Đàn chim bay. Châu chấu tràn ngập. Trường cá. Trong các tập hợp sinh vật dường như có thể trở nên hỗn loạn, trật tự bằng cách nào đó đã xuất hiện. Các hành vi tập thể của động vật khác nhau về chi tiết giữa các loài, nhưng chúng phần lớn tuân thủ các nguyên tắc chuyển động tập thể mà các nhà vật lý đã tìm ra qua nhiều thế kỷ. Giờ đây, bằng cách sử dụng những công nghệ chỉ mới có gần đây, các nhà nghiên cứu đã có thể nghiên cứu những kiểu hành vi này một cách chặt chẽ hơn bao giờ hết.

Trong tập này, nhà sinh thái học tiến hóa Iain Couzin trò chuyện với người đồng tổ chức Steven Strogatz về cách thức và lý do tại sao động vật thể hiện các hành vi tập thể, tụ tập như một hình thức tính toán sinh học và một số lợi ích tiềm ẩn về thể lực khi sống như một phần của một nhóm tự tổ chức thay vì với tư cách cá nhân. Họ cũng thảo luận về việc nâng cao hiểu biết về các loài gây hại như châu chấu có thể giúp bảo vệ an ninh lương thực toàn cầu như thế nào.

Lắng nghe về Podcast của Apple, Spotify, Google Podcasts, TuneIn hoặc ứng dụng podcasting yêu thích của bạn, hoặc bạn có thể truyền nó từ Quanta.

Bảng điểm

[Vở kịch chủ đề]

STEVEN STROGATZ: Trong khắp vương quốc động vật, từ những loài gặm nhấm nhỏ bé đến cá, chim, linh dương, thậm chí cả loài linh trưởng như chúng ta, các sinh vật có xu hướng tổ chức thành những mô hình di chuyển lớn nhằm theo đuổi một mục tiêu tập thể dường như mang tính tự phát. Thông thường, không có sinh vật riêng lẻ nào xuất hiện để đóng vai trò lãnh đạo, điều phối các phong trào quần chúng này. Đúng hơn là các con vật chỉ xếp hàng liền mạch.

Và mặc dù có cảm giác như những hệ thống như vậy sẽ rơi vào tình trạng hỗn loạn hoặc bất ổn, những tập thể này bằng cách nào đó vẫn xoay sở để di chuyển theo những cách có vẻ phối hợp cực kỳ tốt và có mục đích, như bất kỳ ai đã xem tiếng rì rào của chim sáo hoặc một đàn cá đều có thể chứng thực. Nhưng động lực đằng sau hành vi này là gì?

Tôi là Steve Strogatz và đây là “The Joy of Why”, một podcast từ Tạp chí Quanta người đồng tổ chức của tôi ở đâu Janna Levin và tôi lần lượt khám phá một số câu hỏi chưa có lời giải lớn nhất trong toán học và khoa học ngày nay.

[Chủ đề kết thúc]

Trong tập này, chúng ta sẽ tìm hiểu lý do tại sao động vật lại tụ tập, bầy đàn và trường học. Làm thế nào các công nghệ mới nhất, như trí tuệ nhân tạo và máy ảnh 3D, mang lại cái nhìn sâu sắc mới? Và việc nghiên cứu động lực học của nhóm động vật có thể cho chúng ta biết điều gì về bản thân chúng ta, cả về mặt cá nhân lẫn tập thể?

Người làm sáng tỏ những bí ẩn này là nhà sinh thái học tiến hóa Iain Couzin. Iain là giám đốc Khoa Hành vi Tập thể tại Viện Hành vi Động vật Max Planck và là giáo sư chính thức tại Đại học Konstanz. Trong số rất nhiều danh hiệu mà ông nhận được có Giải thưởng Nhà thám hiểm mới nổi của Địa lý Quốc gia, Giải Lagrange, vinh dự cao nhất trong lĩnh vực khoa học phức tạp và Giải Leibniz, vinh dự nghiên cứu cao nhất của Đức. Iain, chúng tôi rất vui khi có bạn đi cùng hôm nay.

IAIN COUZIN: Thật tuyệt khi được ở đây, Steve.

STROGATZ: Vâng, tôi rất vui được gặp lại bạn. Chúng ta là bạn cũ và đây thực sự sẽ là một điều tuyệt vời khi được nghe về những hành vi tập thể mới nhất. Nhưng hãy bắt đầu - tôi cho rằng chúng ta nên nói về mẫu vật của bạn là ai? Bạn có thể cho chúng tôi biết một chút về một số loài động vật và sự đa dạng của các dạng hành vi tập thể của chúng trong các hệ thống mà bạn đã nghiên cứu không?

COUZIN: Chà, đó là một trong những điều tuyệt vời nhất khi nghiên cứu hành vi tập thể. Đó là trung tâm của rất nhiều quá trình diễn ra sự sống trên hành tinh của chúng ta mà chúng ta thực sự nghiên cứu nhiều loại sinh vật, từ loài động vật đơn giản nhất trên hành tinh - nó được gọi là placozoa; nó là một ngành cơ bản, có thể là động vật đa bào đơn giản nhất trên hành tinh; của nó một đám tế bào, hàng nghìn tế bào, di chuyển nhiều giống như một đàn chim hoặc một đàn cá - xuyên qua các động vật không xương sống, như kiến, có hành vi phối hợp đáng kinh ngạc, hoặc châu chấu, tạo thành một số bầy lớn nhất, tàn khốc nhất đối với động vật có xương sống, chẳng hạn như bầy đàn cá, chim bay, động vật móng guốc chăn gia súc và động vật linh trưởng, bao gồm cả chúng ta - con người.

STROGATZ: Vì vậy, nó thực sự có vẻ như bao trùm toàn bộ gam màu, từ - tôi phải thừa nhận, tôi chưa bao giờ nghe nói về điều này, tôi có hiểu đúng không: placozoa?

COUZIN: Placozoa, vâng. Sinh vật nhỏ bé này được tìm thấy đang bò quanh kính của một bể cá nhiệt đới. Bạn có thể nhìn thấy nó bằng mắt thường. Nó khoảng một milimet, có thể là một milimet rưỡi nếu nó rất lớn. Và bạn biết đấy, việc nghiên cứu sinh vật đáng chú ý này chỉ mới thực sự thu hút được sự chú ý của các nhà khoa học gần đây.

Và điều đó phần lớn là do đám tế bào kỳ lạ nhỏ bé này thực sự có sự phức tạp về mặt di truyền mà bạn có thể liên tưởng đến một sinh vật phức tạp hơn nhiều. Ví dụ, nó có rất nhiều chất dẫn truyền thần kinh nhưng lại không có tế bào thần kinh.

[STROGATZ cười]

Nó có cái được gọi là hox gen. hox gen nằm trong sinh học phát triển gắn liền với các sơ đồ cơ thể phức tạp. Nó không có một kế hoạch cơ thể phức tạp. Và có lẽ bạn có thể nghĩ, sinh vật này có thể đã tiến hóa để trở nên phức tạp hơn và sau đó tái tiến hóa để đơn giản hóa bản thân, và do đó nó giữ những đặc điểm phức tạp này.

