :

Escherichia coli enteropatógena (EPEC) es un patógeno causante de diarrea principalmente en niños. EPEC pertenece a la familia A/E (Attaching/Effacing), cuya principal característica es la adherencia íntima a los enterocitos, la eliminación de las microvellosidades y la formación de una estructura tipo pedestal rica en actina. Los genes involucrados en este fenotipo están codificados dentro de la isla de patogenicidad LEE (Locus of enterocyte effacement, por sus siglas en inglés). El regulador global H-NS reprime la expresión del LEE mientras que Ler, un regulador codificado en el LEE, antagoniza a H-NS. GrlA y GrlR son reguladores también codificados en esta isla de patogenicidad. GrlA es un activador transcripcional que se une a la secuencia espaciadora localizada entre las cajas -35 y -10 del promotor de ler, que contiene un motivo ATGT esencial para la activación mediada por este regulador. GrlR es un homodímero que interactúa con un monómero de GrlA, evitando que éste active a ler y, en consecuencia, reprime la expresión del LEE. Por su parte, PerC, un regulador transcripcional codificado en el plásmido EAF, activa a ler de manera independiente a través de un mecanismo aún no definido. Un análisis preliminar del transcriptoma de GrlA, sugirió que el gen E2348C_1013 (E1013) es regulado por GrlA. Este gen está anotado como una proteína hipotética, pero su región promotora comparte una alta identidad con el promotor de ler, incluyendo la presencia del motivo ATGT en la región espaciadora. Utilizando fusiones transcripcionales se demostró la región mínima reguladora, la importancia de la A en la región “ATGT” en el promotor de E1013, que la región no traducida ejerce un efecto negativo en su expresión, y el efecto nulo de PerC sobre E1013. Asimismo, E1013 es sensible a las condiciones de cultivo y se expresa cuando se cultiva en presencia de glicerol en medios mínimos. Adicionalmente, el promotor conservado de ler y E1013 también lo está en otros genes, aunque el resto suele tener una secuencia denominada NRIR.

Resumen :

La cooperación tiene sus costos, pero también sus beneficios. Se comparó la ejecución individual de una tarea de rastreo visual Multiple Object Tracking (MOT) contra el rendimiento de díadas asignadas de manera aleatoria, respondiendo a la misma tarea en 2 niveles de dificultad con 4 y 6 objetivos a rastrear. El propósito del estudio fue distinguir si la mejora con respecto de la ejecución individual puede atribuirse a la interacción entre los participantes y no a las características o habilidades individuales de los mismos; es decir al beneficio colectivo. A través de una codificación conductual de díadas se obtuvo evidencia de que su rendimiento es producto de la interacción entre sus miembros y se establece como una forma válida de evaluación de la cooperación.

Resumen :

En esta charla se hablará, mediante una experiencia personal, cómo ha evolucionado la tarea de codificar, compilar y ejecutar un programa. Se mostrarán algunos mecanismos para ingresar programas a un equipo, así como diferentes medios de almacenamiento de los mismos. Así mismo, se describirán algunas características históricas de los elementos computacionales más importantes (RAM, disco duro, etc).

Se presentará el artículo de:

Hoffmann, M., Wang, S., Outrata, V., Alzueta, E., & Lanillos, P. (2021). Robot in the mirror: toward an embodied computational model of mirror self-recognition. KI-Künstliche Intelligenz, 35(1), 37-51.

Abstract:

Self-recognition or self-awareness is a capacity attributed typically only to humans and few other species. The definitions of these concepts vary and little is known about the mechanisms behind them. However, there is a Turing test-like benchmark: the mirror self-recognition, which consists in covertly putting a mark on the face of the tested subject, placing her in front of a mirror, and observing the reactions. In this work, first, we provide a mechanistic decomposition, or process model, of what components are required to pass this test. Based on these, we provide suggestions for empirical research. In particular, in our view, the way the infants or animals reach for the mark should be studied in detail. Second, we develop a model to enable the humanoid robot Nao to pass the test. The core of our technical contribution is learning the appearance representation and visual novelty detection by means of learning the generative model of the face with deep auto-encoders and exploiting the prediction error. The mark is identified as a salient region on the face and reaching action is triggered, relying on a previously learned mapping to arm joint angles. The architecture is tested on two robots with completely different face.

