鸟儿成群。蝗虫成群。鱼群。在看似可能变得混乱的有机体集合中，秩序却以某种方式出现。动物的集体行为在细节上因物种而异，但它们在很大程度上遵循物理学家几个世纪以来研究出的集体运动原理。现在，利用最近才出现的技术，研究人员能够比以往更仔细地研究这些行为模式。

在本集中，进化生态学家 伊恩·库赞 与共同主持人交谈 史蒂文·斯特罗加兹（Steven Strogatz） 关于动物如何以及为何表现出集体行为，集群作为生物计算的一种形式，以及作为自组织群体而不是个体生活的一些隐藏的健康优势。他们还讨论了如何更好地了解蝗虫等群居害虫，有助于保护全球粮食安全。

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成绩单

【主题剧】

史蒂文·斯特罗加茨： 在整个动物王国中，从微小的昆虫到鱼类、鸟类、瞪羚，甚至像我们这样的灵长类动物，生物往往会组织成大型的移动模式，追求看似自发的集体目标。通常，没有任何个体生物能够充当领导者，精心策划这些大规模运动。相反，动物们只是无缝地排队。

尽管感觉这样的系统会陷入混乱或不稳定，但这些集体在某种程度上设法以显得非常协调和有目的的方式移动，任何看过椋鸟或鱼群的低语声的人都可以证明这一点。但这种行为背后的驱动力是什么？

我是 Steve Strogatz，这是“The Joy of Why”的播客 广达杂志 我的共同主持人在哪里 詹娜·莱文（Janna Levin） 我轮流探索当今数学和科学中一些尚未解答的最大问题。

[主题结束]

在这一集中，我们将深入了解动物成群结队和成群结队的原因。人工智能和 3D 摄像头等最新技术如何提供新的见解？研究动物群体动态可以告诉我们什么关于我们自己的信息，无论是个人还是集体？

进化生态学家将在这里揭开这些谜团 伊恩·库赞。伊恩是马克斯·普朗克动物行为研究所集体行为系主任，也是康斯坦茨大学的教授。他获得的众多荣誉包括国家地理新兴探险家奖、复杂性科学领域最高荣誉拉格朗日奖以及德国最高研究荣誉莱布尼茨奖。伊恩，我们很高兴今天有你和我们在一起。

伊恩·库津： 很高兴来到这里，史蒂夫。

斯特罗加兹： 嗯，我很高兴再次见到你。我们是老朋友了，听到最新的集体行为将是一种真正的享受。但让我们开始吧——我想我们应该谈谈，谁是你的样本？您能告诉我们一些关于一些动物的信息，以及它们在您研究的系统中的集体行为的各种形式吗？

库津： 嗯，这是研究集体行为最令人惊奇的事情之一。它是我们星球上许多生命过程的核心，因此我们实际上研究了一系列生物体，从地球上最简单的动物——它被称为原生动物；它是一个基础门，可能是 最简单的多细胞动物 在这个星球上；它是 一群细胞，数千个细胞，像鸟群或鱼群一样移动——从无脊椎动物，如蚂蚁，它们具有惊人的协调行为，或蝗虫，形成一些最大、最具破坏性的群体，到脊椎动物，如鱼群鱼类、成群的鸟类、牧群的有蹄类动物和灵长类动物，包括我们人类。

斯特罗加兹： 所以，它似乎真的涵盖了整个范围，一直以来——我必须承认，我从来没有听说过这个，我没听错吧：placozoa？

库津： 扁虫，是的。人们发现这种小生物在热带水族馆的玻璃上爬行。你可以用肉眼看到它。大约一毫米，如果很大的话可能是一毫米半。而且，你知道，对这种非凡生物的研究直到最近才真正引起了科学家的注意。

这很大程度上是因为这种奇怪的小细胞群实际上具有与更复杂的有机体相关的遗传复杂性。例如，它有大量的神经递质，但它没有神经元。

[STROGATZ 笑]

它有所谓的 霍克斯 基因。 霍克斯 基因在发育生物学中与复杂的身体计划相关。它没有复杂的车身规划。所以也许你可能会想，好吧，这种生物可能已经进化得变得更加复杂，然后又重新进化以简化自身，因此它保留了这些复杂性的特征。

