Τα πιο έξυπνα εξαρτήματα κάνουν τα συλλογικά συστήματα πολύ πεισματά

Ο ποιητής John Donne απαθανάτισε την ιδέα ότι «κανένας άνθρωπος δεν είναι νησί», αλλά κανένα, όπως αποδεικνύεται, δεν είναι τα περισσότερα άλλα είδη. Πολλά φυσικά και τεχνητά συστήματα χαρακτηρίζονται από τη συλλογικότητα, από νευρώνες που πυροδοτούν συγχρονισμένα και κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος ενώνονται μεταξύ τους, μέχρι κοπάδια ψαριών και κοπάδια πουλιών που κινούνται αρμονικά, έως νέα επιχειρηματικά μοντέλα και σχέδια ρομπότ που λειτουργούν απουσία ενιαίου ηγέτη. «Τα συλλογικά συστήματα είναι περισσότερο ο κανόνας παρά η εξαίρεση», είπε ο Albert Kao, ερευνητής στο Ινστιτούτο Santa Fe που μοντελοποιεί τη λήψη αποφάσεων σε τέτοια συστήματα.

Είτε βιολογικά, τεχνολογικά, οικονομικά ή κοινωνικά, τα συλλογικά συστήματα συχνά θεωρούνται «αποκεντρωμένα», πράγμα που σημαίνει ότι δεν διαθέτουν κύριο κέντρο ελέγχου για τον συντονισμό των επιμέρους στοιχείων τους. Αντίθετα, ο έλεγχος κατανέμεται μεταξύ των στοιχείων, τα οποία λαμβάνουν τις δικές τους αποφάσεις βάσει τοπικών πληροφοριών. σύνθετες συμπεριφορές προκύπτουν μέσα από τις αλληλεπιδράσεις τους. Αυτό το είδος εγκατάστασης μπορεί να είναι επωφελές, εν μέρει επειδή είναι ελαστικό:Εάν ένα μέρος δεν λειτουργεί σωστά, το σύστημα μπορεί να συνεχίσει να λειτουργεί — σε πλήρη αντίθεση με όταν ένας κεντρικός εγκέφαλος ή ηγέτης σταματά να κάνει τη δουλειά του.

Η αποκέντρωση έχει οδηγήσει σε ένα κύμα διαφημιστικής εκστρατείας, ιδιαίτερα μεταξύ εκείνων που ελπίζουν να φέρουν επανάσταση στις αγορές με τεχνολογία blockchain και σε κοινωνίες με πιο διάσπαρτες κυβερνήσεις. «Κάποια από αυτά προέρχονται από την πολιτική ιδεολογία που έχει να κάνει με την προτίμηση για στυλ και συστήματα διακυβέρνησης από κάτω προς τα πάνω με φυσικούς ελέγχους για την εμφάνιση της ανισότητας», έγραψε η Jessica Flack, εξελικτική βιολόγος και επιστήμονας πολυπλοκότητας στο Ινστιτούτο Santa Fe. ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ. "Και μερικά από αυτά προέρχονται από προκαταλήψεις μηχανικής ... που βασίζονται στην υπόθεση ότι αυτοί οι τύποι κατασκευών είναι πιο στιβαροί, λιγότερο εκμεταλλεύσιμοι."

Αλλά «το μεγαλύτερο μέρος αυτής της συζήτησης», πρόσθεσε, «είναι αφελές». Η γραμμή μεταξύ της συγκέντρωσης και της αποκέντρωσης είναι συχνά θολή και εξακολουθούν να υφίστανται βαθιά ερωτήματα σχετικά με τη ροή και τη συγκέντρωση πληροφοριών σε αυτά τα δίκτυα. Ακόμη και οι πιο βασικές και διαισθητικές υποθέσεις σχετικά με αυτά χρειάζονται περισσότερο έλεγχο, επειδή τα αναδυόμενα στοιχεία υποδηλώνουν ότι το να μεγαλώνεις τα δίκτυα και να κάνεις τα μέρη τους πιο εξελιγμένα δεν μεταφράζεται πάντα σε καλύτερη συνολική απόδοση.

Σε μια εργασία που δημοσιεύτηκε νωρίτερα αυτό το μήνα στο Science Advances Για παράδειγμα, μια ομάδα με επικεφαλής τον Neil Johnson, τώρα φυσικό στο Πανεπιστήμιο George Washington, έδειξε ότι ένα αποκεντρωμένο μοντέλο είχε καλύτερη απόδοση υπό τις συνθήκες Goldilocks, όταν τα μέρη του δεν ήταν ούτε πολύ απλά ούτε πολύ ικανά. Αυτό το εύρημα απηχεί άλλα αποτελέσματα από έρευνα πολυπλοκότητας σχετικά με τη βέλτιστη χρήση των πληροφοριών και τον συμβιβασμό μεταξύ ανεξαρτησίας και συσχέτισης. Οι νέες ιδέες θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην επισήμανση των δυνατών και των περιορισμών των αποκεντρωμένων σχεδίων για ρομπότ, αυτοοδηγούμενα οχήματα, ιατρικές θεραπείες και εταιρικές δομές — και ίσως βοηθήσουν ακόμη και στην εξήγηση πτυχών της φυσικής εξέλιξης.

