Почему косяки рыб плавают слаженно? — Натан Якобс

Посмотреть урок полностью: http://ed.ted.com/lessons/how-do-schools-of-fish-swim-in-harmony-nathan-s-jacobs

Почему косяки рыб плавают слаженно? Как в крохотных клетках головного мозга рождаются сложные мысли, воспоминания и сознание, из которых складывается ваше «Я»? Может показаться странным, но на эти вопросы существует один общий ответ. Натан Якобс объяснит понятие эмерджентности — спонтанного возникновения сложного поведения и функционирования больших групп простых элементов.

Урок — Натан Якобс, мультипликация — Ted-Ed.

Как косяку рыб удаётся
плавать так слаженно?

И как крохотные клеточки в вашем мозге
порождают сложные мысли,

воспоминания

и сознание,
из которых складывается ваше «Я»?

Это покажется странным, но на эти вопросы
существует один общий ответ:

эмерджентность,

или спонтанное возникновение
сложного поведения и функций

больших групп,
состоящих из простых элементов.

Как и многие другие животные,
рыбы собираются в группы

не просто потому,
что им нужна компания.

Для них это вопрос выживания.

Косяки рыб являются примером
сложного поведения толпы,

позволяющего избежать голодных хищников,

так как одну рыбу легко заприметить
в качестве добычи.

Которая из рыб в косяке является
опытным вожаком?

Вообще-то, никто

и все одновременно.

Что это означает?

Пока косяк рыб так элегантно кружится,
изгибается и уворачивается от акул,

что кажется, будто движения осознанны,

каждая рыба в отдельности
подчиняется двум основным правилам,

на которые никак не влияют акулы:

первое — будь рядом с соседом,
но не слишком близко к нему,

и второе — всё время плыви.

По отдельности рыбы сосредоточены
на множестве мелочей таких взаимодействий,

но как только собирается много рыб,
происходит невероятное.

Движение каждой из них
строго подчиняется новому существу —

косяку, который ведёт себя особым образом.

Косяк не подчиняется одной рыбе,

он образуется, если достаточно рыб
следуют определённым правилам.

Это похоже на случайность,
которая повторяется снова и снова,

так действуют морские рыбы,
чтобы гарантированно избежать хищников.

Но не только рыбы.

Эмерджентность — основное свойство
многих сложных систем связанных элементов.

Например, таким особым способом
миллионы песчинок

сталкиваются и падают друг на друга,

отчего всегда возникают
похожие на волны рисунки.

А когда влага замерзает в атмосфере,

особые связующие свойства молекул воды

формируют расходящиеся лучами решётки,
из которых получаются снежинки.

Сложность эмерджентности состоит в том,

что её работу невозможно понять,
просто разобрав её на составляющие,

как двигатель автомобиля.

Разбор на составляющие — хороший
первый шаг к пониманию сложных систем,

но стоит свести косяк к отдельным рыбам,

то он моментально утратит способность
избегать хищников,

и изучать будет больше нечего.

Если свести мозг к отдельным нейронам,

то вы получите нечто совсем непригодное,

непохожее на то,
как мы думаем или ведём себя,

по крайней мере, обычно.

Неважно, о чём вы думаете прямо сейчас,

это происходит не в одном нейроне,
где-то в уголке вашего мозга.

Напротив, разум формируется в результате
слаженных действий

многих, очень многих нейронов.

В человеческом мозге существуют
миллиарды нейронов

и триллионы соединительных связей
между нейронами.

Если разом «активировать»
столь сложную систему,

она будет вести себя очень странно,
но этого не происходит.

Как и рыба в косяке, нейроны нашего мозга
подчиняются простым правилам,

их деятельность в группе
строится по определённым моделям,

что позволяет вам,
например, узнавать лица,

чётко выполнять определённые задачи
несколько раз

и приобретать забавные черты характера,
которые так нравятся в вас другим.

Так каким же простым правилам
подчиняется мозг?

Основная функция каждого нейрона мозга —

либо возбуждать,
либо сдерживать другие нейроны.

Если соединить несколько нейронов
в простую цепь,

можно создать
ритмические структуры активности,

контуры обратной связи,
которые наращивают или гасят сигнал,

синхронизируют работу органов чувств

и растормаживание,

при которых два подавляющих нейрона
могут активировать другой нейрон,

устранив подавляющие рамки.

Чем больше соединяется нейронов,

в сети возникают
всё более сложные модели активности.

Наконец по-разному взаимодействует
столько нейронов,

что в системе возникает хаос.

Траекторию деятельности сети
трудно объяснить

простыми короткими цепями,
о которых мы говорили раньше.

Но даже из этого хаоса
начинают проступать системы,

которые возникают снова и снова
и воспроизводят друг друга.

В определённый момент
эмерджентные модели деятельности

становятся настолько сложны,

что их начинает интересовать
природа собственного происхождения,

не говоря уже об эмерджентности.

Что присуще феномену эмерджентности
в системах различных масштабов,

так это те же свойства,
что мы находим у рыб:

для эмерджентности не обязательно, чтобы
кто-то или что-то были «за главного».

Если существуют нормальные правила

и соблюдаются базовые условия,

сложная система воспроизводит
всё те же модели поведения снова и снова

и хаос становится порядком.

Это верно и для «столпотворения» молекул,
позволяющих работать клеткам,

и для спутанной толщи нейронов,
порождающих ваши мысли и личность,

и для вашего круга друзей и членов семьи,

а также для инфраструктуры
и экономики городов по всему миру.