但基因研究人员在该杂志上发表了一篇具有里程碑意义的论文 自然 这表明，不，事实上，这是其中之一 最原始的细胞群。当然，集体行为，还有什么比细胞聚集在一起形成有机体更美丽的例子呢。你知道？因此，这就是我们研究这一问题的原因之一：试图了解集体行为如何成为我们星球上复杂生命起源的核心。

斯特罗加兹： 伙计，这是采访的早期阶段，你已经让我大吃一惊了。你也让我偏离了我本来要和你谈论的事情。这对我来说太有趣了，太新奇了，我惊呆了. 我想回到故事的这一部分，因为它是如此——我的意思是，这真的很令人惊讶，他们会……我没听错吧，他们有与神经系统相关的东西，但没有神经系统？并且拥有发育生物基因，就好像它们需要像果蝇一样进化出整个复杂的身体计划，但它们没有那样的身体？

库津： 完全正确。因此，它们确实可以给我们关于智力起源的暗示。 我们的特殊研究我们今年发表的论文表明，它们的身体结构确实非常像鸟群或鱼群，细胞在局部与其他细胞相互作用，并倾向于调整它们的行进方向。

所以他们互相吸引。它们像弹性片一样连接在一起，但它们往往也是活动的。它们的基部有纤毛，小纤毛，所以它们可以沿着环境流动。他们对近邻施加的力量使他们彼此结盟。

因此，如果我们在显微镜下追踪这些细胞，观察排列情况，观察个体的吸引力，我们会使用与 鸟群的集体行为 或鱼群或 其他类型的团体 但将其应用到这些动物身上。

因此，我发现集体行为最值得注意的事情之一是，即使系统属性，无论你是细胞还是鸟，都非常不同，当你观察时 集体行动，集体性质，其背后的数学，实际上可以 结果非常相似。因此，我们可以找到这些所谓的通用属性，它们连接这些不同的、显然不同的系统。

斯特罗加兹： 好吧，当然，现在你说的是我的语言，因为，你知道，这就是吸引我对集体行为着迷的原因，是那些普遍的数学原理似乎适用于从细胞到细胞的整个尺度。嗯，当然，我们总是喜欢把自己放在首位。

但是，好吧，你提出了很多不同的问题供我们思考。让我试着回到最初，就像我很想和你们一起和 Placozoa 在一起。

例如，您提到“羊群”和“学校”等词，有时我们听到人们谈论“群体”，比如昆虫。我们有什么理由对同一件事使用三个不同的词吗？当我们谈论集体团体时，它们难道不是同一件事吗？我们有什么理由不应该谈论群鸟或成群的鱼等话题吗？

库津： 不，我认为我们已经发展了这些词，不同的语言有不同的词。在德语这样一个充满单词的语言中，它们的单词实际上相对较少。而在英语中，我们有很多很多不同的单词。就像，你知道，例如，一群乌鸦被称为乌鸦谋杀案。

[STROGATZ 笑]

您自己之前用过一个很棒的词，八哥的“低语”。我认为，正是这种美丽，成群结队、成群结队和蜂拥而至的迷人之美，才产生了这些可以与特定例子联系起来的美妙词语。

所以，我认为这是一件非常有用的事情，因为之前我强调了共同点，数学上的共同点，但也存在差异。一群细胞和一群鸟之间是有区别的。因此，为了理解这些系统，我们既必须考虑共同的原则，也必须考虑系统之间的不同原则。在某种程度上，语言为我们捕捉到了其中的一些内容，就像人类自然地将这些内容隔离或划分为不同的类别一样。

斯特罗加兹： 有趣的。所以，你提到了“细胞群”和“昆虫群”，我想是的，你说即使我们使用同一个词，也可能存在一些差异。在这些例子中我们应该区分哪些事情？

库津： 是的，我认为真正令人兴奋的是为什么存在共性，因为差异是如此深刻。动物有大脑。它正在吸收复杂的感官信息并尝试对其环境做出决策。平均而言，动物比细胞能够做出更加复杂、复杂的行为。