Από την Αγορά στο Εργαστήριο

Η έρευνα του Johnson ξεκίνησε ως μια προσπάθεια κατανόησης των βρόχων ανατροφοδότησης στα χρηματοπιστωτικά συστήματα:οι έμποροι, που ο καθένας προσπαθεί να μεγιστοποιήσει τα κέρδη του ενώ υπακούει σε ορισμένους κανόνες, λαμβάνουν αποφάσεις που συμβάλλουν σε ένα γενικό αποτέλεσμα - ας πούμε, κάποια αλλαγή στην τιμή της μετοχής - που με τη σειρά του επηρεάζει την μεταγενέστερες αποφάσεις των εμπόρων.

Έπειτα, μια μέρα, ενώ βρισκόταν ακόμα στη σχολή στο Πανεπιστήμιο του Μαϊάμι, την προσοχή του Τζόνσον τράβηξε η δουλειά ενός συναδέλφου που μοχθούσε για κάτι φαινομενικά άσχετο με τη Wall Street:τις κινήσεις των προνυμφών της μύγας. Μια προνύμφη σέρνεται αυτόματα σε θέσεις που δεν είναι ούτε πολύ ζεστές ούτε πολύ κρύες, αλλά δεν βασίζεται στον εγκέφαλό της για να καθοδηγήσει αυτό το ταξίδι. Αντίθετα, κάθε τμήμα του σώματός του ανταποκρίνεται σε σήματα από νευρώνες που ανιχνεύουν τη θερμοκρασία συμπιέζοντας τη μία ή την άλλη πλευρά. Η συλλογική κίνηση όλων των τμημάτων προκαλεί την στροφή της προνύμφης. Οι προκύπτουσες τροχιές προς τις πηγές θερμότητας θύμισαν στον Τζόνσον τα οικονομικά μοντέλα με τα οποία εργαζόταν — έτσι αποφάσισε να τα χρησιμοποιήσει για να αναζητήσει αρχές κοινές σε όλα τα αποκεντρωμένα συστήματα.

Αυτός και η ομάδα του κατασκεύασαν ένα μοντέλο που μιμείται τον τρόπο συμπεριφοράς των προνυμφών. Όπως τα τμήματα της προνύμφης, η συλλογή των πρακτόρων στο μοντέλο μοιραζόταν έναν κοινό στόχο, αλλά δεν είχε τρόπο να επικοινωνήσει και να συντονίσει τις δραστηριότητές τους. Κάθε πράκτορας επέλεξε επανειλημμένα να μετακινηθεί είτε αριστερά είτε δεξιά, με βάση το αν οι προηγούμενες αποφάσεις είχαν οδηγήσει ολόκληρο το σύστημα να κατευθυνθεί πιο κοντά ή πιο μακριά από έναν καθορισμένο στόχο. Για να καθοδηγήσει την απόφασή του, κάθε πράκτορας χρησιμοποίησε μια στρατηγική που αντλήθηκε από ένα υποσύνολο δυνατοτήτων που του είχαν ανατεθεί. Εάν μια δεδομένη στρατηγική είχε καλή απόδοση, ο πράκτορας συνέχιζε να τη χρησιμοποιεί. Διαφορετικά, μετατράπηκε σε διαφορετικό στο οπλοστάσιό του.

Οι ερευνητές παρατήρησαν ότι όταν οι πράκτορες μπορούσαν να θυμηθούν μόνο ένα ή δύο αποτελέσματα, ήταν δυνατές λιγότερες στρατηγικές, επομένως περισσότεροι πράκτορες ανταποκρίθηκαν με τον ίδιο τρόπο. Αλλά επειδή οι ενέργειες των πρακτόρων ήταν τότε πολύ συσχετισμένες, η συλλογική κίνηση στο μοντέλο το οδήγησε σε μια τεθλασμένη διαδρομή που περιλάμβανε πολλά περισσότερα βήματα από όσα ήταν απαραίτητα για να φτάσει στον στόχο. Αντίθετα, όταν οι πράκτορες θυμήθηκαν επτά ή περισσότερα προηγούμενα αποτελέσματα, έγιναν υπερβολικά ασυσχετισμένοι:Έτειναν να τηρούν την ίδια στρατηγική για περισσότερους γύρους, αντιμετωπίζοντας μια σύντομη σειρά πρόσφατων αρνητικών αποτελεσμάτων ως εξαίρεση και όχι ως τάση. Το μοντέλο έγινε λιγότερο ευκίνητο και πιο «πεισματάρικο», σύμφωνα με τον Johnson.