Nhưng các nhà nghiên cứu di truyền đã xuất bản một loại bài báo mang tính bước ngoặt trên tạp chí Thiên nhiên điều đó cho thấy, không, trên thực tế, đây là một trong những hầu hết các nhóm tế bào nguyên thủy. Và tất nhiên, hành vi tập thể, ví dụ nào đẹp hơn việc các tế bào kết hợp với nhau để tạo thành một sinh vật. Bạn biết? Vì vậy, đây là một trong những lý do chúng tôi nghiên cứu vấn đề này: để cố gắng hiểu hành vi tập thể đóng vai trò trung tâm như thế nào đối với nguồn gốc của sự sống phức tạp trên hành tinh của chúng ta.

STROGATZ: Này anh bạn, đây mới là giai đoạn đầu của cuộc phỏng vấn và bạn đã làm tôi choáng ngợp rồi. Bạn cũng đang làm tôi chệch hướng khỏi những gì tôi nghĩ tôi sẽ nói với bạn. Điều này thật thú vị và mới mẻ đối với tôi đến nỗi tôi choáng váng. Tôi muốn quay lại phần này của câu chuyện bởi vì nó như vậy - ý tôi là, thực sự đáng ngạc nhiên là họ sẽ… Tôi nghe bạn nói đúng không, rằng họ có những thứ liên quan đến việc có hệ thần kinh, nhưng lại không có hệ thần kinh? Và có gen sinh học phát triển như thể chúng cần phải tiến hóa cả một sơ đồ cơ thể phức tạp như ruồi giấm, nhưng chúng lại không có cơ thể như vậy?

COUZIN: Chính xác chính xác. Và vì vậy, chúng thực sự có thể cho chúng ta gợi ý về nguồn gốc của trí thông minh. Nghiên cứu cụ thể của chúng tôi, mà chúng tôi đã xuất bản năm nay, bạn biết đấy, chúng tôi đã cho thấy rằng cấu trúc cơ thể mà chúng thực sự hoạt động rất giống một đàn chim hoặc một đàn cá, với các tế bào tương tác cục bộ với các tế bào khác và có xu hướng điều chỉnh hướng di chuyển của chúng.

Vì thế họ bị thu hút lẫn nhau. Chúng được kết nối với nhau giống như một tấm đàn hồi, nhưng chúng cũng có xu hướng chuyển động. Chúng có lông mao, những lông mao nhỏ ở gốc nên chúng có thể di chuyển dọc theo môi trường. Và những lực mà chúng tác dụng lên những nước láng giềng gần khiến chúng liên kết với nhau.

Và vì vậy, nếu chúng ta theo dõi những tế bào này dưới kính hiển vi, và nhìn vào sự liên kết và nhìn vào sự hấp dẫn của các cá nhân, chúng ta sử dụng rất nhiều công nghệ giống nhau, cùng mô hình, cùng lối suy nghĩ mà chúng ta sử dụng cho hành vi tập thể trong đàn chim hoặc trường học cá hoặc các loại nhóm khác nhưng hãy áp dụng nó cho những con vật này.

Và vì vậy, đây là một trong những điều tôi thấy đáng chú ý nhất về hành vi tập thể, đó là mặc dù các thuộc tính của hệ thống, dù bạn là tế bào hay bạn là chim, đều rất khác nhau, khi bạn nhìn vào hành động tập thể, các tính chất tập thể, toán học làm nền tảng cho điều này, thực sự có thể hóa ra rất giống. Và vì vậy chúng ta có thể tìm thấy những thứ này, được gọi là những thuộc tính phổ quát, kết nối những hệ thống khác nhau, có vẻ khác biệt này.

STROGATZ: Tất nhiên, bây giờ bạn đang nói ngôn ngữ của tôi, vì bạn biết đấy, đó là điều khiến tôi say mê với hành vi tập thể, đó là có những nguyên tắc toán học phổ quát dường như áp dụng lên xuống thang đo từ ô đến ừ, tất nhiên là chúng tôi luôn muốn đặt mình lên hàng đầu.

Nhưng, được rồi, bạn đã nêu ra rất nhiều vấn đề khác nhau để chúng tôi suy nghĩ. Hãy để tôi thử quay lại từ đầu, cũng như tôi rất muốn ở lại cùng bạn ở đây với Placozoa.

Vì vậy, chẳng hạn, bạn đã đề cập đến những từ như “đàn” và “trường học” và đôi khi chúng tôi nghe mọi người nói về “bầy đàn”, chẳng hạn như côn trùng. Có lý do nào khiến chúng ta có ba từ khác nhau cho cùng một thứ không? Chẳng phải chúng thực sự giống nhau khi chúng ta nói về các nhóm tập thể sao? Có lý do gì mà chúng ta không nên nói đến những chủ đề như việc dạy chim hay đàn cá tụ tập?

COUZIN: Không, tôi nghĩ chúng tôi đã phát triển những từ này và các ngôn ngữ khác nhau có những từ khác nhau. Trong tiếng Đức, một ngôn ngữ có rất nhiều từ, nhưng thực ra chúng có tương đối ít. Trong khi đó trong tiếng Anh, chúng ta có rất nhiều từ khác nhau. Ví dụ như bạn biết đấy, một đàn quạ được gọi là vụ giết quạ.

[STROGATZ cười]

Chính bạn trước đó đã sử dụng một từ tuyệt vời, "tiếng lẩm bẩm" của chim sáo đá. Và tôi nghĩ chính điều đó, chính vẻ đẹp, vẻ đẹp quyến rũ của việc đổ xô, tụ tập và tụ tập, đã tạo nên những từ tuyệt vời này có thể gắn liền với những ví dụ cụ thể.

Và vì vậy, tôi nghĩ đó là một điều rất hữu ích, bởi vì trước đây tôi đã nhấn mạnh những điểm tương đồng, những điểm chung về toán học, nhưng cũng có những điểm khác biệt. Có sự khác biệt giữa một đàn tế bào và một đàn chim. Và vì vậy, để hiểu các hệ thống này, cả hai chúng ta đều phải xem xét các nguyên tắc chung nhưng cũng phải xem xét những nguyên tắc khác nhau giữa các hệ thống. Và theo một cách nào đó, loại ngôn ngữ nắm bắt một số điều đó cho chúng ta theo cách mà con người đã tách biệt hoặc chia chúng thành các loại khác nhau một cách tự nhiên.

STROGATZ: Hấp dẫn. Vì vậy, bạn đã đề cập đến “bầy đàn tế bào” và “bầy côn trùng”, tôi đoán là như vậy và bạn nói rằng có thể có một số khác biệt mặc dù chúng ta sử dụng cùng một từ. Những điều mà chúng ta nên phân biệt giữa những ví dụ đó là gì?

COUZIN: Vâng, tôi nghĩ điều thực sự thú vị là tại sao lại có điểm chung, bởi vì sự khác biệt rất sâu sắc. Một con vật có bộ não. Nó tiếp nhận thông tin cảm giác phức tạp và cố gắng đưa ra quyết định về môi trường của nó. Nhìn chung, động vật có khả năng thực hiện những hành vi phức tạp và phức tạp hơn nhiều so với tế bào.

