생물학에는 공간과 시간의 친숙한 차원에서 발생하기 때문에 쉽게 볼 수있는 집단 행동의 많은 패턴이 있습니다. Starlings의 불평을 생각하십시오. 또는 자신의 시체를 다리에 연결하여 숲 바닥의 틈새에 걸쳐있는 군대 개미. 포식자가 나타날 때 단단한 학교에 들어가는 느슨한 무리의 생선 그룹.
그런 다음 진화 생물 학자 제시카 플랙이 이해하려고하는 것과 같은 명백한 패턴이 덜 분명합니다. 2006 년, Emory University에서 그녀의 대학원 작업은 몇 명의 강력한 전투기만이 약한 원숭이 사이의 흠집에 개입하여 전체 매카크 그룹을 안정화시킬 수 있었으며, 그는 잃어버린 싸움을 위험에 빠뜨리지 않고 치아가 담긴 미소로 복종 할 것입니다. 그러나 플랙이 경찰의 일부를 제거했을 때 전체 그룹은 골절되고 혼란스러워졌습니다.
무리 또는 학교와 마찬가지로, 정책 행동은 개별 상호 작용에서 발생하여 전체 앙상블에 거시적 영향을 미칩니다. 그러나 그것은 미묘하고 시각화하고 측정하기가 더 어렵습니다. 또는 Flack은 Macaque Society와 다른 많은 시스템에 대해 말했듯이 그녀가 연구합니다.“메트릭 공간은 사회적 좌표 공간입니다. 유클리드가 아닙니다.”
Flack은 현재 Santa Fe Institute의 교수로, 매디슨 위스콘신 대학교에서 일을 제외하고는 대학원 경력을 모두 보냈습니다. 그녀의 공동 작업자 인 David Krakauer와 공동으로 운영하는 그녀의 "집단 계산"그룹 인 C4는 각 모델뿐만 아니라 각 모델에 기반을 둔 규칙에 대한 원숭이뿐만 아니라 뉴런, 슬라임 곰팡이 및 인터넷을 조사합니다.
.Flack은 그녀의 작업을 세 가지 인터 로킹 질문에 대한 조사로 설명합니다. 그녀는 생물학의 현상 학적 규칙이 집계에서 작용하는 것처럼 보이는 방법을 이해하고 싶다. 그녀는 그룹이 문제를 해결하고 결정을 내리는 방법을 이해하고 싶어합니다. 그리고 그녀는 사회적 접착제 역할을하는 자신의 경찰과 같은 매카크와 같이 충격에 직면하여 복잡한 시스템이 어떻게 강력한 지 알고 싶어합니다.
.그러나 Flack의 초점은 정보에 중점을 둡니다. 특히, 오류가 발생하기 쉬운 행위자 그룹이 어떻게 다양한 성공을 거두고 실패하는지에 대해 정보에 중점을 둡니다. "생물학적 시스템을 볼 때 내가 보는 것은 그들이 집단적이라는 것"이라고 그녀는 말했다. "그들은 모두 시끄러운 신호를 다루는 시끄러운 정보 프로세서 인 부분적으로 겹치는 관심사 만있는 상호 작용 구성 요소로 구성되어 있습니다."
.전화, Skype 및 이메일을 통해 Quanta Magazine Flack을 따라 C4의 현재 프로젝트, 자신의 경력 경로 및 그녀의 작품 뒤에있는 중요한 철학에 대해 물어 보았습니다. 우리 대화의 편집 및 응축 버전이 다음과 같습니다.
본질적으로 문제 해결에 대한 연구를 어떻게 시작했으며, 산타페 연구소에서 어떻게 감 겼습니까?
나는 자연이 문제를 해결하는 방법과 패턴이 어디에서 왔는지, 그리고 많은 잠재적 인 이해 상충에도 불구하고 모든 것이 조직화 된 이유에 항상 관심이있었습니다. 그런 종류의 질문은 내가 정말 어렸을 때부터 나와 함께 있었다.