Se presentará el artículo de:

Klucharev, V., Hytönen, K., Rijpkema, M., Smidts, A., & Fernández, G. (2009). Reinforcement learning signal predicts social conformity. Neuron, 61(1), 140-151.

Abstract:

We often change our decisions and judgments to conform with normative group behavior. However, the neural mechanisms of social conformity remain unclear. Here we show, using functional magnetic resonance imaging, that conformity is based on mechanisms that comply with principles of reinforcement learning. We found that individual judgments of facial attractiveness are adjusted in line with group opinion. Conflict with group opinion triggered a neuronal response in the rostral cingulate zone and the ventral striatum similar to the "prediction error" signal suggested by neuroscientific models of reinforcement learning.

Resumen:

La propiocepción, de manera general, se puede definir como la modalidad sensorial que informa sobre la posición, fuerza, y la velocidad relativa de las partes del cuerpo en el espacio. ‘Propiocepción’, proviene de la palabra en Latín ‘proprius’ que significa ‘lo propio’ y del verbo ‘capere’, que se traduce como ‘capturar’. Por lo tanto, la propiocepción, ‘capturar lo propio’, es una parte constitutiva de la percepción debido a que siempre va acompañada de sensaciones provenientes de nuestro cuerpo e involucra la co-percepción de un yo. En esta charla, se hablará sobre qué es y qué implica la propiocepción, los distintos receptores sensoriales más relevantes, las vías de procesamiento aferentes, eferentes y re-aferentes, así como de la organización somatotópica de la médula espinal y la corteza somatosensorial primaria. La propiocepción es una modalidad sensorial compleja que requiere de la integración de distintas señales necesarias para las interacciones corporales con el entorno.

Se presentará el artículo de:

Tomasello, R., Wennekers, T., Garagnani, M., & Pulvermüller, F. (2019). Visual cortex recruitment during language processing in blind individuals is explained by Hebbian learning. Scientific reports, 9(1), 1-16.


Abstract:

In blind people, the visual cortex takes on higher cognitive functions, including language. Why this functional reorganisation mechanistically emerges at the neuronal circuit level is still unclear. Here, we use a biologically constrained network model implementing features of anatomical structure, neurophysiological function and connectivity of fronto-temporal-occipital areas to simulate word-meaning acquisition in visually deprived and undeprived brains. We observed that, only under visual deprivation, distributed word-related neural circuits ‘grew into’ the deprived visual areas, which therefore adopted a linguistic-semantic role. Three factors are crucial for explaining this deprivation-related growth: changes in the network’s activity balance brought about by the absence of uncorrelated sensory input, the connectivity structure of the network, and Hebbian correlation learning. In addition, the blind model revealed long-lasting spiking neural activity compared to the sighted model during word recognition, which is a neural correlate of enhanced verbal working memory. The present neurocomputational model offers a neurobiological account for neural changes following sensory deprivation, thus closing the gap between cellular-level mechanisms, system-level linguistic and semantic function.

Se presentará el artículo de:

Thumser, Z. C., Slifkin, A. B., Beckler, D. T., & Marasco, P. D. (2018). Fitts’ law in the control of isometric grip force with naturalistic targets. Frontiers in psychology, 9, 560.


