Простые правила групповой деятельности

ПОДЕЛИТЬСЯ

В 1995 году венгерский физик Тамаш Вичек (Tamas Viscek) и его коллеги создали модель для объяснения особенностей группового поведения в простых – даже рудиментарных – условиях: каждая особь, двигаясь с постоянной скоростью,216488061подстраивала свое направление движения к действиям соседа, двигающегося по определенному радиусу. Как только гипотетический коллектив становился достаточно большим, он превращался из неопределенной массы в организованную стаю, и все происходило именно так, как с саранчой Кузина. Подобная переходная фаза похожа на превращение воды в лед. Отдельные особи не имеют никакого плана. Они не подчиняются никаким указаниям. Но при наличии правил поиска решений возникает порядок.
Кузин хотел выяснить, какие именно правила поиска правильных решений вызывают похожее поведение у живых существ. «Мы полагали, что, возможно, близость друг к другу способна вызывать подобную трансформацию», — отмечает Кузин. Однако участвовавшие в эксперименте насекомые не коммуницировали друг с другом так, чтобы это можно было зафиксировать. Здесь должна была действовать
другая динамика.
Ответ оказался достаточно жутковатым.
…отдельные особи саранчи кусали друг друга, если они оказывались слишком близко.
А некоторые из них были просто полностью съедены своими сородичами. И в этом был ключ к разгадке. Каннибализм, а не сотрудничество, организовывало стаю. Кузин предложил элегантное доказательство своей теории: «Вы можете перерезать расположенный у них в брюшке нерв, позволяющий им чувствовать укусы сзади, и тем самым вы полностью лишите их способности создавать стаю», — подчеркивает он.
Не имея явных лидеров и единого плана, представители научного сообщества, состоящего из увлеченных изучением коллективных действий исследователей, обнаружили, что правила, вызывающие потрясающую сплоченность из отдельных бессистемных действий, имеют универсальный характер — в диапазоне от нейронов до человеческих существ. И именно эти правила могут объяснить все – как распространяется рак, как работает мозг и как армады автомобилей, управляемых роботами, когда-нибудь будут двигаться по дорогам. Тот способ, с помощью которого отдельные особи действуют вместе, в действительности может быть более важным, чем то, как они работают по отдельности.
Кузин направляет свет на нотрописов, и они начинают перемещаться в более затененные участки бассейна, и делают это, вероятно, потому, что темнота обеспечивает относительную безопасность рыбам, основное оружие которых состоит в том, чтобы вовремя «убежать». Такого рода поведение обычно объясняют с помощью «принципа многочисленных ошибок» (many wrongs principle), который был впервые предложен в 1964 году. Согласно этой теории, каждый отдельный нотропис неверно оценивает направление движения, и косяк, члены которого, держась вместе и взаимодействуя друг с другом, учитывает все эти слегка
ошибочные оценки и таким образом получает лучший вариант направления движения.
Возможно, вы узнаете эту концепцию с помощью термина, который активно популяризировал журналист Джеймс Шуровьески (James Surowiecki): «мудрость толпы».
Что касается нотрописов, то проведенные Кузином в лаборатории наблюдения показали, что данная теория неверна. Косяк этих рыб не мог сводить воедино несовершенные оценки, потому что отдельные особи не оценивают то, какое место является более темным. Вместо этого они подчиняются простому правилу: плыви более медленно в более темном месте. Когда неорганизованная группа нотрописов попадает в затемненный участок, рыбы в передней части косяка снижают скорость, и вся группа оказывается в более темном участке. Как только они покинули освещенное место, они сбрасывают скорость и держатся плотнее друг к другу, как автомобили, попавшие в затор на дороге. «Это чистое непредвиденное, эмерджентное свойство, — отмечает Кузин. – Способность восприятия на самом деле проявляется только на коллективном уровне». Другими словами, ни один нотропис не плывет куда-то с определенной целью. У толпы нет мудрости, которой она могла бы быстро воспользоваться.
Бихевиоральный биолог Томас Сили (Thomas Seeley) из Корнелльского университета (Cornell University) использовал яркие цвета для маркировки пчел, посещавших разные места, и обнаружил, что пчелы, выступающие в поддержку одного места, начинают таранить тех членов семьи, которые поддерживают другое место. Подобного рода лобовые столкновения является пчелиной версией процесса негативного голосования. Как только одна сторона достигает определенного порога поддержки, вся семья сразу вылетает в указанном направлении.
