Sværmeadfærd fungerer som en kollektiv hjerne

Sværmeadfærd fungerer som en kollektiv hjerne

Nye eksperimenter viser, hvordan fiskestimer og fugleflokke trækker informationer ud af deres omverden.

Fænomenet 'wisdom of the crowds' har været debatteret en del i de seneste år, og der synes stadig at være facetter, som forskerne ikke helt forstår.

Den primære indsigt bag begrebet går kort fortalt ud på, at man kan trække nyttig information ud af omverdenen via en masse skud i tågen. Det ældste eksempel, man kender til, stammer fra Charles Darwins fætter, sir Francis Galton, der i 1906 overværede et dyrskue, hvor tilskuerne blev inviteret til at gætte vægten på en slagteklar okse.

787 hemmelige gæt blev det til, men ingen ramte plet: 1.198 pund vejede den. Gennemsnittet af alle gæt viste sig kun at være et enkelt pund fra sandheden, og Galton mente dermed at have vist, at kollektivet i visse situationer kan have en højere intelligens end selv det klogeste individ.

Fisken den gyldne shiner foretrækker skygge, men enkeltvis er de ikke særligt gode til at finde den. To forhold gør, at en stime gør det langt bedre: Den enkelte fisk svømmer hurtigere i lys og søger samtidig at holde en vis minimums­afstand til sin nabo. I en stime, der f.eks. svømmer til venstre for en mørkt område (tv.), vil individerne i det lyseste område svømme hurtigere end dem, der svømmer nær det mørke område. Dermed øger de afstanden til deres naboer (i midten), og i forsøget på at kompensere for det drejer de mod højre og trækker dermed den samlede flok mod det mørke område (th.). Illustration: Berdahl, Torney, Ioannou, Faria & Couzin. 2013. ‘Emergent Sensing of Complex Environments by Mobile Animal Groups’. Science.

Effekten er blevet eftervist mange gange siden da, selvom man har fundet ud af, at det kun gælder med visse forbehold. F.eks. kan social påvirkning føre flertallet på vildspor, og metodens succes afhænger også af den opgave, der skal løses. Ville man anvende en så simpel flertalsprocedure til at bygge broer, ville de nok ikke holde særlig længe.

Men bortset fra disse teknikaliteter er et andet spørgsmål begyndt at trænge sig på: Virker fænomenet kun, når mange individer laver mentalt krævende estimater, eller benytter evolutionen sig af aspekter af mekanismen allerede, f.eks. via ubevidste handlinger eller ved at samle og bundte helt primitive former for kollektive sanseprocesser?

Meget tyder på, at dette er tilfældet. I en ny artikel i tidsskriftet Science viser evolutionsbiologerne Andrew Berdahl, Colin J. Torney og Iain Couzin fra Princeton University i USA, at simpel navigation blandt fiskestimer og fugleflokke baserer sig på en wisdom of the crowds-mekanisme. Om man drejer til højre eller til venstre er ikke en beslutning, der skal forhandles eller estimeres, men et resultat af en meget simpel tælling af naboer: Hvis der er flere naboer på min højre side end på min venstre side, så drejer jeg til højre.

Nemt at simulere

Faktisk var det programmøren Craig Reynolds, der i 1986 opdagede, hvor nemt man kan simulere sværmeadfærd: Han havde brug for en animation af flokke af flagermus til filmen 'Batman Returns' og fandt ud af, at en simpel programmeringsregel var nok: Flagermusene skal kunne justere deres separation fra hinanden, således at de hverken kommer for tæt på eller for langt væk. Ellers skal de bare have lov at bevæge sig frit i luften. Resultatet var en realistisk udseende animation af flokadfærd, som aldrig kunne være genskabt lige så godt ved f.eks. at programmere de individuelle flyvebaner enkeltvis.

Iain Couzin og hans hold har nu vist, at det samme gælder for rigtige dyr ude i virkeligheden. Forskerne har kigget på den gyldne shiner, en lille fisk, der gerne svømmer i stimer på lavt vand, og som foretrækker skygge frem for lys. Ved at lægge en variabel lyskilde på et akvarium, kunne hans forskerhold studere, hvordan fisken sværmede hen til skyggeområderne alt efter stimestørrelse og alt efter, hvor intens forskellen mellem lys og mørke var i de forskellige områder af akvariet.

