مورچه در باره مغز ، سرطان و اینترنت چه چیزی به ما یاد می دهد سخنرانی های تد ted
من روی مورچه‌ها مطالعه میکنم در صحرا، در جنگلهای استوایی و در آشپزخانه خودم و در تپه های اطراف دره سیلیکن که آنجا زندگی میکنم. ( ناحیه ای در جنوب شرق سان فرانسیسکو که شرکت های کامپیوتری متمرکز هستند) به تازگی فهمیدم که که مورچه‌ها از ارتباطات متقابل به طور متفاوتی در محیطهای مختلف استفاده می‌کنند و این باعث شد فکر کنم که ما میتوانیم از این موضوع درباره بقیه سیستمها یاد بگیریم، مانند مهندسی مغزها و شبکه داده‌ها و حتی سرطان.
وجه اشتراک تمام این سیستمها نداشتن نظارت و کنترل مرکزی است. گروه مورچه‌ها شامل کارگرهای مونث عقیم است-- همان مورچه‌هایی که در اطراف ما حرکت می‌کنند-- و همچنین یک یا چند مورچه مونث مولد که فقط تخم می‌گذارند. آنها هیچ دستوری نمیدهند. با این که مورچه‌های ملکه به حساب می‌آیند به هیچکس نمی‌گویند که چه کار کنند. پس در گروه مورچه‌ها هیچکس مسئول نیست و همه سیستمهای بدون کنترل مرکزی مانند این با رفتارهای متقابل بسیار ساده‌ای تنظیم شده‌اند. مورچه‌ها با بو کردن ارتباط برقرار می‌کنند. آنها با شاخک‌هایشان بو می‌کنند و با شاخک‌هایشان ارتباط برقرار می‌کنند. وقتی یک مورچه دیگری را با شاخک‌هایش لمس می‌کند، مثلا میتواند بگوید که با آن مورچه دیگر هم آشیانه است و مورچ دیگر چه وظیفه‌ای را انجام میداده است. اینجا تعداد زیادی مورچه می‌بینید که حرکت می‌کنند و در محیط آزمایشگاه ارتباط برقرار می‌کنند که با لوله به دو محیط دیگر متصل است. وقتی یک مورچه، با دیگری مواجه میشود فرقی نمی‌کند با کدام مورچه مواجه میشود، و آنها در واقع هیچ گونه سیگنال پیچیده یا پیامی ارسال نمی‌کنند. تنها چیز مهم برای مورچه میزان مواجه با دیگر مورچه‌ها است. و تمام این ارتباطات که باهم اتفاق می‌افتند یک شبکه را به وجود میآورند. پس این شبکه‌ای از مورچه‌هاست که شما فقط حرکتش را در اطراف محیط دیدید و همین شبکه دائما درحال تغییر رفتار گروه را شکل می‌دهد، که آیا همه مورچه‌ها توی آشیانه پنهانند یا چه تعداد برای جست وجوی غذا بیرون میروند. مغز درحقیقت با روشی مشابه کار می‌کند، اما مطلب مهم درباره مورچه‌ها این است که میتوانید کل شبکه را همانطور که اتفاق میافتد ببینید.
بیش از ۱۲٫۰۰۰ نوع مورچه در هر محیطی که تصور کنید وجود دارند، که رفتارهای متقابل متفاوتی را برای مواجهه با چالشهای محیطی متفاوت استفاده می‌کنند. یک چالش محیطی مهم که هر سیستم باید از پس آن برآید اداره هزینه‌هاست، دقیقا همان قدری که برای اداره کردن سیستم لازم است. چالش محیطی دیگر ، منابع هستند یعنی پیدا کردن و جمع آوری آنها. در صحرا، اداره هزینه‌ها سخت است چون آب کم است و مورچه‌های دانهخور مورد مطالعه من در صحرا باید آب مصرف کنند تا آب به دست آورند. پس مورچه جستجو کننده در بیرون که در آفتاب داغ دنبال دانه می گردد آب از دست می‌دهد. اما گروه آب مورد نیازش را با بیرون آوردن چربی از دانه‌هایی که میخورند، به دست می‌آورد. پس در این محیط، ارتباطات برای به راه انداختن جستجوی غذا به کار میروند. یک مورچه کاوشگر بیرون نمیرود مگر این که با کاوشگرهای در حال بازگشت ارتباط برقرار کند، آنچه می‌بینید کاوشگرهای در حال بازگشتند که داخل تونل میروند، تا به آشیانه بروند و کاوشگرهای در حال خروج را سر راهشان می‌بینند. این برای گروه مورچه ها معنایی دارد هرچقدر غذا در بیرون بیشتر باشد کاوشگرها سریع تر آن را پیدا می‌کنند و سریع تر برمیگردند و کاوشگرهای بیشتری را بیرون میفرستند. سیستم کار می‌کند تا متوقف بماند مگر این که اتفاق خوبی بیفتد.