코넬에서는 진화론 생물학 수업을 수강하고 있었지만이 자료는 실제로 이러한 질문을 다루지 않았습니다. 나는 Mann Library에서 많은 시간을 보낼 것입니다. 이것은 모든 좋은 생물학 책이있는 곳이었습니다. 그래서 나는 내 주위의 책 더미가있는 먼지가 많고 희미한 조명 스택의 바닥에 앉을 것입니다. 그런 식으로 나는 진화론 생물학에서 이러한 질문을하는 사람들의 공동체가 더 흥미로운 것을 발견했다는 것을 발견했습니다.
그들은 주류에 없었습니다. 이 많은 사람들이 본거지로 판명 된 주요 장소 중 하나는 산타페 연구소였습니다. 이것은 90 년대 초반에서 중반이었습니다. 산타페 연구소에 이메일을 보냈고 40 개의 작업 논문과 같은 것을 요청했습니다. 나는 정말로 성가신 학부생이었습니다. 그리고 누군가 나에게 우송했습니다! 그들은 실제로이 논문 중 40 개를 저에게 메일로 삼았고, 나는 흥분했고 나는 그들 모두를 읽었습니다.
이제 당신이 거기에 끝났으므로,“집단 계산”으로 C4 연구 그룹의 의미를 분해 할 수 있습니까?
집단 계산은 적응 시스템이 문제를 해결하는 방법에 관한 것입니다. 모든 시스템은 에너지 추출 및 작업 수행에 관한 것이며 특히 물리 시스템은 그에 관한 것입니다. 적응 시스템으로 전환하면 정보 처리의 추가 영향을 얻을 수 있습니다. 이는 정보 처리를 수행하기 위해 약간의 추가 에너지를 소비해야하더라도 시스템이 더 효율적으로 에너지를 추출 할 수 있다고 생각합니다. 적응 시스템의 구성 요소는 세상을보고 규칙을 발견하려고합니다. 시끄러운 과정입니다.
원하는 출력을 생성 해야하는 프로그램이있는 컴퓨터 과학과 달리, 적응 시스템에서는 진화론 적 또는 학습 시간에 걸쳐 세련되고있는 프로세스입니다. 시스템은 출력을 생성하며 환경에 적합한 출력이거나 그렇지 않을 수도 있습니다. 그리고 시간이 지남에 따라 희망적으로 나아지고 나아집니다.
우리가 C4에서하고있는 일은 지저분하고 개념적으로 도전적인 문제를 겪고 엄격한 무언가로 바꾸는 것입니다. 우리는 철학적으로 지향적이지만, 특히 자연이 집단 계산을 통해 정보 처리의 주관성을 극복 할 수있는 방법에 대해 생각할 때 매우 정량적입니다. 우리는 이러한 질문에 대한 답이 통계 물리학, 이론적 컴퓨터 과학, 정보 이론, 진화 생물학 및인지 과학의 통찰력을 결합해야한다고 생각합니다.
예를 통해 우리를 안내해 주시겠습니까? 최근 논문에서, 당신의 그룹은 원숭이의 뇌에서 뉴런 사이의 의사 소통을 보았습니다.
인간의 뇌에는 약 860 억 개의 뉴런이 포함되어있어 두뇌가 궁극적 인 집단으로 만듭니다. 우리가 내리는 모든 결정은 신경 집단 계산의 결과로 생각할 수 있습니다. 동료 인 Bryan Daniels가 이끄는 우리의 연구의 경우, 우리가 분석 한 데이터는 화면을 가로 질러 움직이는 점 그룹이 왼쪽인지 오른쪽으로 이동하는지 여부를 결정 해야하는 Macaques의 Stanford의 Bill Newsome 그룹에 의해 실험 중에 수집되었습니다. 원숭이 가이 작업을 수행하는 동안 신경 발사 패턴에 대한 데이터가 기록되었습니다. 우리는 원숭이가 처음에 데이터를 처리함에 따라 몇 가지 단일 뉴런이 결정이 무엇인지에 대한 강한 의견을 가지고 있음을 발견했습니다. 그러나 이것은 충분하지 않습니다. 원숭이가 결정한 것을 기대하고 싶다면 원숭이의 결정에 대한 좋은 예측을 얻기 위해 많은 뉴런을 폴링해야합니다. 그런 다음 의사 결정 지점이 다가 오면이 패턴이 이동합니다. 뉴런은 동의하기 시작하고 결국 각각은 그 자체로 최대 예측입니다.