Det viste sig, at den gyldne shiner ikke er særlig god til at finde skygge af sig selv. Godt nok svømmer den hurtigere, jo mere lys der er, men retningen er mere eller mindre kaotisk. Svømmer den derimod i flok, er den fantastisk effektiv til at finde de mørkeste områder. Og jo større stimen, desto mere effektiv.

For at forstå mekanismen bag denne kollektive sanseevne forsøgte forskerne at følge svømmebanen hos de enkelte fisk. Det viste sig, at accelerationen i en bestemt retning var korreleret med antallet af fisk i nærheden. Når naboerne var samlet i én retning, steg accelerationen i den retning. Når de var fordelt i alle mulige retninger, faldt accelerationen.

Den gyldne shiner bruger altså tre forhold til at navigere: sansning af en lysgradient, naboernes antal og naboernes position. For at se, hvordan disse tre forhold bidrager til kollektiv intelligens, skal man forestille sig følgende: En fiskestime bevæger sig i en bane, der står vinkelret på en lysgradient, således at den venstre del af stimen hele tiden svømmer i et lidt lysere område end den højre.

Vi ved, at jo lysere der er, desto større er fiskenes acceleration, og derfor begynder fisk til venstre hele tiden at overhale dem til højre. For at justere for den stigende afstand mellem fiskene induceres der en rotation. De hurtige fisk til venstre vil dreje mod de langsomme fisk til højre, og flokken vil samlet begynde at dreje til den mørke side. Jo mørkere det bliver, desto langsommere bliver fiskene, og til sidst har de fundet det optimale opholdssted.

Det er værd at bemærke, at store flokke er bedre til at navigere i en gradient end små flokke - af den simple grund, at store flokke udspænder et større volumen og derfor har en større variation i data at måle på. Dette oversættes automatisk til en mere nøjagtig måling og dermed til et mere effektivt bevægelsesmønster for sværmen. Ligegyldigt hvor kompliceret forskerne lavede lysmønstrene i akvariet, kunne flokken altid reagere 'intelligent' og rationelt på forandringerne og samle sig i de mørkeste kroge.

'Many wrongs' er ... forkert

Eksperimentet udfordrer en yndet teori blandt adfærdsbiologer kaldet 'many wrongs'-hypotesen. Den siger, at grupper kan spore gradienter i miljøet ved at samle individuelle målinger, annullere de modsatrettede og så beregne den dominerende vektor.

Tænk på tv-showet 'Hvem vil være millionær?'. Livlinen 'spørg publikum' er i virkeligheden den bedste hjælp, man kan få, fordi den udnytter en statistisk effekt, hvor de vidende svarer korrekt, og de uvidende svarer med tilfældige skud i tågen. Jo flere skud i tågen, des mere udligner de hinanden, og des tydeligere fremstår de få, der faktisk kender det rigtige svar. Det er Galtons okse om igen.

Problemet med den forestilling er bare, at fisk og fugle ikke har mulighed for at lave en graf, der analyserer meningsmålingerne, sådan som man kan gøre det ved et tv-show eller et dyrskue. De bevæger sig bare, og den kollektive intelligens manifesterer sig i stedet som en mekanisk procedure for interaktioner.

En fiskestime eller en fugleflok har slet ikke mulighed for at samle, bundte og analysere usikre informationer for derefter at tage en beslutning. De har problemer nok med at sanse miljøets gradienter, svage som de er.

En bedre måde at forstå wisdom of the crowds-fænomenet på er at betragte gruppeadfærd som en manifesteret kollektiv intelligens i sig selv. Instinktet om at 'holde sig til' er i virkeligheden den afgørende algoritme, der oversætter individuel sansning til kollektiv navigation.

Man behøver ikke at estimere, tænke, overveje, samle data eller tage gennemsnit. Man kan være så dum, det skal være. Så længe man som individ blot besidder et minimum af sanseevner, vil gruppens dynamik og arkitektur 'beregne' de manglende informationer. Ved at bevæge sig sammen bliver gruppen til én stor regnemaskine.