ارتباطات برای فعال کردن کاوشگرها به کار میروند. و ما سیر تکاملی این سیستم را مطالعه کردهایم. اول از همه، تغییر پذیری وجود دارد. که موجب متغیر بودن گروهها می شود. در روزهای خشک بعضی گروهها کمتر دنبال غذا میگردند گروهها در چگونگی ایجاد توازن بین مصرف آب برای کاوش دانهها و برگرداندن آب از طریق دانهها متفاوتند. و تلاش میکنیم که بفهمیم چرا بعضی گروهها کمتر از بقیه کاوش می‌کنند با درنظر گرفتن مورچه‌ها به عنوان نورونها با استفاده از مدلهای علوم عصبی هنگامی که یک نورون توسط نورونهای دیگر تحریک میشود که برای برانگیختن تصمیم بگیرد مشابها مورچه توسط مورچه‌های دیگر تحریک میشود که برای جستجوی غذا تصمیم بگیرد. و ما دنبال این هستیم که آیا ممکن است تفاوتهای کوچکی بین گروهها در ارتباطات مورد نیاز هر مورچه قبل از تمایل به بیرون رفتن و کاوش غذا باشد زیرا چنین گروهی کمتر برای غذا کاوش خواهد کرد.
و این، سوالی مشابه را درباره مغز به وجود می‌آورد. ما درباره مغز صحبت میکنیم اما قطعا هر مغز کمی متفاوت است و شاید بعضی افراد باشند یا بعضی شرایط که در آنها ویژگیهای الکتریکی نورونها به گونه ایست که محرکهای بیشتری نیاز دارند تا برانگیخته شوند که منجر به تفاوتهایی در کارکرد مغز میشود.
برای پرسیدن سوالات تکاملی باید درمورد کامیابی تناسلی بدانیم. این یک نقشه از موقعیت مطالعه است از جایی که این جمعیت از گروههای مورچه‌های برداشت کننده غذا را ۲۸ سال دنبال میکردم که تقریبا هم اندازه عمر یک گروه است. هر نماد یک گروه است و اندازه نماد نماینده تعداد فرزندان آن است چون میتوانستیم ازتنوع ژنتیکی برای مطابقت دادن گروههای والد و فرزند استفاده کنیم توانستیم بفهمیم که کدام گروهها توسط ملکه دختر بوجود آمدهاند و توسط کدام گروه والد. بعد از تمام این سالها ، برایم جذاب بود که بفهمم، مثلا گروه شماره ۱۵۴ که سالهاست به خوبی آن را میشناسم مادر مادربزرگ است. و این گروه، دختر اوست و این، نوه او است و اینها، دخترهای نوه او هستند. با این کار، قادر بودم که بفهمم که گروههای فرزند همانند گروههای والدند در تصمیماتشان در مورد روزهای گرم که به دنبال غذا نروند و فرزندان گروههای والد آنقدر از هم دورند که مورچه‌ها هرگز با یکدیگر مواجه نمیشوند پس مورچه‌های گروه فرزند نمیتوانند این را از گروه مادر یاد گرفته باشند. در نتیجه قدم بعدی ما اینست که به دنبال تنوع ژنتیکی به عنوان اساس این شباهت بگردیم.