当然，细胞本身也有复杂的内部过程。但它们的相互作用在更大程度上受物理力、它们作用的规模和形成的张力、细胞聚集内形成的物理张力的支配。

而动物、鸟群之间的相互作用则是看不见的。他们没有物理形态。所以人们一开始可能会想，好吧，那么这只是一个类比。事实上，直到大约五到十年前，我还认为这也只是一个类比。我认为这些差异一定非常重要。但我们开始理解的是，它们的共同特征是计算。

这些元素聚集在一起，以它们自己无法计算的方式计算它们的环境。每个人，即使你有一个非常复杂的人类大脑，并且你在世界上行走，除非你与他人进行社交互动，或者更重要的是，你知道，建立在我们继承的文化复杂性的基础上我们出生在我们的生活中，那么我们就非常有限。

因此，我们刚刚开始解决这些关于计算和复杂生命出现的深刻的、非常有趣的问题。

斯特罗加兹： 这是一个有趣的观点。当你说他们都有共同点时，我不知道你会说什么。我无法猜测，但我喜欢它：计算。

所以，你知道，这让我想起了人们可能在 YouTube 或电视上看过的电影中的一个著名的东西，那里有一群鸟——也许是一只椋鸟——还有一只鹰或猎鹰或其他什么东西正向我们飞来。特指的一群。也许你应该给我们一个关于接下来发生的事情的直观描述，以及为什么我认为这个例子中与计算有关？

库津： 好吧，我的意思是，如果你观察这些群体，你就会知道，当这些捕食者出现并攻击这些群体时，无论是鱼群还是鸟群，你都会看到这些群体的行为就像这种波动的液体。你会看到这些光的波纹穿过该组，或者密度的波纹穿过该组。

这表明个体实际上可以通过社交互动非常快速地传播有关捕食者位置的信息。例如，看到捕食者的个体——也许只有少数人最初看到捕食者。但是通过转动，那么这种行为被其他人复制，密度的变化，转动的变化，传播得极其迅速。

如果我们使用——我相信我们稍后会谈到这一点——如果我们使用先进的成像工具来量化、测量这些转动波，它会产生比最大速度快大约 10 倍的传播波捕食者本身。因此，个体可以对他们看不到的捕食者做出反应。

因此，群体和群体中的个体——因为选择，自然选择，作用于个体——通常，他们实际上可以对他们没有察觉的刺激做出反应。

你知道，这有点像神经元通过电信号传输信息。在这种情况下，它不是电信号。这实际上是整个群体中个体的密度和转向，但它为远处的个体提供了威胁所在的信息，因此他们可以开始快速远离威胁。

斯特罗加兹： 我认为，这是一个非常漂亮的视觉示例，说明了计算在这种情况下的含义。我们可以看到这些恐慌或回避的浪潮在羊群中流动。它是如此有趣，以至于它比个体自己能够完成的速度要快得多，而且我猜，比捕食者自己能够聚集的速度还要快。

库津： 为什么会出现这种情况，为什么我们认为是这样，原因之一是因为群体——自然选择，即使它作用于个体，但他们的适应性才是最重要的，如果他们表现得好，那么每个人都会受益匪浅以某种方式。

这又与我们从物理系统中学到的东西有关，特别是物理系统 接近相变。因此，一个接近不同状态之间转变的系统，例如固体和液体之间的转变，你知道，如果你冻结水并且它突然转变为固体，那么该系统的集体行为在附近是相当显着的过渡点，这个分岔，这当然是你自己研究的领域。这是我们现在知道的，我们现在有非常有力的证据，表明自然选择将系统推向这些分叉点，因为所表现出的集体特性，显着的集体特性。

当我们第一次测量这些特性时，这些个体似乎违反了物理定律。信息传播得如此之快。

大约在 1900 年代初期， 埃德蒙·塞卢斯他是一位坚定的达尔文主义者，但是，你知道，他也对维多利亚时代的心灵感应着迷，他描述说，他认为一定存在思想转移，或者鸟类之间的心灵感应，使它们能够如此迅速地交流。

当然，人们会想，“好吧，这太荒谬了，当然不可能有心灵感应。”但事实上，这可能有点争议，但事实上，我认为我们仍然没有很好地掌握感官模式以及这些信息在整个系统中如此精确地快速渗透的方式。

