How do schools of fish swim in harmony? - Nathan S. Jacobs

魚の群れはどうやって調和して泳いでいるのか － ネイサン・S・ジェイコブス

翻訳: Takamitsu Hirono 校正: Naoko Fujii

How do schools of fish swim in harmony?

どうやって魚の群れは 調和して泳いでいるのでしょうか？

And how do the tiny cells in your brain give rise to the complex thoughts,

また 脳を構成する小さな細胞は どうやってあなたの複雑な考えや

memories,

記憶

and consciousness that are you?

意識を生み出すのでしょうか

Oddly enough, those questions have the same general answer:

不思議なことに これらの質問の答えはほぼ共通です

emergence,

「創発」 すなわち

or the spontaneous creation of sophisticated behaviors and functions

単純な要素からなる大きなグループが 洗練された行動や機能を

from large groups of simple elements.

自然発生的に生み出すことです

Like many animals, fish stick together in groups,

他の多くの動物と同様に 魚も群れで行動します

but that's not just because they enjoy each other's company.

しかしそれは仲間で行動することが 楽しいからではありません

It's a matter of survival.

むしろ死活問題です

Schools of fish exhibit complex swarming behaviors

魚の群れは 複雑な群泳の動きを見せ

that help them evade hungry predators,

空腹の捕食者から逃れることを 助けてくれます

while a lone fish is quickly singled out as easy prey.

魚１匹の場合には すぐに格好の餌食にされてしまいます

So which brilliant fish leader is the one in charge?

それでは有能なリーダーは どこにいるのでしょうか？

Actually, no one is,

実はいません

and everyone is.

誰もがリーダーです

So what does that mean?

なんですって？

While the school of fish is elegantly twisting, turning, and dodging sharks

魚の群れは華麗に身をひねり 向きを変えて サメから身をかわすので

in what looks like deliberate coordination,

意図的な連携があるように見えますが

each individual fish is actually just following two basic rules

実際には 個々の魚は サメとは全く関係のない

that have nothing to do with the shark:

２つの基本的なルールに 従っているだけです

one, stay close, but not too close to your neighbor,

その１は お互いに つかず離れずの距離を保つこと

and two, keep swimmming.

その２は泳ぎ続けることです

As individuals, the fish are focused on the minutiae of these local interactions,

魚の１匹１匹は この些細で局所的な 相互作用に集中しています

but if enough fish join the group, something remarkable happens.

しかし十分な数の魚が群れに参加すると 驚くべきことが起こるのです

The movement of individual fish is eclipsed by an entirely new entity:

個々の魚の動きは 全く新しい実体の中に影を潜めます

the school, which has its own unique set of behaviors.

魚の群れ全体が独自で 一連の動きを始めるのです

The school isn't controlled by any single fish.

群れは１匹によって 統率されているわけではありません

It simply emerges if you have enough fish following the right set of local rules.

十分な数の魚が 局所的なルールに 沿ってさえいれば出現するのです

It's like an accident that happens over and over again,

何度も何度も起きる偶然のようなものが

allowing fish all across the ocean to reliably avoid predation.

海を泳ぐ魚たちが捕食者から逃げることを 可能にしているのです

And it's not just fish.

魚に限ったことではありません

Emergence is a basic property of many complex systems of interacting elements.

創発は相互作用する要素からなる 多くの複雑系が持つ基本的特性です

For example, the specific way in which millions of grains of sand

例えば 何百万もの砂粒が

collide and tumble over each other

決まった方法でお互い衝突し舞い上がると

almost always produces the same basic pattern of ripples.

ほとんど毎回 同じ砂紋ができあがります

And when moisture freezes in the atmosphere,

そして大気中で水分が凍結する時には

the specific binding properties of water molecules

水分子の特別な結合方法が

reliably produce radiating lattices that form into beautiful snowflakes.

放射状の構造からなる 美しい雪の結晶を 安定的に生み出します

What makes emergence so complex

創発が複雑なのは

is that you can't understand it by simply taking it apart,

例えば車のエンジンのように 要素に分解しても

like the engine of a car.

理解できないからです

Taking things apart is a good first step to understanding a complex system.

物事を分解して考えるのは 複雑系を理解する第一歩には良いものです

But if you reduce a school of fish to individuals,

しかし魚の群れを個体に分けると

it loses the ability to evade predators,

捕食者から逃れる能力を失い

and there's nothing left to study.