En lignende effekt kan iagttages ved demokratiske processer. Sidste år publicerede Iain Couzin en lettere provokerende artikel i Science, hvori han viste, at politisk uvidenhed og medløberi ikke i sig selv behøver at være dårlige egenskaber. Tværtimod kan de være essentielle elementer i at opnå en flertalskonsensus og i at forhindre stærke minoriteter i at vildlede populationen (se Ingeniørens gennemgang her).

En sværm af celler

Et andet interessant aspekt ved at se kollektiv intelligens på denne måde er følgende: Gad vide, om det er en af grundene til, at multicellulære organismer er opstået i det hele taget? Som individuel celle har man en evolutionær fordel, hvis man er bedre end andre til at trække informationer ud af omverdenen og bruge dem til egen fordel. Hvis dette kan optimeres endnu mere via samarbejde med et antal af naboceller, vil det blive til et spørgsmål om en afvejning af fordele og ulemper, der afgør, om en kollektiv intelligens kan udvikles eller ej.

Men den naturlige selektion er i sig selv denne afvejning. Hvis multicellulære ansamlinger overlever længere, fordi deres arkitektur er i stand til at trække mere viden og dermed mere føde ud af miljøet end den enkelte celle, vil de være en evolutionær succes. Sværmeadfærd er således kun én bestemt realisering af en evolutionært frembragt informationsarkitektur; multicellulære organismer en anden.

Også følelsen af et personligt 'jeg' i bevidsthedsforskningen betragtes ofte i det lys: som et commonwealth af neuroner, hvor identiteten ikke udgøres af en skjult substans et eller andet sted dybt nede i hjernen, men ved at være en komposition af mange forskellige, relaterede og alligevel stadig skiftende elementer.

Meget af dette er dog stadig kun spekulationer. Iain Couzin og hans kolleger har på overbevisende måde vist, at fænomenet 'wisdom of the crowds' ikke kun er et sukkerlag af viden, der kan udvindes via analysen af store gruppers handlinger. Det kan meget vel vise sig, at 'wisdom of the crowds' er et fundamentalt arkitektonisk princip i tilblivelsen af stadigt mere komplekse livsformer, der trækker stadigt mere nyttig information ud af omverdenen.

Dokumentation

Emergent Sensing of Complex Environments by Mobile Animal Groups

Kommentarer (9)

Det er tankevækkende, at når fugle og fisk indgår i en "kollektive hjerne", så kan den opnåede fælles begavelse betegnes som en gevinst for såvel fællesskabet som for den enkelte.
For ligeså er påfaldende er det modsatte, nemlig at når mennesker optræder i flok, så kan flokken forekommer mere uintelligent end som den enkelte opleves på tomandshånd, f.eks. ved bølleoptøjer og lignende.
Af lignende årsager går massekommunikation altid efter laveste fællesnævner, for at være sikker på "at få alle med". Har I nogensinde hørt amerikanske radioreklamer, for ikke at tale om de danske ?. F.eks. Exxon Mobil's radioreklame, der på et niveau langt under børnehaveniveau fortæller om et nyt additiv, som de har tilsat benzinen. I guder, hvor må de dog tro, at vi er dumme...

  • 0
  • 0

artiklen overser en vigtig pointe mht "hvem vil være millionær". De uvidende er oftest ikke vidende om at de ikke ved det, og de vil ikke skyde i blinde. Hvis de uvidende derfor alle tager det der ligger tættest for vil de ikke nødvendigvis udligne hinanden.

Ex: antag der er 4 valg (som i hvem vil være millionær)
1- rigtigt men ikke åbenlyst, 2-tæt på men forkert, 3+4 åbenlyst forkerte.
Dem der kender svaret vælger 1, dem der ikke ved det fravælger 3+4 og vælger 2. Fejlene udligner ikke hinanden. Hvis der er flere uvidende end vidende vil nr. 2 få flest stemmer.

  • 0
  • 0

ja, det er rigtig, Jimmy, der er masser af usikkerheder i den konkrete analogi. Men matematikken er god nok i idealtilfældet, altså hvor folk vitterlig er komplet uvidende og ikke ved hvad hinanden stemmer.

  • 0
  • 0