우리는이 두 단계를 포함하는 것으로 보이는 집단 계산의 원칙을 가지고 있습니다. 뉴런은 나가서 반 독립적으로 시끄러운 입력에 대한 정보를 수집하며 이는 신경 크라우드 소싱과 같습니다. 그런 다음 그들은 모여서 결정이 무엇인지에 대한 합의에 도달합니다. 그리고이 정보 축적 및 합의 원칙은 일부 원숭이 사회에도 적용됩니다. 원숭이는 반 독립적으로 싸움에서 이길 수있는 일종의 반 독립적 인 것을 알아 낸 다음 특별한 신호를 교환 하여이 정보를 통합합니다. 이 신호의 네트워크는 한 개인의 싸움에서 힘을 사용할 수있는 능력에 대해 그룹에 얼마나 많은 합의가 있는지 인코딩합니다.
최근의 또 다른 논문은 조지아 주 로렌스 빌에있는 Yerkes National Premate Research Center에서 대학원 작업 중에 생산 한 동일한 원숭이 데이터 세트를 사용한다는 것을 알았습니다. 이 시스템에 대해 생각으로 돌아 왔을 때 무엇을 찾았습니까?
우리는 사회 시스템이나 다른 생물학적 시스템이 상태 A에서 국가 B로 어떻게 진행되는지 이해하고 싶었습니다. 물고기 그룹이 어떻게 고발에서 학교에서 학교로 가는지, 또는 사회적 시스템이 몇 가지 초능적 인 동물을 갖는 것에서 불평등이 적은 설정으로 어떻게 진행되는지 . 이와 같은 다른 상태 사이의 전환을 용이하게하는 것으로 알려진 한 가지 메커니즘은 시스템이 중요하거나 팁 포인트에있는 것 근처에 앉는 것입니다. 우리는 생물학적으로 의미있는 용어로 시스템이 중요한 지점에서 얼마나 멀리 있는지 측정하는 방법을 찾기 시작했습니다. 기계적으로 이해되는 유닛을 생각해 낼 수 있습니까?
우리는 우리가 원숭이 사회를 유도 할 수 있는지에 관심이있었습니다. 우리는이 원숭이 그룹에서의 싸움이 2에서 30 명 정도의 개인의 크기가 범위이며, 작은 싸움은 일반적이고 큰 싸움은 매우 드물다는 것을 관찰했습니다. 우리는 싸움 결합 결정에 대해 수집 한 데이터를 사용하여 사회를 시뮬레이션함으로써, 우리는 시스템을 임계점에 더 가깝게 이동시키기 위해 싸움에 참여하는 경향이 증가 해야하는 원숭이의 수를 측정 할 수 있음을 발견했습니다.
.이 시스템에서는 시스템을 가장자리 위로 밀기 위해 약 3 ~ 5 명의 개인이 필요합니다. 또한 개인은 자신의 행동이 시스템에 얼마나 많은 영향을 미치는지에 따라 다르다는 것을 발견했습니다. 큰 기고자들이 싸움에 참여할 가능성이 높으면 시스템은 매우 민감한 임계점으로 이동하여 작은 섭동 이이 전투 상태로 넘어갈 수 있음을 의미합니다. 그리고 우리는 논문에서 이것을 연구하지는 않았지만 시스템이 극적으로 변할 것이라는 전투 상태가 유용하다는 것을 의미한다고 추측합니다. 환경이 알려진 것에서 알려지지 않은 상태로 바뀌면 그룹을 완전히 재구성하는 것이 당신이하고 싶은 일일 수 있습니다.
