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

Почему косяки рыб плавают слаженно? — Натан Якобс

Переводчик: Ростислав Голод Редактор: Anna Kotova

How do schools of fish swim in harmony?

Как косяку рыб удаётся плавать так слаженно?

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

И как крохотные клеточки в вашем мозге порождают сложные мысли,

memories,

воспоминания

and consciousness that are you?

и сознание, из которых складывается ваше «Я»?

Oddly enough, those questions have the same general answer:

Это покажется странным, но на эти вопросы существует один общий ответ:

emergence,

эмерджентность,

or the spontaneous creation of sophisticated behaviors and functions

или спонтанное возникновение сложного поведения и функций

from large groups of simple elements.

больших групп, состоящих из простых элементов.

Like many animals, fish stick together in groups,

Как и многие другие животные, рыбы собираются в группы

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

не просто потому, что им нужна компания.

It's a matter of survival.

Для них это вопрос выживания.

Schools of fish exhibit complex swarming behaviors

Косяки рыб являются примером сложного поведения толпы,

that help them evade hungry predators,

позволяющего избежать голодных хищников,

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

так как одну рыбу легко заприметить в качестве добычи.

So which brilliant fish leader is the one in charge?

Которая из рыб в косяке является опытным вожаком?

Actually, no one is,

Вообще-то, никто

and everyone is.

и все одновременно.

So what does that mean?

Что это означает?

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

Пока косяк рыб так элегантно кружится, изгибается и уворачивается от акул,

in what looks like deliberate coordination,

что кажется, будто движения осознанны,

each individual fish is actually just following two basic rules

каждая рыба в отдельности подчиняется двум основным правилам,

that have nothing to do with the shark:

на которые никак не влияют акулы:

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

первое — будь рядом с соседом, но не слишком близко к нему,

and two, keep swimmming.

и второе — всё время плыви.

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

По отдельности рыбы сосредоточены на множестве мелочей таких взаимодействий,

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

но как только собирается много рыб, происходит невероятное.

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

Движение каждой из них строго подчиняется новому существу —

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

косяку, который ведёт себя особым образом.

The school isn't controlled by any single fish.

Косяк не подчиняется одной рыбе,

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

он образуется, если достаточно рыб следуют определённым правилам.

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

Это похоже на случайность, которая повторяется снова и снова,

allowing fish all across the ocean to reliably avoid predation.

так действуют морские рыбы, чтобы гарантированно избежать хищников.

And it's not just fish.

Но не только рыбы.

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

Эмерджентность — основное свойство многих сложных систем связанных элементов.

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

Например, таким особым способом миллионы песчинок

collide and tumble over each other

сталкиваются и падают друг на друга,

almost always produces the same basic pattern of ripples.

отчего всегда возникают похожие на волны рисунки.

And when moisture freezes in the atmosphere,

А когда влага замерзает в атмосфере,

the specific binding properties of water molecules

особые связующие свойства молекул воды

reliably produce radiating lattices that form into beautiful snowflakes.

формируют расходящиеся лучами решётки, из которых получаются снежинки.

What makes emergence so complex

Сложность эмерджентности состоит в том,

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

что её работу невозможно понять, просто разобрав её на составляющие,

like the engine of a car.

как двигатель автомобиля.

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

Разбор на составляющие — хороший первый шаг к пониманию сложных систем,

But if you reduce a school of fish to individuals,

но стоит свести косяк к отдельным рыбам,

it loses the ability to evade predators,

то он моментально утратит способность избегать хищников,

and there's nothing left to study.

и изучать будет больше нечего.

And if you reduce the brain to individual neurons,

Если свести мозг к отдельным нейронам,

you're left with something that is notoriously unreliable,

то вы получите нечто совсем непригодное,

and nothing like how we think and behave,

непохожее на то, как мы думаем или ведём себя,

at least most of the time.

по крайней мере, обычно.

Regardless, whatever you're thinking about right now

Неважно, о чём вы думаете прямо сейчас,

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

это происходит не в одном нейроне, где-то в уголке вашего мозга.

Rather, the mind emerges from the collective activities

Напротив, разум формируется в результате слаженных действий

of many, many neurons.

многих, очень многих нейронов.

There are billions of neurons in the human brain,

В человеческом мозге существуют миллиарды нейронов

and trillions of connections between all those neurons.

и триллионы соединительных связей между нейронами.

When you turn such a complicated system like that on,

Если разом «активировать» столь сложную систему,

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

она будет вести себя очень странно, но этого не происходит.

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

Как и рыба в косяке, нейроны нашего мозга подчиняются простым правилам,

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

их деятельность в группе строится по определённым моделям,

that let you do things like recognize faces,

что позволяет вам, например, узнавать лица,

successfully repeat the same task over and over again,

чётко выполнять определённые задачи несколько раз

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

и приобретать забавные черты характера, которые так нравятся в вас другим.

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

Так каким же простым правилам подчиняется мозг?

The basic function of each neuron in the brain

Основная функция каждого нейрона мозга —

is to either excite or inhibit other neurons.

либо возбуждать, либо сдерживать другие нейроны.

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

Если соединить несколько нейронов в простую цепь,

you can generate rhythmic patterns of activity,

можно создать ритмические структуры активности,

feedback loops that ramp up or shut down a signal,

контуры обратной связи, которые наращивают или гасят сигнал,

coincidence detectors,

синхронизируют работу органов чувств

and disinhibition,

и растормаживание,

where two inhibitory neurons can actually activate another neuron

при которых два подавляющих нейрона могут активировать другой нейрон,

by removing inhibitory brakes.

устранив подавляющие рамки.

As more and more neurons are connected,

Чем больше соединяется нейронов,

increasingly complex patterns of activity emerge from the network.

в сети возникают всё более сложные модели активности.

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

Наконец по-разному взаимодействует столько нейронов,

that the system becomes chaotic.

что в системе возникает хаос.

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

Траекторию деятельности сети трудно объяснить

by the simple local circuits described earlier.

простыми короткими цепями, о которых мы говорили раньше.

And yet, from this chaos, patterns can emerge,

Но даже из этого хаоса начинают проступать системы,

and then emerge again and again in a reproducible manner.

которые возникают снова и снова и воспроизводят друг друга.

At some point, these emergent patterns of activity

В определённый момент эмерджентные модели деятельности

become sufficiently complex,

становятся настолько сложны,

and curious to begin studying their own biological origins,

что их начинает интересовать природа собственного происхождения,

not to mention emergence.

не говоря уже об эмерджентности.

And what we found in emergent phenomena at vastly different scales

Что присуще феномену эмерджентности в системах различных масштабов,

is that same remarkable characteristic as the fish displayed:

так это те же свойства, что мы находим у рыб:

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

для эмерджентности не обязательно, чтобы кто-то или что-то были «за главного».

If the right rules are in place,

Если существуют нормальные правила

and some basic conditions are met,

и соблюдаются базовые условия,

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

сложная система воспроизводит всё те же модели поведения снова и снова

turning chaos into order.

и хаос становится порядком.

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

Это верно и для «столпотворения» молекул, позволяющих работать клеткам,

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

и для спутанной толщи нейронов, порождающих ваши мысли и личность,

your network of friends and family,

и для вашего круга друзей и членов семьи,

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

а также для инфраструктуры и экономики городов по всему миру.