물고기 무리는 어떻게 조화롭게 헤엄칠까요? |네이튼 S 제이콥스

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어떻게 물고기들은 큰 무리속에서 조화롭게 헤엄칠까요? 어떻게 뇌속의 작은 세포로부터 인간됨을 이루는 복잡한 생각, 기억 그리고 의식이 발생할 수 있는 걸까요? 신기하게도, 이 두 질문에 대한 일반적인 수준의 대답은 같습니다. 네이튼 S 제이콥스는, 단순한 요소로 이루어진 커다란 그룹으로부터 복잡한 습성과 기능이 자연적으로 발생한다는, 창발의 개념에 대해 설명합니다.

강의: 네이튼 S 제이콥스
영상: TED-Ed

물고기 무리는 어떻게
조화롭게 헤엄칠까요?

어떻게 당신의 뇌에 있는 작은 세포들은
복잡한 생각으로 이어지고

기억들과

자아에 대한 인식을 만들어 낼까요?

특이하게도, 이 질문들에는
동일한 정답이 있습니다.

창발(創發)입니다.

복잡한 행동과 기능으로부터의
자연스러운 창조이죠.

그것은 단순한 구성 요소들이 구성하는
커다란 단체에 의해 만들어지죠.

다른 동물들과 같이,
물고기들은 떼를 지어 다니지만

그건 그저 서로 좋아해서
하는 일이 아닙니다.

그것은 생존의 문제입니다.

물고기 떼들은 복잡한 행동을 하는데

이는 배고픈 포식자들을
피하도록 해줍니다.

반면 혼자인 물고기는
빠르게 먹잇감으로 선정되지요.

그럼 어떤 명석한 물고기가
리더를 맡을까요?

사실, 그런 물고기는 없습니다.

그리고 모두가 리더입니다.

이게 무슨 뜻일까요?

물고기 무리가 우아하게
꼬이고, 돌고, 상어를 피할 때

신중히 생각해서 협력한 것 같아도,

사실 각각의 물고기들은
두 가지 기본 규칙을 따랐을 뿐입니다.

상어와는 아무 상관도 없습니다.

첫째, 계속 가까이 있을 것,
하지만 이웃에게 너무 붙지 말 것.

둘째, 계속 수영할 것.

하나의 개체로서, 물고기들은 이런 위치
상호작용의 사소한 점에 집중한 겁니다.

하지만 물고기들이 그룹에 충분하게
들어오면 놀랄 만한 일이 벌어집니다.

개개의 물고기의 움직임이 완전히
새로운 실체에 가려지는 것입니다.

물고기 떼는, 그 자신이
새로운 행동들을 지니게 됩니다.

물고기 떼는 한 마리의
물고기가 조종하지 않습니다.

그저 올바른 위치 상호작용을 하는
물고기들이 충분할 때 일어납니다.

그것은 마치 계속해서
일어나는 사고와 같습니다.

물고기들이 확실하게 포식자들을 피하여
바다를 횡단할 수 있게 해줍니다.

물고기 뿐만이 아닙니다.

창발은 요소들이 상호작용 하는 많은
복잡한 시스템의 기본적인 특성입니다.

예를 들어, 수백만 개의 모래 알갱이가

서로 충돌하고 구르는 특정한 방식은

거의 항상 같은 패턴의
물결을 만듭니다.

또한 수분이 대기에서 얼 때

물 분자의 특이한 구성 방식은

아름다운 눈송이를 구성하는
빛나는 격자를 안정적이게 만듭니다.

창발을 복잡하게 만드는 것은

그것을 떼네서 분석해서는
이해하기 힘들다는 것입니다.

차의 엔진과는 달리요.

부분을 떼네는 것은 복잡한 시스템을
이해하는 것의 좋은 첫걸음입니다.

하지만 만약 물고기 떼를
물고기 개체들로 줄이면

포식자들을 피하는 능력을 잃고

공부할 것이 아무것도 남지 않습니다.

만약 당신이 뇌를
뉴런 개체들로 줄인다면

당신은 몹시 불안정한
무언가를 보게 될 겁니다.

우리가 생각하고 행동하는
것과 다른 것을 하는 데

거의 모든 시간을 쓸 겁니다.

당신이 지금 당신의
생각이 무엇인지와 관련 없이

생각은 뇌의 구석에 있는 하나의
뉴런에 의지하는 것이 아닙니다.

반면에, 생각은 수많은 뉴런의

합동에 의해 나타납니다.

인간의 뇌엔 한 10억 단위의 뉴런이 있습니다.

그리고 뉴런 사이에
조 단위의 연결이 있습니다.

당신이 그런 식의
복잡한 시스템을 켜려고 할 때

그것은 모든 이상한 방식으로
작동할 수도 있겠지만, 그렇게 안 됩니다.

우리 뇌의 뉴런은 물고기처럼
간단한 규칙을 따릅니다.

그렇기에 집단으로서, 그들의 행동은
스스로 안정된 패턴으로 조직화됩니다.

당신이 얼굴을 인식하게끔 하고

똑같은 작업을 성공적으로
반복하게끔 하고

또한 모든 사람이 좋아하는 당신의
작고 바보 같은 습관들을 지켜주죠.

그러면, 뇌에서 창발을 일으키는
간단한 규칙은 무엇일까요?

뇌 속 각각의 뉴런의 기본적인 동작은

다른 뉴런에 자극을
주거나 억제하는 것입니다.

만약 당신이 약간의
뉴런을 간단한 회로로 연결한다면

당신은 리듬감 있는
패턴의 동작을 만들 수 있고

신호를 켜거나 차단하는
루프들을 피드백하고

우연 탐지기와

탈억제는

두개의 억제적 뉴런이
다른 뉴런에 영향을 끼치는 곳들입니다.

억제적 브레이크를 없애서요.

더 많은 뉴런들이 연결 될수록

엄청나게 복잡한 행동 패턴이
연결망에서 나타납니다.

조만간, 너무 많은 뉴런이 너무 많은
방식으로 한 번에 상호 작용을 해서

시스템은 혼란스러워집니다.

연결망 행동의 궤적은
쉽게 설명될 수 없습니다.

앞에서 설명된 간단한
회로 모형처럼요.

이러한 혼란 속에서
패턴은 생길 수 있습니다.

그리고 계속해서 같은
형식의 패턴이 재생성되지요.

어떤 부분에서는, 이런
행동 패턴의 발생은

상당히 복잡해집니다.

그리고 자신의 생물학적
기원을 궁금해할 정도가 되지요.

두말할 필요 없이
창발을 말하는 것입니다.

우리가 상이한 크기의
창발 현상에서 찾을 수 있는 것은

물고기들이 보여준 것과
같은 성격을 지닌다는 점입니다:

창발은 누군가나 어떤 것이
주도할 필요가 없습니다.

만약 정확한 규칙이 있다면

그리고 몇몇 기본적인 조건이 맞는다면

복잡한 시스템은 같은
습관을 반복하게 되고

혼돈을 질서로 만듭니다.

그것은 세포들이 동작하게 하는
분자의 대혼란에

당신의 생각과 자아를 만드는
뉴런의 헝클어진 얽힘 속에서도

당신의 친구와 가족 네트워크에서도

지구에 있는 모든 도시의 구조와
경제에서도 사실입니다.