当然，我并不是说有心灵感应。但我建议，通过调整一个系统，通过调整一个集体系统接近这个临界点，接近这个分叉点，它可以产生显着的集体属性，对于观察者来说，这些属性看起来很梦幻，对于观察者来说，看起来很神奇。奇怪的。因为这些体系中的物理学是奇怪的、奇妙的、令人惊奇的，尽管它是可以被科学理解的。

斯特罗加兹： 所以我只是想知道，就集体行为而言，大自然是否会将群体调整到接近某种不稳定或临界点。您是否认为这就是它如此有效的部分原因？

库津： 是的，这正是我的建议。因此，举例来说，你又知道，一个非常 最近的一篇文章 在我们出版的最后几年里，我们问，你知道，如何获得最好的世界呢？如果，你知道，在一般情况下你想要稳定，你想要稳健，那又怎么样呢？但有时，你想变得高度敏感。因此，在自然选择中，生物系统必须平衡这种令人惊奇的、看似矛盾的状态：强大和敏感。如何才能同时保持坚强和敏感呢？

因此，我们认为，将系统调整到接近这个临界点，实际上允许这种情况发生，因为如果系统偏离，它实际上会自我稳定。但当它被推向那个临界点时，它变得非常灵活并且对输入敏感，例如，关于捕食者的输入。因此，如果鱼群距离那个临界点很远——例如，如果它们彼此之间非常紧密地结合在一起——并且它们发现了捕食者，那么实际上需要付出很大的努力才能转动所有这些个体。他们彼此的反应如此强烈，以至于外部输入很难改变他们的行为。

另一方面，如果它们非常无序并且都朝不同的方向移动，那么个体改变方向就很难被其他人察觉，因此它不会通过系统传播。

因此，在这种中间点，他们实际上可以优化他们作为一个群体的行为和灵活性的能力，但传递信息。这是一个由来已久的物理学理论，但直到最近几年才真正使用计算机视觉技术来跟踪群体中的动物并询问，例如，当世界发生变化时，你如何改变你的互动变得更加危险？

作为生物学家，我们总是会这样想：“好吧，如果世界变得更加危险，我会对输入变得更加敏感。我会更加紧张，更有可能虚惊一场。”对于孤立的动物来说也是如此。当我们孤立地行动时，这对人类来说也是如此。但我们在动物群体（在集体背景下进化的群体）中测试了这一点，我们发现事实并非如此。

他们所做的是改变网络、连接网络以及信息在系统中流动的方式。他们对其进行调整，以优化这种灵活性与鲁棒性的权衡，即，他们将其纳入我们所预测的关键制度中。

斯特罗加兹： 这些研究是在哪些动物身上进行的？

库津： 因此，我们主要研究小型鱼群，因为它们必须解决同样类型的问题——躲避捕食者、寻找合适的栖息地——但它们在实验室环境中很容易处理。所以鱼实际上有一种化学物质，叫做 施雷克斯托夫，在德语中字面意思就是“可怕的东西”。和 施雷克斯托夫 是自然释放的，如果捕食者攻击鱼，它就必须释放这种化学物质。

所以我们可以把 施雷克斯托夫 在水中，所以没有捕食者的位置，但个人对这个环境的判断发生了变化，世界变得更加危险。

那么你会做什么，改变你大脑中正在发生的事情吗？您会改变与环境互动的方式吗？你是否变得更加害怕，这是我们认为动物会做的自然事情？

或者，如果你想象一下，在一个网络系统中，在一个集体系统中，你是否改变了该网络的拓扑、社交网络以及你与他人沟通的方式？因为这也会改变对威胁的响应能力，因为我们之前谈到的这一波转变。

所以我们发现个人不会改变。发生的情况是网络发生变化。个体的行动改变了网络的结构，这使得群体突然变得更加敏感和灵活。

例如，人们过去有一个代理，即彼此关系密切的个体之间的互动一定更强烈。但是，正如您在日常生活中所想象的那样，您可能在公交车上坐在一个完全陌生的人旁边，但平均而言，您实际上与他们并没有很强的社交联系。因此，个人体验的社交网络可能与易于衡量的社交网络有很大不同。