Οι τροχιές ήταν πιο αποτελεσματικές όταν το μήκος της μνήμης των πρακτόρων ήταν κάπου στη μέση:για περίπου πέντε προηγούμενα γεγονότα. Αυτός ο αριθμός αυξήθηκε ελαφρώς καθώς αυξανόταν ο αριθμός των πρακτόρων, αλλά ανεξάρτητα από το πόσους πράκτορες χρησιμοποιούσε το μοντέλο, υπήρχε πάντα ένα γλυκό σημείο — ένα ανώτατο όριο για το πόσο καλή θα μπορούσε να είναι η μνήμη τους προτού το σύστημα αρχίσει να αποδίδει κακώς.

«Είναι αδιανόητο», είπε ο Pedro Manrique, μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο Πανεπιστήμιο του Μαϊάμι και συν-συγγραφέας του Science Advances χαρτί. "Θα νομίζατε ότι η βελτίωση του επιπέδου πολυπλοκότητας των εξαρτημάτων, σε αυτήν την περίπτωση της μνήμης, θα βελτίωνε και θα βελτίωνε και θα βελτίωνε την απόδοση του οργανισμού στο σύνολό του."

Ένα δεύτερο κύμα

Ο Κάο βλέπει μια εντυπωσιακή σχέση μεταξύ των ευρημάτων του Johnson και του Manrique και της δικής του δουλειάς σχετικά με τη συμπεριφορά των πλήθους. Τα τελευταία χρόνια, αυτός και άλλοι έχουν διαπιστώσει ότι οι μεσαίου μεγέθους ομάδες ζώων ή ανθρώπων είναι οι βέλτιστες για τη λήψη αποφάσεων. Αυτό το συμπέρασμα έρχεται σε αντίθεση με τις καθιερωμένες πεποιθήσεις σχετικά με τη «σοφία του πλήθους», είπε ο Κάο, «όπου όσο μεγαλύτερη είναι η ομάδα, τόσο καλύτερη είναι η συλλογική απόδοση». Η επιτυχία έγκειται στην επίτευξη της σωστής ισορροπίας μεταξύ συντονισμού και ανεξαρτησίας μεταξύ των στοιχείων του συστήματος.

«Είναι σαν ένα δεύτερο κύμα αυτού του είδους έρευνας», είπε ο Κάο. «Το πρώτο κύμα ήταν αφελής ενθουσιασμός για αυτά τα συλλογικά συστήματα. Τώρα, φαίνεται ότι… αμφισβητούμε πολλές από τις υποθέσεις που κάναμε αρχικά και βρίσκουμε πιο σύνθετες συμπεριφορές.”

Απαιτείται περαιτέρω έρευνα σχετικά με το πώς η πολυπλοκότητα των εξαρτημάτων, η διασυνδεσιμότητα τους και άλλες παράμετροι επηρεάζουν τη συνολική ευρωστία και τους περιορισμούς ενός δικτύου. Ο Johnson και άλλοι σχεδιάζουν να μελετήσουν πώς η διαθεσιμότητα πληροφοριών επηρεάζει τόσο διαφορετικά φαινόμενα, όπως ο σχηματισμός απόψεων μεταξύ των ψηφοφόρων, η συμπεριφορά των καλύτερων ρομπότ και οι πιθανοί μηχανισμοί ανάκαμψης από νευρολογικές ασθένειες. Ελπίζουν επίσης ότι η εργασία θα μπορούσε να βοηθήσει να εξηγηθεί γιατί η φυσική εξέλιξη έχει κάνει τους οργανισμούς ένα μείγμα κεντρικών και αποκεντρωμένων συστημάτων (αυτά τα είδη των αποτελεσμάτων, είπε ο Johnson, θα μπορούσαν να βοηθήσουν να δικαιολογηθεί "γιατί δεν είμαστε απλώς φανταστικές προνύμφες").

Τελικά, η πολυπλοκότητα στη φύση δεν είναι απλώς μια ιστορία της εμφάνισής της από εντελώς ασύνδετες ομάδες ανόητων μερών — και η διερεύνηση αυτής της ιστορίας θα μπορούσε μια μέρα να αποφέρει πιο καθολικές αρχές σχετικά με τη συνεργασία, τον συντονισμό και τη συλλογική επεξεργασία πληροφοριών.

Αυτό το άρθρο ανατυπώθηκε στα ισπανικά στη διεύθυνση Investigacionyciencia.es .