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.