Занимающиеся поиском жилища пчелы в буквальном смысле представляют собой мозг семьи, состоящий из отдельных тел.  И это не дешевая метафора. В 1980-х годах ученые, занимающиеся когнитивными процессами, стали утверждать, что само человеческое мышление является эмерджентным процессом. Согласно этой концепции, в вашем мозгу различные группы нейронов возбуждаются, демонстрируя таким образом поддержку отличного от других варианта. При этом они, как и виляющие своими тельцами пчелы, возбуждают некоторые соседние группы и запугивают остальных, как это делают таранящие своих противников пчелы. Подобное соревнование заканчивается только после принятия решения. Тогда мозг в целом говорит: «Поворачивай направо» или «Съешь это печенье».
Ту же самую динамику можно заметить в поведении скворцов: ясным зимним вечером стаи этих небольших черных птиц собираются в римском предзакатном небе, описываю там круги, издавая характерный шорох. При нападении сокола все скворцы почти одновременно резко меняют направление движения, и это делают даже самые удаленные от головной части стаи птицы, которые вообще не видят угрозы. Как это возможно? Итальянский физик Андреа Каванья (Andrea Cavagna) смог раскрыть их секрет после того, как он отснял поведение тысяч скворцов с холодных крыш городских музеев с использованием трех камер и компьютера, на котором он воспроизвел движение птиц в трех измерениях. В большинстве систем, где информация передается от индивида к индивиду, ее качество снижается, она искажается – как в игре в испорченный телефон. Однако Каванья обнаружил, что движения скворцов объединены на основе безмасштабных схем (scale-free). Если один скворец поворачивает, то тогда поворачивают все птицы. Если один скворец увеличивает скорость, что все увеличивают скорость. Правила простые – в
основном делай то, что делают полдюжины твоих соседей, не задевая их. При этом качество информации, воспринимаемой этими птицами относительно друг друга, ухудшается значительно более медленными темпами, чем ожидалось, и поэтому информация воспринимается скворцами, находящимися на краю стаи, и вся она совершает определенное движение.
Биологи привыкли к понятию конвергентной эволюции – к таким феноменам, как развитие обтекаемой формы у дельфинов и акул или эхолокация у летучих мышей и китов – животные независимых видов обладают похожими формами адаптации. Но можно ли говорить о конвергентной эволюции алгоритмов? Либо все эти коллективы демонстрировали различные варианты поведения, производящие один результат – таранящие друг друга пчелы, наблюдающие за своими соседями скворцы, проворные
золотистые нотрописы,  — или существуют какие-то основополагающие правила, а поведение представляет собой
мост от правил к коллективу.
Кузин, с другой стороны, более осторожен по части утверждений о том, что его область столкнулась с секретом жизни, Вселенной и всего на свете. «Я очень осторожен относительно предположений о существовании основополагающей теории, способной объяснить фондовую биржу, нейтральные системы и косяки рыб, — отмечает он. – Это немного наивно. Опасно думать, что одно уравнение может подойти ко всему». Физика предсказывает взаимодействие внутри стаи саранчи, однако его
механизм проявляется с помощью каннибализма. Математика не произвела биологию; биология породила математику.
И все же почти любая система, которая состоит из отдельных частей, наделенных энергией – кинетической, термальной, любой, — производит шаблоны.
Металлические прутья образуют вихревые формы при соприкосновении с вибрирующей платформой. В чашке Петри мышечный белок двигается однонаправленно при получении импульса от молекулярных моторов. Опухоли порождают в большом количестве популяции злокачественных мобильных клеток, которые подстраиваются под окружающие ткани и проникают в них, используя возможности прокладывающих путь лидерных клеток. Все это похоже на мигрирующую стаю. Определите ее алгоритмы, и тогда, возможно, вам удастся отклонить их движение от жизненно важных органов  или остановить процесс их распространения.

Источник: How the Science of Swarms Can Help Us Fight Cancer and Predict the Future

НЕТ КОММЕНТАРИЕВ

ОСТАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