Nhưng tất nhiên, bản thân các tế bào cũng có những quá trình nội bộ phức tạp. Nhưng sự tương tác của chúng bị chi phối ở mức độ lớn hơn bởi các lực vật lý, bởi quy mô chúng hoạt động và những căng thẳng hình thành, những căng thẳng vật lý hình thành trong tập hợp tế bào.

Trong khi các loài động vật, sự tương tác giữa các loài chim trong đàn, chúng lại vô hình. Chúng không có hình dạng vật chất. Và vì vậy ban đầu người ta có thể nghĩ, à, vậy thì đó chỉ là một sự tương tự. Trên thực tế, tôi có thể nói rằng cho đến khoảng 10 đến XNUMX năm trước, tôi vẫn nghĩ đó chỉ là một sự tương tự. Tôi nghĩ rằng những khác biệt này phải rất quan trọng. Nhưng điều chúng tôi bắt đầu hiểu là đặc điểm chung mà chúng có là tính toán.

Đó là những phần tử này tập hợp lại với nhau để tính toán về môi trường của chúng theo những cách mà chúng không thể tự mình tính toán được. Mỗi cá nhân, ngay cả khi bạn có bộ não con người rất phức tạp và bạn đang đi vòng quanh thế giới, trừ khi bạn có những tương tác xã hội với người khác, hoặc thậm chí hơn thế nữa, bạn biết đấy, được xây dựng dựa trên sự phức tạp về văn hóa mà chúng ta thừa hưởng khi chúng ta sinh ra trong cuộc đời thì chúng ta rất hạn chế.

Và vì vậy, có những câu hỏi sâu sắc và rất hấp dẫn mà chúng ta mới bắt đầu giải quyết về tính toán và sự xuất hiện của sự sống phức tạp.

STROGATZ: Thật là một quan điểm thú vị. Tôi không biết bạn sẽ nói gì khi bạn nói rằng họ có điểm chung. Tôi đã - không thể đoán được, nhưng tôi thích nó: tính toán.

Vì vậy, bạn biết đấy, nó khiến tôi nghĩ đến một điều nổi tiếng mà mọi người có thể đã xem các bộ phim trên YouTube hoặc trên truyền hình, nơi có một đàn chim - có thể đó là một con sáo đá - và một con diều hâu, một con chim ưng hoặc một con gì đó đang lao tới bầy. Có lẽ bạn nên mô tả trực quan cho chúng tôi về những gì xảy ra tiếp theo và tại sao tôi lại nghĩ rằng có liên quan gì đến tính toán trong ví dụ này?

COUZIN: Ý tôi là, nếu bạn nhìn vào những nhóm này, bạn biết đấy, khi bạn có những kẻ săn mồi này xuất hiện và tấn công những nhóm này, cho dù đó là đàn cá hay đàn chim, bạn sẽ thấy nhóm hành xử như một loại chất lỏng nhấp nhô. Bạn nhìn thấy những gợn sóng ánh sáng này xuyên qua nhóm hoặc những gợn sóng mật độ xuyên qua nhóm.

Và điều này cho thấy rằng các cá nhân thực sự có thể truyền bá thông tin về vị trí của kẻ săn mồi đó rất nhanh thông qua các tương tác xã hội. Vì vậy, chẳng hạn, những cá thể nhìn thấy kẻ săn mồi - có thể chỉ một số ít trong số họ ban đầu nhìn thấy kẻ săn mồi. Nhưng bằng cách chuyển, thì hành vi này được người khác sao chép, sự thay đổi về mật độ, sự thay đổi về cách quay được lan truyền cực kỳ nhanh chóng.

Và nếu chúng ta sử dụng - tôi chắc chắn chúng ta sẽ đề cập đến vấn đề này sau - nếu chúng ta sử dụng các công cụ hình ảnh tiên tiến để định lượng, đo lường những sóng quay này, nó sẽ tạo ra một làn sóng lan truyền nhanh hơn khoảng 10 lần so với tốc độ tối đa của chính kẻ săn mồi. Vì vậy, các cá thể có thể phản ứng với kẻ săn mồi mà chúng thậm chí không nhìn thấy.

Vì vậy, nhóm và các cá thể trong nhóm - bởi vì chọn lọc, chọn lọc tự nhiên, đang tác động lên các cá thể - thông thường, chúng thực sự có thể phản ứng với những kích thích mà chúng không phát hiện ra.

Bạn biết đấy, nó hơi giống một tế bào thần kinh truyền thông tin qua tín hiệu điện. Trong trường hợp này, đó không phải là tín hiệu điện. Đó thực sự là mật độ và sự chuyển hướng của các cá nhân xuyên suốt nhóm, nhưng nó cung cấp cho những cá nhân ở xa thông tin về mối đe dọa, vì vậy họ có thể bắt đầu di chuyển khỏi nó rất nhanh.

STROGATZ: Vì vậy, tôi nghĩ, đó là một ví dụ trực quan rất hay về ý nghĩa của tính toán trong bối cảnh này. Rằng chúng ta có thể thấy những làn sóng hoảng sợ hoặc né tránh này đang tràn qua đàn. Điều thú vị là nó nhanh hơn nhiều so với những gì các cá thể có thể tự làm được, và tôi đoán, nhanh hơn những gì kẻ săn mồi có thể tự mình tập hợp được.

COUZIN: Một trong những lý do tại sao điều này có thể xảy ra, tại sao chúng tôi nghĩ như vậy, là bởi vì nhóm - sự chọn lọc tự nhiên, mặc dù nó tác động lên các cá thể, nhưng thể lực của họ mới là vấn đề, sẽ có lợi ích tập thể cho mọi người nếu họ cư xử đúng mực. theo một cách nhất định.

Điều này một lần nữa liên quan đến những gì chúng ta đã học được từ các hệ thống vật lý, đặc biệt là các hệ thống vật lý. gần đến một giai đoạn chuyển tiếp. Vì vậy, một hệ thống gần với sự chuyển đổi giữa các trạng thái khác nhau, chẳng hạn như giữa chất rắn và chất lỏng, bạn biết đấy, nếu bạn đang đóng băng nước và nó đột nhiên chuyển thành chất rắn, hành vi tập thể của hệ thống đó khá đáng chú ý ở gần đó điểm chuyển tiếp, sự phân nhánh này, tất nhiên là lĩnh vực nghiên cứu của riêng bạn. Và đây là điều mà giờ đây chúng ta đã biết, giờ đây chúng ta có bằng chứng rất thuyết phục, rằng chọn lọc tự nhiên đẩy các hệ thống đến gần những điểm phân nhánh này vì những đặc tính tập thể, những đặc tính tập thể đáng chú ý, được thể hiện.

Khi chúng tôi lần đầu tiên đo lường những đặc tính này, có vẻ như các cá nhân đang thách thức các định luật vật lý. Thông tin được lan truyền rất nhanh.

Và đại loại là vào đầu những năm 1900, Edmund Selous, một người theo thuyết Darwin đã được xác nhận, nhưng, bạn biết đấy, cũng bị thu hút bởi niềm đam mê thần giao cách cảm trong thời đại Victoria, ông cho rằng phải có sự chuyển giao suy nghĩ, ông mô tả nó, hoặc thần giao cách cảm giữa các loài chim cho phép chúng giao tiếp nhanh chóng như vậy.