研究に値するものは何も残りません

And if you reduce the brain to individual neurons,

もし脳を個々のニューロンに分解しても

you're left with something that is notoriously unreliable,

全く役に立たないものになることは よく知られています

and nothing like how we think and behave,

控えめに言っても 大体の場合 それは私たちの思考や行動とは

at least most of the time.

全く違うものでしょう

Regardless, whatever you're thinking about right now

一方 あなたが今考えているどんな事柄も

isn't reliant on a single neuron lodged in the corner of your brain.

脳の片隅にある１つのニューロンだけに よるものではありません

Rather, the mind emerges from the collective activities

むしろ精神活動は とても多くのニューロンの

of many, many neurons.

集合的な活動によって起こります

There are billions of neurons in the human brain,

人間の脳には 何十億ものニューロンがあり

and trillions of connections between all those neurons.

これらのニューロンの間には 何兆もの連結があります

When you turn such a complicated system like that on,

そのような複雑なシステムに スイッチを入れたら

it could behave in all sorts of weird ways, but it doesn't.

あらゆる奇妙な挙動をしそうですが そうはなりません

The neurons in our brain follow simple rules, just like the fish,

私たちの脳のニューロンは 魚と同じように単純なルールに従っており

so that as a group, their activity self-organizes into reliable patterns

グループにすると 安定したパターンを自ら生み出すのです

that let you do things like recognize faces,

それによって顔を認識したり

successfully repeat the same task over and over again,

何度も何度も同じ作業を 上手に繰り返したり

and keep all those silly little habits that everyone likes about you.

皆が好感を持つ些細なしぐさを 繰り返すことができるのです

So, what are the simple rules when it comes to the brain?

では脳の場合の 単純なルールとは何でしょうか

The basic function of each neuron in the brain

脳内での個々のニューロンの基本的な機能は

is to either excite or inhibit other neurons.

他のニューロンを興奮させたり 抑制したりすることです

If you connect a few neurons together into a simple circuit,

いくつかのニューロンをつなげて 簡単な回路を作ると

you can generate rhythmic patterns of activity,

活動のリズミカルなパターンや

feedback loops that ramp up or shut down a signal,

信号を発したり停止したりする フィードバック・ループ

coincidence detectors,

一致検出器や

and disinhibition,

脱抑制が起こります

where two inhibitory neurons can actually activate another neuron

脱抑制とは 抑制性ニューロンが ２つそろうと ブレーキが取り除かれて

by removing inhibitory brakes.

別の細胞を活性化できることです

As more and more neurons are connected,

より多くのニューロンがつながると

increasingly complex patterns of activity emerge from the network.

そのネットワークから ますます複雑な活動パターンが生み出されます

Soon, so many neurons are interacting in so many different ways at once

やがて 多くのニューロンが 同時かつ多様に 相互作用するようになり

that the system becomes chaotic.

システムは混沌状態になります

The trajectory of the network's activity cannot be easily explained

ネットワーク活動の軌跡は

by the simple local circuits described earlier.

前に説明した 単純で局所的な回路では 容易に説明できません

And yet, from this chaos, patterns can emerge,

そしてさらに この混沌から パターンが生み出され

and then emerge again and again in a reproducible manner.

しかも次から次へと再生産されます

At some point, these emergent patterns of activity

ある時点でこの行動の発生パターンは

become sufficiently complex,

十分に複雑になり

and curious to begin studying their own biological origins,

人間は 創発現象だけでなく 自らの生物学的起源についても

not to mention emergence.

興味をもつまでに至ったわけです

And what we found in emergent phenomena at vastly different scales

そして実に様々な規模で現れる 創発の現象は

is that same remarkable characteristic as the fish displayed:

魚が見せる素晴らしい特徴と 同じなのです

That emergence doesn't require someone or something to be in charge.

創発は核となる人物やモノを 必要としません

If the right rules are in place,

正しくルールが適用されており

and some basic conditions are met,

いくつかの基本的な条件が合えば

a complex system will fall into the same habits over and over again,

複雑系は 同じ習性を 何度も何度も繰り返し

turning chaos into order.

混沌は調和に変わるのです

That's true in the molecular pandemonium that lets your cells function,

そしてあなたの細胞を機能させる 分子の複雑な挙動や

the tangled thicket of neurons that produces your thoughts and identity,

あなたの思考やあなたらしさを生み出す 複雑に絡まり合ったニューロンや

your network of friends and family,

友達とか家族のネットワーク

all the way up to the structures and economies of our cities across the planet.

世界中の街の構造や経済に至るまで これと同じことが起こっているのです