Abstract:

Fitts’ law models the relationship between amplitude, precision, and speed of rapid movements. It is widely used to quantify performance in pointing tasks, study human-computer interaction, and generally to understand perceptual-motor information processes, including research to model performance in isometric force production tasks. Applying Fitts’ law to an isometric grip force task would allow for quantifying grasp

performance in rehabilitative medicine and may aid research on prosthetic control and design. We examined whether Fitts’ law would hold when participants attempted to accurately produce their intended force output while grasping a manipulandum when presented with images of various everyday objects (we termed this the implicit task). Although our main interest was the implicit task, to benchmark it and establish validity, we examined performance against a more standard visual feedback condition via a digital force-feedback meter on a video monitor (explicit task). Next, we progressed from visual force feedback with force meter targets to the same targets without visual force feedback (operating largely on feedforward control with tactile feedback). This provided an opportunity to see if Fitts’ law would hold without vision, and allowed us to progress toward the more naturalistic implicit task (which does not include visual feedback). Finally, we changed the nature of the targets from requiring explicit force values presented as arrows on a force-feedback meter (explicit targets) to the more naturalistic and intuitive target forces implied by images of objects (implicit targets). With visual force feedback the relation between task difficulty and the time to produce the target grip force was predicted by Fitts’ law (average r2 = 0.82). Without vision, average grip force scaled accurately although force variability was insensitive to the target presented. In contrast, images of everyday objects generated more reliable grip forces without the visualized force meter. In sum, population means were well-described by Fitts’ law for explicit targets with vision (r2 = 0.96) and implicit targets (r2 = 0.89), but not as well-described for explicit targets without vision (r2 = 0.54). Implicit targets should provide a realistic see-object-squeeze-object test using Fitts’ law to quantify the relative speed-accuracy relationship of any given grasper.

Se presentará el artículo de:

Simione, L., & Nolfi, S. (2021). Long-Term Progress and Behavior Complexification in Competitive Coevolution. Artificial Life, 26(4), 409-430.


Abstract:

The possibility of using competitive evolutionary algorithms to generate long-term progress is normally prevented by the convergence on limit cycle dynamics in which the evolving agents keep progressing against their current competitors by periodically rediscovering solutions adopted previously. This leads to local but not to global progress (i.e., progress against all possible competitors). We propose a new competitive algorithm that produces long-term global progress by identifying and filtering out opportunistic variations, that is, variations leading to progress against current competitors and retrogression against other competitors. The efficacy of the method is validated on the coevolution of predator and prey robots, a classic problem that has been used in related researches. The accumulation of global progress over many generations leads to effective solutions that involve the production of articulated behaviors. The complexity of the behavior displayed by the evolving robots increases across generations, although progress in performance is not always accompanied by behavior complexification.

Resumen:

El toki pona es una lengua construida, elaborada con fines lúdicos y filosóficos por la estudiante de lingüística Sonja Lang, entre 2001 y 2014 con la ayuda de una comunidad de personas entusiastas. Inspirada por las lenguas pidgin y por una filosofía minimalista, el toki pona limita su vocabulario a 120 palabras diseñadas para describir una vida enfocada al presente y a las necesidades humanas más concretas. A pesar de ello, existen comunidades online que van de cientos a miles de usuarios que se comunican de manera exitosa sobre todo tipo de temas gracias a un uso creativo del lenguaje, que por diseño es polisémico y se presta a metáforas y usos poéticos. Un segundo caso de minimalismo léxico puede encontrarse en el inglés mínimo, que es un subconjunto propio del inglés con un vocabulario de aproximadamente 300 palabras y una gramática fuertemente simplificada. El inglés mínimo y sus contrapartes en otras lenguas, se desarrollaron en las últimas dos décadas a partir del trabajo de Anna Wierzbicka en metalenguaje semántico natural, basado en la conjetura de que existen primitivos semánticos: átomos conceptuales que no se pueden explicar en otros términos y a partir de los cuales se definen otros conceptos. A diferencia del toki pona, el inglés mínimo busca evitar la ambigüedad y depender de la pragmática lo menos posible, ya que algunos de los usos propuestos incluyen la colaboración científica y la mediación de conflictos internacionales. El objetivo de esta plática es reflexionar sobre estos dos casos desde la filosofía y la lingüística con un interés en comenzar a explorar las posibilidades que ofrece el minimalismo léxico para la investigación y la experimentación comunitaria.