Và tất nhiên mọi người, bạn biết đấy, nghĩ, "Thật nực cười, tất nhiên không thể có thần giao cách cảm được." Nhưng trên thực tế, điều này có thể gây tranh cãi một chút, nhưng trên thực tế, tôi nghĩ chúng ta vẫn chưa hiểu rõ về các phương thức giác quan và cách thức mà thông tin này lan truyền nhanh chóng khắp hệ thống.

Tất nhiên, tôi không cho rằng có thần giao cách cảm. Nhưng tôi cho rằng bằng cách điều chỉnh một hệ thống, bằng cách điều chỉnh một hệ thống tập thể gần với điểm tới hạn này, gần với điểm phân nhánh này, nó có thể tạo ra những đặc tính tập thể đáng chú ý mà, đối với người quan sát, trông có vẻ kỳ ảo, đối với người quan sát, nhìn xem kỳ quái. Bởi vì vật lý trong các chế độ này rất kỳ quái, kỳ quái, đáng kinh ngạc, mặc dù khoa học có thể hiểu được.

STROGATZ: Vì vậy, tôi chỉ đang tự hỏi, trong trường hợp hành vi tập thể, liệu tự nhiên có điều chỉnh một đàn ở gần một điểm bất ổn hoặc tới hạn nào đó hay không. Có phải bạn đang cho rằng đó là một phần lý do khiến nó trở nên hiệu quả đến vậy?

COUZIN: Vâng, đó chính xác là những gì tôi đang đề xuất. Và vì vậy, ví dụ, bạn biết đấy, một lần nữa, rất bài báo gần đây trong vài năm gần đây mà chúng tôi xuất bản, chúng tôi đã hỏi, bạn biết đấy, việc đạt được điều tốt nhất trong tất cả các thế giới thì sao? Còn nếu, bạn biết đấy, trong những điều kiện chung bạn muốn ổn định, bạn muốn mạnh mẽ. Nhưng đôi khi, bạn muốn trở nên quá nhạy cảm. Và vì thế trong quá trình chọn lọc tự nhiên, các hệ thống sinh học phải cân bằng trạng thái tuyệt vời, dường như mâu thuẫn này, vừa mạnh mẽ vừa nhạy cảm. Làm thế nào bạn có thể vừa mạnh mẽ vừa nhạy cảm cùng một lúc?

Và vì vậy, chúng tôi nghĩ rằng, bạn biết đấy, việc điều chỉnh hệ thống đến gần điểm tới hạn này thực sự cho phép điều đó xảy ra bởi vì nếu hệ thống đi chệch hướng, nó thực sự sẽ tự ổn định. Nhưng khi bị đẩy tới điểm tới hạn đó, nó trở nên cực kỳ linh hoạt và nhạy cảm với các đầu vào, chẳng hạn như các đầu vào liên quan đến kẻ săn mồi đó. Vì vậy, nếu một đàn cá ở xa điểm quan trọng đó - ví dụ, nếu chúng rất liên kết chặt chẽ với nhau - và chúng phát hiện ra kẻ săn mồi, trên thực tế, phải mất rất nhiều nỗ lực để xoay chuyển tất cả những cá thể này. Họ phản ứng mạnh mẽ với nhau đến nỗi rất khó để tác động từ bên ngoài có thể thay đổi hành vi của họ.

Mặt khác, nếu chúng rất mất trật tự và tất cả đều di chuyển theo các hướng khác nhau, thì những người khác khó có thể nhận ra hướng thay đổi của một cá nhân và do đó nó không được truyền qua hệ thống.

Và ở điểm trung gian này, họ thực sự có thể tối ưu hóa khả năng ứng xử theo nhóm và linh hoạt, nhưng cũng có thể truyền tải thông tin. Và đây là một lý thuyết vật lý đã có từ lâu, nhưng nó thực sự chỉ mới được sử dụng trong vài năm gần đây bằng cách sử dụng công nghệ thị giác máy tính để theo dõi các loài động vật theo nhóm và để hỏi, làm thế nào để bạn thay đổi, bạn biết đấy, những tương tác của bạn khi, chẳng hạn như thế giới trở nên rủi ro hơn?

Với tư cách là những nhà sinh vật học, chúng tôi luôn nghĩ: “Chà, nếu thế giới ngày càng rủi ro và nguy hiểm hơn, tôi sẽ trở nên nhạy cảm hơn với các yếu tố đầu vào. Tôi sẽ bồn chồn hơn và có nhiều khả năng báo động sai hơn.” Và điều đó đúng với động vật bị cô lập. Điều đó đúng với con người khi chúng ta cư xử cô lập. Nhưng chúng tôi đã thử nghiệm điều này ở các nhóm động vật, những nhóm đã tiến hóa trong bối cảnh tập thể, và chúng tôi thấy điều đó không đúng với chúng.

Những gì họ làm là thay đổi mạng lưới, mạng lưới kết nối, về cách thông tin truyền qua hệ thống. Và họ điều chỉnh nó sao cho tối ưu hóa sự cân bằng giữa tính linh hoạt và tính mạnh mẽ này, tức là họ đưa nó vào chế độ quan trọng như chúng tôi đã dự đoán.

STROGATZ: Những nghiên cứu này được thực hiện trên những loại động vật nào?

COUZIN: Vì vậy, chúng tôi chủ yếu làm việc với những đàn cá nhỏ vì chúng phải giải quyết cùng một loại vấn đề - tránh những kẻ săn mồi, tìm môi trường sống thích hợp - nhưng chúng vẫn có thể điều khiển được trong môi trường phòng thí nghiệm. Vậy thực ra cá có một chất hóa học, được gọi là schreckstoff, trong tiếng Đức nghĩa đen chỉ có nghĩa là “thứ đáng sợ”. Và schreckstoff được giải phóng một cách tự nhiên, nếu kẻ săn mồi tấn công cá thì nó phải giải phóng hóa chất này.

Vì vậy chúng ta có thể đặt schreckstoff dưới nước nên không có vị trí của kẻ săn mồi, nhưng nhận định của cá nhân về môi trường này thay đổi, thế giới trở nên nguy hiểm hơn.

Vậy bạn sẽ làm gì, bạn có thay đổi những gì đang diễn ra trong não mình không? Bạn có thay đổi cách bạn tương tác với môi trường không? Bạn có trở nên sợ hãi hơn không, đó có phải là điều tự nhiên mà chúng ta có thể nghĩ rằng động vật làm không?

Hoặc, nếu bạn tưởng tượng, trong một hệ thống mạng, trong một hệ thống tập thể, bạn có thay đổi cấu trúc liên kết của mạng đó, mạng xã hội, cách bạn giao tiếp với người khác không? Bởi vì điều đó cũng có thể thay đổi phản ứng trước các mối đe dọa, bởi vì làn sóng thay đổi mà chúng ta đã nói đến trước đây.

Và điều chúng tôi phát hiện ra là các cá nhân không thay đổi. Điều gì xảy ra là mạng thay đổi. Các cá nhân có động thái thay đổi cấu trúc của mạng lưới đó và chính điều đó khiến nhóm đột nhiên trở nên nhạy cảm và linh hoạt hơn.