所以我们所做的是——嗯，这相当复杂。但我们能做的就是从他们的角度重建世界。我们使用一种来自视频游戏和计算机图形学的技术，称为光线投射，将光线投射到个体的视网膜上，这样我们就可以看到他们在每个时刻所看到的内容的一种计算机化表示。但我们不知道的是，他们到底是如何处理的？

同样，我们可以使用机器学习方法，因为每个大脑都已经进化到可以做同样的事情。它采用了复杂的感官信息——就像今天听我们讲话的人一样。这是一种复杂的听觉信息，但他们可能正在开车，也可能正在做饭，所以他们也有复杂的视觉和嗅觉信息，但他们的大脑必须接受所有这些复杂性，并将其降低到所谓的降维、决策或决策中。变成“我接下来要做什么？”我们对真实动物如何做到这一点知之甚少。

但我们可以重建他们的视野，然后我们可以使用相同类型的技术来降低维度，以了解大脑如何降低这种运动决策的复杂性？

我们研究的鱼，它们的大脑后部有非常少量的神经元，决定它们的所有运动。因此，大脑必须接受所有这些复杂性，并且必须降低其复杂性，并且必须做出决定。我认为大脑是如何做到这一点的，这是生物学中的一个很棒的问题。

斯特罗加兹： 首先，我可以说我需要更频繁地阅读您的论文。你说过用灯光照射鱼的视网膜，然后看看它们看到了什么，或者感觉你知道它们在看什么？我没听错吧？

库津： 是的，实际上，它并不是字面意义上的发光。这一切都是数字化完成的。想象一下，你有一个鱼群，在一个快照中，一个冻结的时刻。我们的软件跟踪每条鱼的位置和身体姿势。我们现在可以做的是创建该场景的三维计算机版本，就像视频游戏中一样。然后我们可以问，每个人看到了什么？所以我们可以把相机放在个人的眼睛里。

因此，光线投射有点像计算机图形学中使用的光线追踪，即光线落在视网膜上的路径。我们以数字方式完成所有这些工作，因此我们可以创建现实的数字模拟。然后我们可以看看光线如何落在虚拟场景中的视网膜上，这是一种逼真的虚拟场景。这给了我们第一层：个人收到的信息是什么？

当然，我们想问的一个大问题是，大脑如何处理它？大脑如何降低这种复杂性，以及如何做出决策？例如，流动的鱼群和鱼群如何如此轻松、如此美丽地移动，几乎没有碰撞，而高速公路上的汽车往往难以进行集体运动？我的意思是，我们是否可以从数千年的自然选择中学到一些东西，然后将其应用于车辆和机器人？

因此，还需要一个应用元素来尝试理解这一点。我想了解它主要是因为我发现它很有趣，而且在某些情况下它确实可以转化为实际应用程序。

斯特罗加兹： 我们马上回来。

[广告插入中断]

斯特罗加兹： 欢迎回到“为什么的喜悦”。

我想回到您在引言中所说的内容，当时您正在跨越从细胞到灵长类动物的尺度，等等。人们可能不太熟悉蝗虫的例子，我想知道我们是否可以谈谈一些——让我们称之为现实世界，甚至是蜂群的经济方面，因为蝗虫对世界有很大的影响，比我想象的还要大意识到了。我的意思是，我在笔记中查看了一些统计数据，在瘟疫年份，蝗虫入侵了世界五分之一以上的土地覆盖。

库津： 是啊。

斯特罗加兹： 你相信吗？并影响地球上十分之一的人的生计。那么您能否与我们谈谈此类研究以及它与全球粮食安全问题的关系？

库津： 是的，你说得完全正确。我觉得这非常令人惊讶。您知道，正如您刚才所说，它们通过粮食短缺和粮食安全影响了地球上十分之一的人。他们经常在也门和索马里等存在重大问题、重大冲突和内战等问题的国家这样做。

但同样由于气候变化，蝗虫的活动范围正在扩大。所以，我的意思是，目前，今年阿富汗的粮食盆地面临着重大危机。几年前，那是马达加斯加。在此之前的一两年，肯尼亚遭遇了 70 年来最大规模的蝗群。