Resumen:

La inflamación es clave para la protección del organismo ante patógenos y agentes dañinos. Moléculas como la IL-1B y la IL-6 son mediadores en el establecimiento del ambiente inflamatorio, cuya participación ocurre durante el ciclo reproductivo y la gestación. No obstante, la respuesta inflamatoria requiere de un proceso de regulación en favor de un adecuado funcionamiento de células y tejidos pertenecientes al aparato reproductor, tanto en condiciones fisiológicas como en presencia de potenciales patógenos. Esta charla abordará la relación que existe entre moléculas reguladoras y la respuesta inflamatoria durante el ciclo estral y el embarazo.

Resumen:

La música siempre ha tenido una repercusión cultural e histórica en el contexto de la humanidad, particularmente desde el surgimiento de la música clásica y toda su variedad de corrientes el ser humano ha encontrado una fuerte atracción por la composición y la armonía que muchas de estas obras presentan. La complejidad y destreza con la que estas obras han sido creadas las han convertido en tesoros invaluables de la cultura así como sus compositores se han consagrado como genios irrepetibles a lo largo de la historia. ¿Que hace tan particular a estás obras y a sus compositores? La respuesta puede ser dada al estudiar la música bajo una perspectiva diferente, en este sentido la matemática moderna es una herramienta poderosa que nos permite modelar y desentrañar propiedades únicas en las composiciónes a través de dotarlas de estructuras álgebraicas como lo es la noción de grupo. El objetivo es dar de manera intuitiva una introducción a los conceptos e ideas que dan paso a un estudió teórico de la música.

Se presentará el artículo de:

Pinquart, M., Endres, D., Teige-Mocigemba, S., Panitz, C., & Schütz, A. C. (2021). Why expectations do or do not change after expectation violation: A comparison of seven models. Consciousness and Cognition, 89, 103086.


Abstract:

Individuals are often confronted with events that violate their expectations, but disconfirming evidence does not always lead to expectation change. We review seven theoretical models on how individuals cope with disconfirming expectations: associative learning theories, the ViolEx Model, the model of coping with expectation disconfirmation (Roese & Sherman, 2007), the Meaning Maintenance Model, the Predictive Processing Framework, Expectancy Violations Theory, and the Expectation-Disconfirmation Model of consumer satisfaction. We focus on the proposed processes that relate to persistence or change of expectations. We discuss similarities and differences between the models. Three core coping processes are identified across most of these models –minimization of the importance of expectation-disconfirming evidence, search for/production of future expectation-confirming evidence, and expectation change. Suggestions for refinements and extensions of the models as well as for future empirical work on model testing are drawn.


Reseña* :

Los individuos frecuentemente se encuentran frente a eventos donde sus expectativas no se cumplen; sin embargo, no todas las expectativas fallidas promueven un aprendizaje. Revisamos siete modelos teóricos sobre cómo los individuos afrontan el que sus expectativas sean desmentidas. Nos centramos en los procesos propuestos que se relacionan con la persistencia o el cambio de las expectativas. También discutimos las similaridades y diferencias entre los siete modelos; tres procesos nucleaes compartidos entre la mayoría de los modelos, por ejemplo: 1) la minimización de la importancia de la evidencia que desmiente nuestras expectativas, 2) la búsqueda de nuevas expectativas confirmatorias y 3) el cambio de expectativas.