Ví dụ, mọi người thường có một proxy, đó là những cá nhân gần gũi với nhau phải tương tác mạnh mẽ hơn. Tuy nhiên, như bạn có thể nghĩ trong cuộc sống hàng ngày của mình, bạn có thể ngồi cạnh một người hoàn toàn xa lạ trên xe buýt và trung bình không thực sự có mối liên hệ chặt chẽ về mặt xã hội với họ. Vì vậy, mạng xã hội mà các cá nhân trải nghiệm có thể rất khác so với mạng xã hội dễ đo lường.

Vì vậy, những gì chúng tôi đã làm là - nó khá phức tạp. Nhưng điều chúng ta có thể làm là tái tạo lại thế giới từ góc nhìn của họ. Và chúng tôi sử dụng một kỹ thuật đến từ trò chơi điện tử và đồ họa máy tính gọi là truyền tia, trong đó chúng tôi chiếu tia sáng lên võng mạc của từng cá nhân để chúng tôi có thể thấy một dạng trình bày được vi tính hóa về những gì họ nhìn thấy trong từng thời điểm. Nhưng điều chúng ta không biết là, họ xử lý điều đó như thế nào?

Và một lần nữa, chúng ta có thể sử dụng các phương pháp học máy, bởi vì mọi bộ não đều đã tiến hóa để làm những việc giống nhau. Nó lấy thông tin cảm giác phức tạp - giống như những người đang lắng nghe chúng ta ngày nay. Đó là thông tin âm thanh phức tạp, nhưng họ có thể đang lái xe hoặc có thể đang nấu ăn, nên họ cũng có thông tin thị giác và khứu giác phức tạp, nhưng não của họ phải xử lý tất cả sự phức tạp này và giảm nó thành cái gọi là giảm kích thước, thành một quyết định hoặc thành “tôi sẽ làm gì tiếp theo?” Và chúng ta biết rất ít về cách động vật thực sự làm điều này.

Nhưng chúng ta có thể tái tạo lại trường thị giác của chúng, và sau đó chúng ta có thể sử dụng các loại kỹ thuật tương tự để giảm kích thước, để hiểu làm thế nào bộ não giảm thiểu sự phức tạp này đối với các quyết định chuyển động?

Và loài cá mà chúng tôi nghiên cứu, chúng có một số lượng rất nhỏ tế bào thần kinh ở phía sau não điều khiển mọi chuyển động của chúng. Vì vậy, bộ não phải tiếp nhận tất cả sự phức tạp này, và nó phải giảm bớt nó, và nó phải đưa ra quyết định. Và tôi nghĩ đó là một câu hỏi tuyệt vời trong sinh học về việc làm thế nào bộ não có thể làm được điều đó?

STROGATZ: Trước hết, tôi có thể nói rằng tôi cần đọc bài viết của bạn thường xuyên hơn. Bạn đã nói điều gì đó về việc chiếu đèn lên võng mạc của cá để nhìn thấy những gì chúng đang nhìn thấy, hay để có cảm giác rằng bạn biết chúng đang nhìn gì? Tôi có nghe thấy điều đó đúng không?

COUZIN: Vâng, thực ra nó không phải là chiếu sáng theo nghĩa đen. Tất cả đều được thực hiện bằng kỹ thuật số. Vì vậy, hãy tưởng tượng bạn có một đàn cá trong một khoảnh khắc ngắn ngủi, một khoảnh khắc đóng băng trong thời gian. Phần mềm của chúng tôi theo dõi vị trí cũng như tư thế cơ thể của từng con cá đó. Và điều chúng tôi có thể làm là tạo ra phiên bản máy tính ba chiều của cảnh đó, giống như trong trò chơi điện tử. Sau đó chúng ta có thể hỏi, mỗi cá nhân nhìn thấy gì? Vì vậy, chúng tôi có thể đặt camera vào mắt từng cá nhân.

Và do đó, raycasting hơi giống raytracing, được sử dụng trong đồ họa máy tính, nó chỉ là đường đi của ánh sáng tới võng mạc. Và chúng tôi thực hiện tất cả những điều này bằng kỹ thuật số, vì vậy chúng tôi có thể tạo ra một thực tế kỹ thuật số tương tự. Sau đó, chúng ta có thể quan sát xem ánh sáng sẽ chiếu vào võng mạc như thế nào trong khung cảnh ảo đó, một loại khung cảnh ảo như ảnh chụp. Và điều đó mang lại cho chúng ta lớp đầu tiên: Thông tin đến với cá nhân là gì?

Và tất nhiên, câu hỏi lớn mà chúng tôi muốn đặt ra là, bộ não xử lý điều đó như thế nào? Làm thế nào bộ não có thể giảm bớt sự phức tạp đó và nó đưa ra quyết định như thế nào? Ví dụ, làm thế nào mà những đàn chất lỏng và những đàn cá di chuyển dễ dàng và đẹp đẽ đến vậy với rất ít va chạm, vậy mà ô tô trên đường cao tốc lại có xu hướng gặp khó khăn để có được chuyển động tập thể? Ý tôi là, có điều gì chúng ta có thể học được từ quá trình chọn lọc tự nhiên hàng thiên niên kỷ mà sau đó chúng ta có thể áp dụng cho phương tiện giao thông và robot không?

Vì vậy, cũng có một yếu tố ứng dụng để cố gắng hiểu điều này. Tôi muốn hiểu nó phần lớn vì tôi thấy nó hấp dẫn, nhưng ngoài ra, nó thực sự chuyển thành ứng dụng thực tế trong một số trường hợp nhất định.

STROGATZ: Chúng tôi sẽ quay lại ngay.

[Nghỉ để chèn quảng cáo]

STROGATZ: Chào mừng bạn quay trở lại với “Niềm vui của Tại sao”.

Tôi muốn quay lại điều bạn đã nói trong phần giới thiệu khi bạn xem xét các thang đo từ tế bào đến loài linh trưởng, v.v. Mọi người có thể không quen thuộc với ví dụ về châu chấu, và tôi tự hỏi liệu chúng ta có thể nói về một số - hãy gọi chúng là khía cạnh thực tế hoặc thậm chí kinh tế của việc đổ xô, bởi vì châu chấu có tác động lớn đến thế giới, lớn hơn tôi đã có nhận ra. Ý tôi là, tôi đang xem một số số liệu thống kê ở đây trong ghi chú của mình rằng, trong những năm có dịch hạch, châu chấu xâm chiếm hơn 1/5 diện tích đất đai trên thế giới.

COUZIN: Yeah.

STROGATZ: Bạn có thể tin được không? Và ảnh hưởng đến sinh kế của 10 trong XNUMX người trên hành tinh. Vậy bạn có thể nói với chúng tôi một chút về loại nghiên cứu đó và nó liên quan như thế nào đến các câu hỏi về an ninh lương thực toàn cầu?

COUZIN: Vâng, bạn hoàn toàn đúng. Và tôi thấy điều này khá đáng kinh ngạc. Bạn biết đấy, như bạn vừa nói, chúng tác động đến 10/XNUMX số người trên hành tinh của chúng ta thông qua tình trạng thiếu lương thực và an ninh lương thực. Và họ thường làm như vậy ở các quốc gia, bạn biết đấy, như Yemen và Somalia, nơi có những vấn đề lớn, xung đột lớn và nội chiến, v.v.