那么，你知道，为什么我们拥有所有用于监控的现代技术，为什么蜂群变得更加凶猛和更加严重，你知道吗？原因之一是气候变化。你知道，这些群发生的事情是——所以蝗虫，听众知道这一点可能会感到惊讶，但蝗虫实际上不喜欢彼此靠近。它们是害羞、神秘的绿色蚱蜢，喜欢独处。因此，如果它们有足够的食物，它们就会彼此隔离。他们互相躲避。只有当他们被迫走到一起时，他们才会转变。

所以他们通常是所谓的孤独者，因为他们孤独的生活方式。但如果他们被迫走到一起，他们就会进化到转型。它们有点像昆虫世界的杰基尔和海德。它们在一小时内突然进化成一种群居形式，开始互相追随、走向对方。

人们可能不知道的另一件事是，蝗虫在生命的最初几个月实际上没有翅膀。因此，当蝗虫出生时，它们是不会飞的。她们是不会飞的仙女。只有当它们成年后，它们才会长出翅膀。

因此，这里发生的情况是，例如，当降雨进入非洲、印度或其他地区时，就会有茂密的植被，而小规模的蝗虫种群就会像这些神秘的蚱蜢一样繁殖起来。在人口规模上。现在，随着人口的增长，他们吃得越来越多，而且经常还会出现干旱。

现在，如果人口密度很高，然后食物突然消失，那么蝗虫所做的就是，它们已经进化到这种群居形式，它们开始一起行进。他们开始一起行动。这些蝗群可能有数十亿个体——就你所见，蝗虫齐声行进，仿佛为了一个共同的目标。一旦它们长出了翅膀，它们就可以飞翔了。然后情况会变得更糟，因为它们可以利用信风或其他环境条件，在那里它们可以将自己作为大规模群体转移到数百甚至数千公里之外。因此，这是我们星球上最大、最具破坏性的集体行为之一。

斯特罗加兹： 呃，我不能说我对蝗虫行军的想法很熟悉。我们习惯于将它们视为空中的云朵。但请告诉我们更多关于行军的事情，因为我依稀记得 一些惊人的研究 你的蝗虫具有同类相食的特征，这个词用得对吗？

库津： 是的，那是在 2008 年，而且 - 但你是对的，你知道，这些巨大的成群、成群或成群的蝗虫会跨越很远的距离，你知道，我们对它们了解不多，因为我们没有技术来研究它。事实上，我们仍然没有技术来研究它。所以并不是说它不重要，而是非常重要。

但我们也知道，在这些飞群之前发生的事情——我的意思是，飞群有点像一场已经失控的野火。现在你真的会在控制它方面遇到问题。但如果你能在它们长出翅膀之前控制它，你知道，当它们在沙漠或之前的环境中形成这些群体时，那么就有巨大的潜力。

因此，出于实际原因，我们将重点放在这些无翼蜂群上。事实上，你知道，即使你是对的，我在 2000 年代中期开始研究这些，我们现在，我现在回到蝗虫，我现在再次研究它们。

今年早些时候，我们刚刚在实验室环境中创建了世界上第一个真正的蝗虫群，我们在一个 10,000 x 15 x 15 米的成像环境中追踪了 8 只蝗虫，该环境是我们专门为此目的建造的，在这里在康斯坦茨。所以你提到它很有趣，因为我的研究现在又回到了同一个系统。

但是，是的，正如你所说，我们发现的是，你知道，这些昆虫，它们为什么要一起行进？为什么它们——你知道，我们最初认为它一定像鱼群和鸟群。一定是关于信息的。它一定是关于集体智慧。好吧，我们错了。所以这是一个巨大的危险。如果你看到，你知道，一群蚂蚁正在绕圈移动，在一种磨坊中移动，并且你看到一个鱼群，例如，转动成环面或类似甜甜圈的图案，或者你看到一阵旋风，这些都是看起来相同的模式，但它们可能是由非常非常不同的现象驱动的。

我认为我的想法被误导了，你知道，当你看到集体运动时，它背后一定是类似的过程。但就蝗虫而言，这并不是这种信息传递假设。事实上，在这些沙漠环境中，当食物突然短缺时，你就极度缺乏必需的营养物质，尤其是在沙漠中：蛋白质、盐和水。