.Macaques는 이러한 질문을하기위한 모델 시스템 역할을했지만 우리가 개발 한 접근 방식이 다른 많은 다른 종류의 데이터에 적용될 수 있기를 바랍니다.
.인간 사회도 최근에 약간 혼란스러워 보입니다. 이런 종류의 생각을 그 방향으로 적용하려는 유혹을받은 적이 있습니까?
전적으로. 금융 및 경제학 분야의 일부 친구들의 도움으로 우리는 연구에서 금융 시장으로 조금만 옮기고 있습니다. 이런 종류의 집단 계산 질문을하는 놀라운 모델 시스템이라고 생각합니다. 다음 회의는 오늘 우리의 중요성 접근 방식을 적용하는 방법과 물리적 시스템의 물질 단계를 찾을 수있는 새로운 기계 학습 결과, 정치 데이터 또는 시장 데이터에 대한 방법에 관한 것입니다. 우리의 목표는 재무 데이터에 위상 전환 또는 중요한 현상에 대한 증거가 있는지 여부를 다루고 시장을 임계점에 더 가깝게 이동할 수있는 행동 과정을 이해하는 것입니다.
이제 이런 종류의 질문에 대해 마음의 내용에 대한 후속 조치를 취할 수 있으므로 도서관의 스택에서 코넬에서 자신을 방문 할 수 있다면 무엇을 말 하시겠습니까?
Jorge Luis Borges는 제가 가장 좋아하는 작가 중 한 명이며, 그는“최악의 미로는 우리를 영원히 포착 할 수있는 복잡한 형태가 아니라 단일이고 정확한 직선을 따라 무언가를 썼습니다. 내 길은 직선이 아닙니다. 그것은 매우 흥미롭고 미로의 길이었습니다. 그리고 나는 그것을 두려워하지 말라고 말할 것 같습니다. 무엇이 필요한지, 어떤 도구 나 개념이 필요한지 모릅니다. 문제는 광범위하게 읽고 항상 배우는 것입니다.
원시 데이터 테이블로 시작하고 이런 종류의 웅대 한 패턴을 가져 오는 것이 어떤지 이야기 할 수 있습니까? 단일 유레카 순간이 있습니까? 아니면 느리게 실현 되나요?
일반적으로, 우리는 몇 가지 아이디어를 가지고 있으며, 우리 그룹은 그것들을 논의한 다음, 그룹 회의에서 몇 달 또는 몇 년에 걸쳐 이러한 문제를 해시합니다. 우리는 느리고 사려 깊은 과학으로 괜찮습니다. 우리는 과학의 가장자리에 약간의 문제를 해결하는 경향이 있으며, 우리가하는 일은 그것들을 공식화하는 것입니다. 많은 논의는 다음과 같습니다.“핵심 문제는 무엇이며, 어떻게 단순화합니까? 올바른 측정 값, 올바른 변수는 무엇이며,이 문제를 수학적으로 표현하는 올바른 방법은 무엇입니까?” 그것은 항상 데이터, 이러한 토론 및 보드의 수학의 조합으로, 우리에게 견인력을주는 문제를 표현하게합니다.
우리는 산타페 연구소 에서이 주장을 많이 가지고 있습니다. 어떤 사람들은“글쎄, 하루가 끝나면 모든 수학입니다.”라고 말할 것입니다. 그리고 나는 그것을 믿지 않습니다. 나는 과학 이이 세 가지의 교차점, 즉 데이터, 토론 및 수학의 교차점에 있다고 생각합니다. 그것은 삼각 측량입니다 - 그것이 과학입니다. 그리고 진정한 이해는 그런 것이 있다면, 우리가 세상을 대표하는이 세 가지 방법 사이의 번역을 할 수있을 때만옵니다.
수정 :이 기사는 2017 년 7 월 6 일에 비디오의 캡션을 수정하고 C4에서 David Krakauer의 전문적인 역할에 대한 진술을 수정하기 위해 개정되었습니다.