Nhưng cũng do biến đổi khí hậu, phạm vi của châu chấu đang mở rộng trên phần lớn phạm vi của nó. Và vì vậy, ý tôi là, vào thời điểm hiện tại, năm nay Afghanistan đang phải đối mặt với một cuộc khủng hoảng lớn về lưu vực lương thực. Một vài năm trước, đó là Madagascar. Một hoặc hai năm trước đó, Kenya có bầy đàn lớn nhất trong 70 năm.

Vậy tại sao, bạn biết đấy, với tất cả các công nghệ hiện đại mà chúng ta có để theo dõi, tại sao bầy đàn ngày càng hung dữ và nghiêm trọng hơn, bạn biết không? Và một trong những nguyên nhân là do biến đổi khí hậu. Bạn biết đấy, điều xảy ra với những đàn châu chấu này là -- châu chấu, người nghe có thể ngạc nhiên khi biết điều này, nhưng thực ra châu chấu không thích ở gần nhau. Chúng là loài châu chấu xanh nhút nhát, khó hiểu và thích ở một mình. Vì vậy, nếu chúng có nhiều thức ăn, chúng sẽ bị cô lập với nhau. Họ tránh mặt nhau. Chỉ khi bị buộc phải đến với nhau, họ mới chuyển đổi.

Vì vậy, họ thường được gọi là những người độc thân vì lối sống đơn độc của họ. Nhưng nếu bị buộc phải đến với nhau, chúng đã tiến hóa để chuyển đổi. Chúng giống như Jekyll và Hyde của thế giới côn trùng. Chúng đã tiến hóa để chuyển đổi khá đột ngột, trong vòng một giờ, về mặt hành vi, thành một dạng bầy đàn, nơi chúng bắt đầu tiến về phía nhau, đi theo nhau.

Một điều khác mà mọi người có thể không biết là châu chấu thực sự không có cánh trong vài tháng đầu đời. Và vì vậy khi châu chấu được sinh ra, chúng không thể bay được. Họ là những nữ thần không biết bay. Chỉ khi trưởng thành chúng mới có cánh.

Và vì vậy, những gì đang xảy ra ở đây là khi mưa đến Châu Phi chẳng hạn, hoặc vào Ấn Độ, hoặc các khu vực khác, thì bạn có thể có thảm thực vật tươi tốt, và quần thể châu chấu nhỏ có thể sinh sôi nảy nở như những loại châu chấu khó hiểu này, chúng có thể phát triển trong quy mô dân số. Bây giờ, khi dân số đó tăng lên, họ ăn ngày càng nhiều hơn và thường có thể xảy ra hạn hán.

Bây giờ, nếu bạn có mật độ dân số cao, và rồi đột nhiên thức ăn biến mất, thì điều mà châu chấu làm là, chúng đã tiến hóa để chuyển sang dạng bầy đàn này, nơi chúng bắt đầu hành quân cùng nhau. Họ bắt đầu di chuyển cùng nhau. Những đàn châu chấu này có thể có hàng tỷ cá thể - theo những gì bạn có thể thấy, tất cả các đàn châu chấu đều diễu hành cùng một lúc, như thể vì một mục đích chung. Và một khi chúng mọc cánh, chúng có thể bay. Và sau đó mọi chuyện thậm chí còn tệ hơn, bởi vì chúng có thể tiếp cận gió mậu dịch hoặc các điều kiện môi trường khác, bạn biết đấy, nơi chúng có thể tự di chuyển thành những đàn khổng lồ trên hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn km. Và vì vậy, đây là một trong những hành vi tập thể lớn nhất và tàn khốc nhất mà chúng ta có trên hành tinh của mình.

STROGATZ: Chà, tôi không thể nói rằng tôi rất quen thuộc với ý tưởng châu chấu hành quân. Bạn biết đấy, chúng ta thường nghĩ chúng giống như những đám mây tràn ngập trong không khí. Nhưng hãy kể thêm một chút về cuộc hành quân, vì tôi nhớ mang máng một số nghiên cứu đáng kinh ngạc của bạn với khía cạnh ăn thịt đồng loại của châu chấu, đó có phải là từ thích hợp để sử dụng không?

COUZIN: Vâng, đó là vào năm 2008, và - nhưng bạn nói đúng, bạn biết đấy, những đàn châu chấu khổng lồ này di chuyển qua những khoảng cách rất xa, bạn biết đấy, chúng ta không biết nhiều về chúng vì chúng ta không có công nghệ để nghiên cứu điều đó. Trên thực tế, chúng ta vẫn chưa có công nghệ để nghiên cứu điều đó. Vì vậy, không phải là nó không quan trọng mà nó cực kỳ quan trọng.

Nhưng chúng ta cũng biết rằng những gì xảy ra trước những đàn bay này - ý tôi là, đàn bay hơi giống một đám cháy rừng đã vượt quá tầm kiểm soát. Bây giờ bạn thực sự sẽ gặp vấn đề trong việc kiểm soát nó. Nhưng nếu bạn có thể kiểm soát nó trước khi chúng mọc cánh, bạn biết đấy, khi chúng hình thành bầy đàn trên sa mạc hoặc những môi trường trước đó, thì sẽ có tiềm năng rất lớn.

Vì vậy, vì những lý do thực tế, chúng tôi tập trung vào những đàn không cánh này. Và trên thực tế, bạn biết đấy, mặc dù bạn đúng, nhưng tôi đã bắt đầu nghiên cứu chúng vào giữa những năm 2000, bây giờ chúng ta đang quay lại với châu chấu, và tôi đang nghiên cứu lại chúng.

Đầu năm nay, chúng tôi vừa tạo ra đàn châu chấu thích hợp đầu tiên trên thế giới trong môi trường phòng thí nghiệm, nơi chúng tôi theo dõi 10,000 con châu chấu trong môi trường hình ảnh 15 x 15 x 8 mét mà chúng tôi xây dựng đặc biệt cho mục đích này, tại đây ở Konstanz. Thật buồn cười khi bạn đề cập đến nó, bởi vì nghiên cứu của tôi bây giờ đang quay trở lại cùng hệ thống này.

Nhưng, vâng, như bạn đã nói, những gì chúng tôi phát hiện ra là, bạn biết đấy, những con côn trùng này, tại sao chúng lại hành quân cùng nhau? Tại sao lại như vậy - bạn biết đấy, và ban đầu chúng tôi nghĩ nó giống như đàn cá và đàn chim. Nó phải là về thông tin. Nó phải là về trí tuệ tập thể. Vâng, chúng tôi đã sai. Và vì vậy đây là mối nguy hiểm lớn. Bạn biết đấy, nếu bạn nhìn thấy một đàn kiến ​​đang di chuyển theo vòng tròn, di chuyển theo kiểu cối xay, và bạn thấy một đàn cá chẳng hạn, đang chuyển động theo hình xuyến hoặc kiểu giống như bánh rán, hoặc bạn thấy một cơn lốc, đây đều là những hình mẫu trông giống nhau, nhưng chúng có thể được điều khiển bởi những hiện tượng rất, rất khác nhau.