Reseña:

El sistema circadiano se encarga de coordinar distintos ritmos conductuales y fisiológicos de acuerdo con un ciclo de 24 horas. De este modo, se generan ritmos en los ciclos de actividad/descanso y ayuno/alimentación que se encuentran en coordinación con los ciclos ambientales de luz/oscuridad. En la actualidad, el incremento en la exposición a luz y la alimentación durante la noche ha modificado este equilibrio, incrementando la predisposición de las personas a presentar enfermedades metabólicas. Sin embargo, los mecanismos detrás de esta predisposición no se conocen con detalle. El objetivo de nuestro trabajo es tratar de entender cuál es la contribución de los horarios de alimentación y la exposición a la luz en el metabolismo energético utilizando un modelo animal (ratas). Encontramos que tanto la falta de luz durante el día como la alimentación durante el horario de descanso incrementan la adiposidad e inducen intolerancia a la glucosa en los animales. Estos cambios se acompañan por una rápida modificación de los ciclos circadianos de temperatura y gasto energético, sugiriendo que los cambios circadianos (inducidos por la luz o el alimento) preceden a los cambios metabólicos. Estos resultados podrían contribuir a entender mejor los mecanismos que subyacen a las enfermedades metabólicas altamente prevalentes en la población.

Reseña:

Revisaremos algunas de las estadísticas universales de textos en lenguajes naturales, y mostraremos que quizá sean "demasiado" universales. También proponemos una propiedad estadística que distingan entre distintos idiomas. Finalmente, presentaré los resultados tentativos que tenemos para identificar palabras claves y usarlas para caracterizar traducciones.

Reseña:

Ponencia que presenta la historia evolutiva de la locomoción, desde los primeros animales que la modificaron, hasta llegar al bipedismo humano; haciendo una exploración de las implicaciones que esto tiene para otros aspectos biológicos y los comportamientos en los seres humanos. Hablando de los principales tipos de locomoción en el camino evolutivo del ser humano y los seres vivos, tanto extintos como actuales, que mejor ejemplifican dichos tipos.

Reseña*:

¿Cuál es la función de la cognición? Según una explicación influyente, la cognición evolucionó para coordinar la conducta con el cambio o la complejidad ambiental (Godfrey-Smith, 1996). Las interpretaciones liberales de este punto de vista atribuyen la cognición a un conjunto extraordinariamente amplio de sistemas biológicos; incluso las bacterias, que modulan su actividad en respuesta a señales externas salientes, parecen calificar como agentes cognitivos. Sin embargo, equiparar la cognición con la flexibilidad adaptativa pasa por alto importantes distinciones en la forma en que los organismos biológicos se ocupan de la complejidad ambiental. Basándose en los avances contemporáneos en biología teórica y neurociencia computacional, los autores del artículo eliminan estas distinciones en términos de diferentes tipos de modelos generativos y las capacidades de representación y resolución de incertidumbre que ofrecen. Este análisis les lleva a proponer un criterio formal para delinear la cognición de otras formas más penetrantes de plasticidad adaptativa. Desde este punto de vista, la cognición biológica tiene sus raíces en un tipo particular de organización funcional; es decir, uno que permite al agente separarse del presente y participar en una inferencia contrafactual (activa).

*From allostatic agents to counterfactual cognisers: active inference, biological regulation, and the origins of cognition (Corcoran, Pezzulo & Hohwy, 2020).

Reseña: Esta presentación tiene como objetivo identificar algunas de las múltiples experiencias de racialización y racismo vividas por las y los jóvenes negros de la Costa Chica Oaxaqueña. Dos dimensiones del racismo cotidiano son tomadas en cuenta en el acercamiento a dichas experiencias: la vertical, en donde el proceso de racialización de los pueblos negros en la región juega un papel importante en la generación de imágenes y prácticas racistas en las relaciones entre mestizos-indígenas y afrodescendientes. Y la dimensión horizontal, donde se exploran las prácticas racistas que se ejercen entre la “gente negra-morena”. El corte de este artículo es cualitativo y los datos fueron obtenidos a través de observación participante, entrevistas en profundidad y talleres que fueron llevados a cabo entre 2010 y 2018 en la localidad de Santiago Tapextla, Oaxaca.

2020