在这种恶劣的环境中，还有什么比其他人更好的呢？因为它们的营养成分非常均衡。因此，个体所做的就是，他们互相吸引，并且倾向于互相蚕食。因此，它们已经进化到跟随那些正在走开的动物，并试图咬住它们的后部，也就是腹部的后部，这是很难防御的。头部有重甲，但腹部后部由于明显的原因是一个弱点，那里一定有一个孔口。

因此他们瞄准了这一点，但随后他们也避免成为其他人的目标。跟随那些远离你的人和远离那些靠近你的人的结果是整个蜂群开始一起穿越这个沙漠环境。

它们还可以通过平流、一起离开营养贫乏的地区而受益。因为，你知道，如果你把一个人放在沙漠中，他会倾向于迷失方向并倾向于绕圈移动。与蝗虫相同。但如果你把它们放在一个群体中，集体对齐，个体之间同步，你知道，数以亿计的个体彼此对齐，它们可以以非常定向的方式走出这些营养不良的环境。它们还可以淹没掠食者。你知道，掠夺者根本无法在这里取得太大的进展。

斯特罗加兹： 实际上，当我们谈论所有这些例子时，这让我想知道，在过去，您是如何对所有这些感兴趣的？你提到这是2008年的事？

库津： 是的，那是 2008 年的那篇论文。

斯特罗加兹： 是的，在那之前你就很忙，对吧？

库津： 是的，我完成了博士学位。九十年代末关于蚂蚁。我对蚂蚁的行为很着迷。老实说，它始于对自然的热情以及对自然历史和观察我们周围事物的痴迷。

我想，小时候，一定有一位专家懂得为什么成群结队，为什么鱼群，为什么鸟群。我想这一定是每个人都在研究的东西。

我小时候是一名艺术家。我对创意写作、诗歌和艺术非常感兴趣。所以，我一开始就被它们的纯粹之美所吸引，被它们的美迷住了。

在高中时，我在科学方面并不是一个优秀的学生。我在做陶艺，也在做绘画。当我上大学时，我记得我爸爸对我说：“你知道，儿子，你应该做你擅长的事情。做英语或者艺术。你不是科学家，你是博物学家，知道吗？”他是对的。他是绝对正确的。

后来，当我获得生物学学位时，我在生物学讲座的第一堂课中就知道，我知道这对我来说是正确的，我就是知道这一点。我发现统计物理学的整个世界都是如此。这些论文当时发表，它们让我大吃一惊，因为它们的作者看到了跨系统的深刻数学原理。

我的博士学位导师说，你知道，要找到一份工作，你应该成为世界上一种蚂蚁的专家，然后你才有价值。但我读到的科学家的著作却恰恰相反。他们正在研究一切，从物理系统到生物系统，他们看到了这些原理。而且，他们发现的图案、结构和结果都是自然美丽的。所以我想，这一定是对的。这必须是开展科学研究的正确方法。所以，那时我就被物理的世界吸引了。

斯特罗加兹： 后来你有没有愉快地和你父亲谈论过你改变方向的事？

库津： 我从来没有想过我的父亲还记得这件事。然后，当我在普林斯顿大学从助理教授晋升为正教授时，我接到系主任的电话，说：“恭喜你，库赞教授。”而且，你知道，我完全被震撼了，所以我当然给我妈妈和爸爸打电话，我爸爸接了电话，然后他说，“我称你为博物学家。”那是唯一一次，那是几十年后的事了。我从来不知道他还记得这次讨论。

斯特罗加兹： 嗯，这是一个好故事，这是一个非常好的故事。我们喜欢在这个节目中讨论一些悬而未决的大问题，那么，您认为关于羊群、学校和集体行为的一些最大的悬而未决的问题是什么？

库津： 嗯，我绝对愿意。这让我进入了我现在非常兴奋的话题。所以，在我职业生涯的早期，我再次认为，你知道，大脑当然是一个奇妙的集体计算实体，是最美丽的例子之一。大脑如何做出决定？它是神经元的集合，当然我们有蚂蚁群、蝗虫群、鸟群或鱼群，所有这些不同的组成部分相互作用在一起。那么，这些不同的系统之间是否存在某种深刻的联系呢？目前我感兴趣的是集体决策，尤其是太空中的集体决策。