Và tôi nghĩ tôi đã lầm tưởng khi nghĩ, bạn biết đấy, khi bạn nhìn thấy chuyển động tập thể, chắc chắn phải có những quá trình tương tự làm nền tảng cho nó. Nhưng trong trường hợp châu chấu, đó không phải là loại giả thuyết truyền tải thông tin. Thực tế là trong môi trường sa mạc này, khi thức ăn đột nhiên trở nên thiếu hụt, bạn đang thiếu hụt trầm trọng các chất dinh dưỡng thiết yếu, đặc biệt là ở sa mạc: protein, muối và nước.

Và điều gì tốt hơn cho bạn trong môi trường khắc nghiệt này hơn một cá nhân khác? Bởi chúng là thành phần dinh dưỡng được cân bằng hoàn hảo. Vì vậy, những gì các cá nhân làm là họ bị thu hút lẫn nhau và có xu hướng ăn thịt lẫn nhau. Vì vậy, chúng đã tiến hóa để theo dõi những con đang di chuyển đi, cố gắng cắn chúng ở phía sau, phía sau bụng, nơi rất khó chống lại. Đầu được bọc thép dày đặc, nhưng phần bụng phía sau lại là điểm yếu vì lý do hiển nhiên, ở đó phải có lỗ.

Và vì vậy họ nhắm mục tiêu đó, nhưng sau đó họ cũng tránh bị người khác nhắm đến. Và kết quả của việc đi theo những con đang di chuyển ra xa bạn và di chuyển ra khỏi những con đang di chuyển về phía bạn dẫn đến việc cả bầy bắt đầu cùng nhau hành quân qua môi trường sa mạc này.

Và họ cũng được hưởng lợi từ việc ủng hộ, bằng cách cùng nhau di chuyển ra khỏi những khu vực nghèo dinh dưỡng. Bởi vì, bạn biết đấy, nếu bạn đặt một con người vào sa mạc, con người sẽ có xu hướng mất phương hướng và có xu hướng di chuyển theo vòng tròn. Tương tự với một con châu chấu. Nhưng nếu bạn đặt chúng thành một bầy, sự liên kết tập thể, sự đồng bộ giữa các cá thể, bạn biết đấy, hàng trăm triệu cá thể liên kết với nhau, chúng có thể tiến quân theo một cách rất trực tiếp ra khỏi môi trường nghèo dinh dưỡng này. Và chúng cũng có thể tấn công những kẻ săn mồi. Bạn biết đấy, những kẻ săn mồi không thể tạo ra nhiều dấu ấn ở đây.

STROGATZ: Thực ra, điều đó khiến tôi tự hỏi, khi chúng ta nói về tất cả những ví dụ này, làm thế nào mà bạn lại quan tâm đến tất cả những điều này vào thời xa xưa? Bạn đã đề cập rằng điều này đã trở lại vào năm 2008?

COUZIN: Vâng, đó là bài báo năm 2008.

STROGATZ: Vâng, bạn đã bận rộn với việc này trước đó rồi phải không?

COUZIN: Vâng, tôi đã làm bằng tiến sĩ. vào cuối những năm 1990 về loài kiến. Tôi bị mê hoặc bởi hành vi của kiến. Và thành thật mà nói, nó bắt đầu từ niềm đam mê thiên nhiên và nỗi ám ảnh về lịch sử tự nhiên cũng như việc quan sát những gì xung quanh chúng ta.

Tôi nghĩ, khi còn nhỏ, phải có chuyên gia mới hiểu được tại sao lại hình thành bầy đàn, tại sao cá lại tụ tập, tại sao chim lại tụ tập. Tôi nghĩ đây hẳn là thứ mà mọi người đều nghiên cứu.

Tôi là một nghệ sĩ khi còn nhỏ. Tôi rất quan tâm đến văn bản sáng tạo, thơ ca và nghệ thuật. Và thế là tôi bước đầu bị thu hút bởi vẻ đẹp thuần khiết, sự mê hoặc bởi vẻ đẹp của chúng.

Và ở trường trung học, tôi không phải là học sinh giỏi môn khoa học. Tôi đang làm đồ gốm và tôi đang vẽ tranh. Và khi tôi vào đại học, tôi nhớ bố đã nói với tôi, “Con biết đấy, con trai, con nên làm những gì con giỏi. Làm tiếng Anh hoặc nghệ thuật. Bạn không phải là nhà khoa học, bạn là người theo chủ nghĩa tự nhiên, bạn biết không? Và anh ấy đã đúng. Anh ấy đã hoàn toàn đúng.

Và sau đó, khi tôi lấy bằng sinh học, và ngay trong bài giảng đầu tiên của bài giảng sinh học, tôi đã biết đây là điều phù hợp với mình, tôi chỉ biết điều đó. Và tôi phát hiện ra rằng có cả thế giới vật lý thống kê. Những bài báo này ra đời vào thời điểm đó và chúng khiến tôi choáng váng vì họ là những tác giả đã nhìn ra những nguyên tắc toán học sâu sắc trên các hệ thống.

Tiến sĩ của tôi cố vấn nói, bạn biết đấy, để có được một công việc, bạn phải trở thành chuyên gia thế giới về một loài kiến, và khi đó bạn mới có thể có giá trị. Nhưng tôi đang đọc tác phẩm của các nhà khoa học đang làm điều hoàn toàn ngược lại. Họ đang nghiên cứu mọi thứ, từ hệ thống vật lý đến hệ thống sinh học, và họ đã nhìn thấy những nguyên lý này. Ngoài ra, các mô hình, cấu trúc và kết quả mà họ tìm thấy đều đẹp một cách tự nhiên. Và vì vậy tôi nghĩ, điều này phải đúng. Đây phải là cách đúng đắn để làm khoa học. Và thế là, lúc đó, tôi như bị cuốn vào thế giới vật lý.

STROGATZ: Sau đó bạn có hân hạnh được nói chuyện với bố về sự thay đổi hướng đi của mình không?

COUZIN: Tôi chưa bao giờ nghĩ rằng bố tôi lại nhớ điều này. Và sau đó khi tôi được thăng chức từ trợ lý giáo sư lên giáo sư chính thức tại Đại học Princeton, tôi nhận được điện thoại từ trưởng khoa và nói: “Xin chúc mừng, Giáo sư Couzin.” Và, bạn biết đấy, tôi hoàn toàn bị choáng ngợp, nên tất nhiên tôi đã gọi cho bố mẹ tôi, và bố tôi trả lời điện thoại, rồi ông nói, "Và tôi nghĩ rằng tôi đã gọi bạn là người theo chủ nghĩa tự nhiên." Đó là lần duy nhất, đó là hàng chục năm sau. Tôi không bao giờ biết anh ấy thậm chí còn nhớ cuộc thảo luận này.

STROGATZ: Chà, đó là một câu chuyện hay, đó là một câu chuyện thực sự hay. Chúng tôi muốn nói về những câu hỏi lớn chưa được trả lời trong chương trình này, và vì vậy, bạn thấy một số câu hỏi chưa được trả lời lớn nhất về đàn, trường học và hành vi tập thể nói chung là gì?

