Jak to się dzieje, że ławice ryb pływają w harmonii?
Jak niewielkie komórki w mózgu tworzą złożone myśli,
wspomnienia
i naszą świadomość?
To zaskakujące, że na te pytania jest ta sama ogólna odpowiedź:
emergencja,
spontaniczne powstanie złożonych zachowań i funkcji
z dużego zbioru prostych elementów.
Podobnie jak większość zwierząt, ryby trzymają się razem w grupach,
ale nie dlatego, że dobrze się czują w swoim towarzystwie.
To kwestia przetrwania.
Ławice ryb przejawiają złożone zachowania stadne,
które pomagają uniknąć głodnych drapieżników,
podczas gdy samotna ryba zostaje szybko wychwycona jako ofiara.
Który wyjątkowy rybi lider jest za to odpowiedzialny?
Tak naprawdę żaden
i jednocześnie wszyscy.
Co to oznacza?
Kiedy ławica rym zgrabnie zakręca, obraca się i daje nura przed rekinami,
co przypomina przemyślaną koordynację,
wówczas każda ryba postępuje według dwóch prostych zasad,
które nie mają nic wspólnego z rekinem.
Po pierwsze, trzymaj się blisko, ale nie za blisko, sąsiada.
Po drugie, płyń.
Każda ryba z osobna jest skupiona na niewielkich, lokalnych interakcjach,
a gdy do grupy dołączy wystarczająca liczba ryb,
wtedy dzieje się coś niezwykłego.
Ruch każdej ryby przyćmiewa nowy byt:
ławica o wyjątkowym zestawie zachowań.
Ławica nie jest pod kontrolą jednej ryby.
Wyłania się, gdy wystarczająca liczba ryb
przestrzega zbioru miejscowych przepisów.
To przypadek, który ciągle się powtarza,
pozwalając rybom w oceanie uniknąć zostania ofiarą drapieżcy.
Nie dotyczy to tylko ryb.
Emergencja to podstawowa właściwość
wielu złożonych, współdziałających części.
Jak na przykład określony sposób, w jaki miliony ziarenek piasku
zderzają i przewracają się,
tworząc prawie zawsze wzór fali.
Kiedy woda zamarza w atmosferze,
określone, wiążące właściwości cząsteczek wody
niezawodnie tworzą rozchodzące się sieci,
które formują płatki śniegu.
Wielką złożoność emergencji ukazuje fakt,
że nie da się jej zrozumieć, rozkładając ją na części,
podobnie jak silnika samochodu.
Rozkład na czynniki pierwsze
to pierwszy, dobry krok do zrozumienia złożonego systemu.
Jeśli jednak zredukujemy ławicę ryb do pojedynczych osobników,
wtedy traci ona zdolność ucieczki przed drapieżnikami,
i nie pozostaje nic więcej do badania.
Jeśli zredukujemy mózg do neuronów,
wtedy mamy coś, co notorycznie zawodzi
i nie da się z niego odczytać informacji o naszych myślach i zachowaniu,
przynajmniej zazwyczaj.
Nieważne, o czym teraz myślisz,
nie zależy to od pojedynczego neuronu znajdującego się w mózgu.
Umysł wyłania się ze wspólnej aktywności
bardzo wielu neuronów.
Ludzki mózg składa się z miliarda neuronów
i trylionów połączeń między tymi neuronami.
Po uruchomieniu tak złożony system mógłby się on zachowywać dziwnie,
ale tak się nie dzieje.
Neurony w mózgu podlegają prostym zasadom, podobnie jak ryby,
dlatego ich aktywność w grupie
samoorganizuje się w przewidywalne wzorce,
które pozwalają rozpoznawać twarze,
skutecznie powtarzać to same zadanie,
i zachować drobne, śmieszne nawyki, które każdy w nas lubi.
Jakie są te proste zasady, jeśli chodzi o mózg?
Podstawową funkcją neuronu w mózgu
jest pobudzanie lub hamowanie innych neuronów.
Jeśli kilka neuronów połączymy w prostą sieć,
wtedy można wytworzyć powtarzające się wzory działania,
pętle przyczynowo-skutkowe, które wzmacniają lub blokują sygnał,
wykrywanie równoczesności
i dysinhibicję,
gdzie dwa neurony hamujące pobudzają inny neuron
poprzez usunięcie sygnału hamowania.
Gdy łączy się więcej neuronów,
z sieci wyłaniają się bardziej złożone wzory działania.
W krótkim czasie jednocześnie współdziała ze sobą tak wiele neuronów,
że system staje się chaotyczny.
Trajektoria działania sieci nie może zostać łatwo wyjaśniona
poprzez proste, miejscowe sieci, które opisano wcześniej.
Jednak z tego chaosu wyłaniają się wzory,
i za każdym razem wyłaniają się one w przewidywalny sposób.
W końcu emergentne wzorce działania
stają się wystarczająco złożone i ciekawe,
aby badać swoje biologiczne początki,
nie wspominając o emergencji.
W zjawisku emergencji na bardzo różnorodnych skalach
znajdujemy niesamowitą cechę ławicy ryb:
emergencja nie wymaga nikogo ani niczego stojącego na czele.
Jeśli mamy właściwe zasady,
i spełnione są podstawowe kryteria,
złożony system zachowuje się tak samo za każdym razem,
zamieniając chaos w porządek.
Dotyczy to molekularnego chaosu, dzięki któremu działają komórki,
splątanej gęstwiny neuronów, która tworzy myśli i tożsamość,
kręgu przyjaciół i rodziny,
aż po struktury i gospodarki miast na naszej planecie.