那么，大脑是如何表示时空的呢？这对于决策有何影响？这与动物的集体行为到底有什么关系？大约五年前我意识到，我认为关于大脑如何表示空间和时间，存在着深刻的数学相似性，而且我认为存在着深刻的几何原理。

这里最令人兴奋的事情之一是数学的再次使用。你知道，我在 16 岁时就放弃了数学，当时我刚刚以杰出研究员的身份在剑桥大学艾萨克·牛顿数学科学研究所度过了一个休假。然而，我无法解方程，你知道吗？

是的，但我喜欢能够与出色的数学家一起工作。通过与物理学家、数学家和生物学家合作，并通过在虚拟现实中对动物进行实验，我们在这里建立了一套技术。所以我们不能把像 Meta Quest 3 这样的耳机戴在长度不足一厘米的鱼身上。但我们可以创建虚拟、沉浸式、全息环境，因此我们可以完全控制输入。我们可以完全控制因果关系。

如果，你知道，我在影响你，你也在影响我，然后还有第三个人，他们是直接影响我还是通过你影响我？或两者？或者第四个人或第五个人？在我们的虚拟现实环境中，我们可以将这些个体放入所谓的矩阵中，就像电影中一样，每个个体都处于自己的全息世界中，并与其他个体的全息图实时交互。

但在这个世界上，我们可以玩弄物理规则。我们可以玩弄空间和时间的规则来更好地理解，大脑是如何整合这些的？

所以，这真的让我大吃一惊，因为我们可以证明大脑并不以欧几里得的方式代表空间。它表示非欧几里得坐标系中的空间。然后我们可以从数学上证明为什么这如此重要，那就是当你开始处理三个或更多选项时，然后实际上扭曲时空，使空间成为非欧几里得空间，可以极大地将世界的复杂性降低为一系列分叉。在每个分叉附近，它都会放大剩余选项之间的差异。所以就有了这个美丽的内部结构。

因此，我们认为我们已经有了关于大脑如何做出空间决策的普遍理论，如果不观察这些类型的虚拟现实环境中的鱼类、蝗虫和苍蝇等一系列生物体，我们就无法获得这一理论，所以这就是我非常兴奋的事情。

【主题剧】

斯特罗加兹： 好吧，我迫不及待地想听听你解决这一切的情况。我可以和你一起继续一整天，但我想是时候说谢谢了。我们一直在与进化生态学家伊恩·库津（Iain Couzin）讨论集群、集群、学校教育和各种集体行为。伊恩，很高兴了解您的所作所为以及您帮助我们所有人解开的自然奇观。非常感谢。

库津： 这是我的荣幸。谢谢，史蒂夫。

【主题继续播放】

斯特罗加兹： 感谢收听。如果您正在享受“The Joy of Why”并且尚未订阅，请在您正在收听的地方点击订阅或​​关注按钮。您还可以对节目发表评论。它可以帮助人们找到这个播客。

“The Joy of Why”是一个播客 广达杂志，一份独立编辑的出版物，由 西蒙斯基金会。西蒙斯基金会的资助决定不会影响本播客或其他内容的主题选择、嘉宾或其他编辑决定 广达杂志.

《为什么的喜悦》的制作人 PRX制作公司。制作团队包括 Caitlin Faulds、Livia Brock、Genevieve Sponsler 和 Merritt Jacob。 PRX Productions 的执行制片人是乔斯林·冈萨雷斯 (Jocelyn Gonzales)。摩根教堂和埃德温奥乔亚提供了额外的帮助。

从 广达杂志、John Rennie 和 Thomas Lin 提供编辑指导，并得到 Matt Carlstrom、Samuel Velasco、Nona Griffin、Arleen Santana 和 Madison Goldberg 的支持。

我们的主题音乐来自APM Music。播客名称是朱利安·林想出来的。剧集艺术由 Peter Greenwood 创作，我们的徽标由 Jaki King 和 Kristina Armitage 创作。特别感谢哥伦比亚新​​闻学院和康奈尔广播工作室的伯特·奥多姆-里德。

我是你们的主持人，史蒂夫·斯特罗加茨。如果您对我们有任何疑问或意见，请发送电子邮件至 [电子邮件保护]. 谢谢收听。