COUZIN: Vâng, hoàn toàn có, tôi làm vậy. Và điều này đưa tôi đến chủ đề mà tôi đang rất hào hứng. Vì vậy, một lần nữa, trước đó trong sự nghiệp của tôi, tôi đã nghĩ, bạn biết đấy, bộ não, tất nhiên, là một thực thể tính toán tập thể tuyệt vời, một trong những ví dụ đẹp nhất, bạn biết đấy. Bộ não đưa ra quyết định như thế nào? Và đó là một tập hợp các tế bào thần kinh, và tất nhiên chúng ta có đàn kiến, đàn châu chấu, đàn chim hoặc đàn cá, tất cả những thành phần khác nhau này tương tác với nhau. Vậy có điều gì đó kết nối sâu sắc giữa các hệ thống khác nhau này hay không? Và điều tôi quan tâm lúc này là việc ra quyết định tập thể, và đặc biệt là việc ra quyết định tập thể trong không gian.

Vậy bộ não thể hiện không-thời gian như thế nào? Và điều đó có ý nghĩa như thế nào đối với các quyết định? Và điều đó có liên quan gì đến hành vi tập thể của động vật? Điều tôi nhận ra khoảng 5 năm trước là tôi nghĩ có sự tương đồng sâu sắc về mặt toán học, và tôi nghĩ có những nguyên tắc hình học sâu sắc, về cách bộ não biểu diễn không gian và thời gian.

Và một trong những điều thú vị nhất ở đây là việc sử dụng lại toán học. Bạn biết đấy, tôi đã bỏ môn toán khi tôi 16 tuổi và tôi vừa trải qua kỳ nghỉ phép tại Viện Khoa học Toán học Isaac Newton tại Đại học Cambridge với tư cách là Nghiên cứu sinh Xuất sắc. Tuy nhiên, tôi không thể giải một phương trình, bạn biết không?

Đúng vậy, nhưng tôi thích việc tôi có thể làm việc với những nhà toán học tuyệt vời. Và bằng cách làm việc với các nhà vật lý, toán học và sinh học, cũng như tiến hành các thí nghiệm trên động vật trong thực tế ảo -- chúng tôi đã xây dựng được một bộ công nghệ ở đây. Vì vậy chúng ta không thể đeo một chiếc tai nghe như Meta Quest 3 lên một con cá dài chưa đầy một cm. Nhưng chúng tôi có thể tạo ra môi trường ảo, sống động, ba chiều để chúng tôi hoàn toàn có thể kiểm soát đầu vào. Chúng ta hoàn toàn có thể kiểm soát được mối quan hệ nhân quả.

Bạn biết đấy, nếu tôi đang ảnh hưởng đến bạn và bạn đang ảnh hưởng đến tôi, và sau đó có một cá nhân thứ ba, họ đang ảnh hưởng đến tôi trực tiếp hay thông qua bạn? Hoặc cả hai? Hoặc một cá nhân thứ tư hoặc thứ năm? Và trong môi trường thực tế ảo, chúng tôi có thể đặt những cá nhân này vào cái mà chúng tôi gọi là Ma trận, giống như trong phim, nơi mỗi cá nhân ở trong thế giới ảnh ba chiều của riêng mình và tương tác trong thời gian thực với ảnh ba chiều của những cá nhân khác.

Nhưng trong thế giới này, chúng ta có thể chơi đùa với các quy luật vật lý. Chúng ta có thể chơi đùa với các quy luật của không gian và thời gian để hiểu rõ hơn, bộ não tích hợp những quy luật này như thế nào?

Và vì vậy, điều này thực sự làm tôi choáng váng vì chúng tôi có thể chứng minh rằng bộ não không biểu diễn không gian theo cách Euclide. Nó biểu diễn không gian trong một hệ tọa độ phi Euclide. Và sau đó chúng ta có thể chỉ ra bằng toán học tại sao điều này lại quan trọng, đó là khi bạn bắt đầu xử lý ba lựa chọn trở lên, sau đó thực sự làm cong không thời gian, làm cho không gian phi Euclide, có thể giảm đáng kể sự phức tạp của thế giới thành một loạt các đường phân nhánh. Và gần với mỗi ngã rẽ, nó khuếch đại sự khác biệt giữa các lựa chọn còn lại. Vì vậy, có cấu trúc bên trong tuyệt đẹp này.

Và vì vậy, chúng tôi nghĩ rằng chúng tôi có lý thuyết phổ quát này về cách bộ não đưa ra các quyết định về không gian mà chúng tôi không thể có được nếu không nhìn vào hàng loạt sinh vật như cá, châu chấu và ruồi trong những loại môi trường thực tế ảo này, và đó là điều tôi cực kỳ phấn khích.

[Vở kịch chủ đề]

STROGATZ: Chà, tôi rất mong được nghe về tất cả những điều này khi bạn giải quyết. Tôi có thể tiếp tục với bạn cả ngày, nhưng tôi nghĩ đã đến lúc phải nói lời cảm ơn. Chúng tôi đã nói chuyện với nhà sinh thái học tiến hóa Iain Couzin về việc tụ tập, tụ tập, đi học và tất cả các loại hành vi tập thể. Iain, thật vui khi biết được những gì bạn đang làm và những điều kỳ diệu của thiên nhiên mà bạn đã giúp làm sáng tỏ tất cả chúng ta. Cảm ơn rất nhiều.

COUZIN: Đó là một niềm vui. Cảm ơn, Steve.

[Chủ đề tiếp tục phát]

STROGATZ: Cảm ơn vì đã lắng nghe. Nếu bạn đang thưởng thức “The Joy of Why” và bạn chưa đăng ký, hãy nhấn nút đăng ký hoặc theo dõi ở nơi bạn đang nghe. Bạn cũng có thể để lại một đánh giá cho chương trình. Nó giúp mọi người tìm thấy podcast này.

“Niềm vui của Tại sao” là một podcast từ Tạp chí Quanta, một ấn phẩm độc lập về mặt biên tập được hỗ trợ bởi Quỹ Simons. Các quyết định tài trợ của Simons Foundation không ảnh hưởng đến việc lựa chọn chủ đề, khách mời hoặc các quyết định biên tập khác trong podcast này hoặc trong Tạp chí Quanta.

“Niềm vui của Tại sao” được sản xuất bởi Sản phẩm PRX. Đội ngũ sản xuất gồm có Caitlin Faulds, Livia Brock, Genevieve Sponsler và Merritt Jacob. Nhà sản xuất điều hành của PRX Productions là Jocelyn Gonzales. Morgan Church và Edwin Ochoa đã hỗ trợ thêm.

Từ Tạp chí Quanta, John Rennie và Thomas Lin cung cấp hướng dẫn biên tập, với sự hỗ trợ của Matt Carlstrom, Samuel Velasco, Nona Griffin, Arleen Santana và Madison Goldberg.

Nhạc chủ đề của chúng tôi là từ APM Music. Julian Lin đã nghĩ ra tên podcast. Hình ảnh của tập phim là của Peter Greenwood và logo của chúng tôi là của Jaki King và Kristina Armitage. Đặc biệt xin gửi lời cảm ơn tới Trường Báo chí Columbia và Bert Odom-Reed tại Phòng thu Phát sóng Cornell.

Tôi là chủ nhà của bạn, Steve Strogatz. Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi hoặc ý kiến ​​​​cho chúng tôi, xin vui lòng gửi email cho chúng tôi tại [email được bảo vệ]. Cảm ơn vì đã lắng nghe.