سپس قادر بودم بپرسم که خب ، چه کسی بهتر عمل می کند؟ در طول زمان مطالعه و به خصوص در ۱۰ سال گذشته یک خشک سالی طاقت فرسا و شدید در جنوب غربی ایالات متحده وجود داشته است و این معلوم است که گروههایی که آب نگه میدارند و در زمانی که بیرون بسیار گرم است داخل میمانند و بدین ترتیب قربانی گرفتن حداکثر مقدار ممکن غذا میشوند گروههایی هستند که بیشتر ممکن است گروههای فرزند داشته باشند. تمام این مدت فکر میکردم گروه ۱۵۴ یک بازنده است زیرا در روزهای بسیار گرم کاوش غذای بسیار کمی داشتند درحالی که بقیه گروهها بیرون بودند دنبال غذا بودند غذای بسیاری به دست میآوردند، اما در واقع، گروه ۱۵۴ برنده بزرگ بود. او یک گروه مادر است. یکی از معدود مادرمادربزرگ های این مکان است. بر اساس اطلاعات من ، این اولین بار است که ما توانستهایم سیر تکاملی مداوم یک رفتار جمعی را در یک جمعیت طبیعی حیوانات دنبال کنیم و بفهمیم کدامیک واقعا بهترین عملکرد را دارد.
اینترنت از یک الگوریتم برای تنظیم کردن گردش داده‌ها استفاده می‌کند که بسیار شبیه به مورچه‌های برداشت کنندهایست که گردش کاوشگرها را تنظیم می‌کنند. حدس بزنید به این شباهت چه میگوییم؟ «اَنترنت» در حال آمدن است (تشویق حاضرین) داده‌ها، رایانه مرجع را ترک نمی‌کند مگر این که سیگنالی مبنی بر اینکه پهنای باند کافی برای رفتنش وجود دارد، دریافت کند. در اوایل عصر اینترنت که اداره هزینه‌ها واقعا بالا بود و از دست ندادن هیچ یک از داده‌ها بسیار مهم بود سیستم تنظیم شده بود تا برپایه ارتباطات گردش داده‌ها را فعال کند. جالب است که مورچه‌ها از الگوریتمی استفاده می‌کنند که بسیار شبیه الگوریتمی است که ما جدیدا آن را ابداع کردیم اما این، یکی از معدود الگوریتمهای مورچه هاست که از آن اطلاع داریم و مورچه‌ها ۱۳۰ میلیون سال وقت داشتند که الگوریتمهای خوب بسیاری را به دست آورند و فکر میکنم که بسیار محتمل است که بعضی از ۱۲٫۰۰۰ گونههای دیگر حتما الگوریتمهای جالب دیگری برای شبکههای داده دارند که هنوز ما حتی به آن فکر نکردهایم.
حالا هنگامی که اداره هزینه‌ها آسان است چه اتفاقی میافتد؟ اداره هزینه‌ها در مناطق استوایی آسان است زیرا هوا بسیار مرطوب است و برای مورچه ها آسان است که در بیرون حرکت کنند. اما مورچه‌ها در مناطق استوایی بسیار زیاد و گوناگون هستند پس رقابت بسیار بالاست. هر منبعی که یک گونه درحال استفاده از آن است گونههای دیگر هم متمایل هستند از آن به طور همزمان استفاده کنند. پس در این محیط از ارتباطات در راه مخالف استفاده میشود. سیستم این مسیر را ادامه می‌دهد مگر اینکه اتفاق بدی رخ دهد یکی از گونههایی که آنرا مطالعه میکنم مدارهایی روی درخت درست می‌کند از مورچه‌های کاوشگری که بین لانه و منبع غذا رفت و آمد می‌کنند کاملا گرد و دایرهوار مگر اینکه اتفاق بدی رخ دهد مثلا ارتباطی با مورچه‌های گونه های دیگر. این یک مثال از تامین امنیت مورچه است. در وسط یک مورچه حضور دارد که ورودی لانه را با سرش بسته است در پاسخ به تعاملات با گونههای دیگر. آنها مورچه‌های کوچکی هستند که با شکم هایی در هوا میدوند. اما هنگامی که تهدید برطرف شد ورودی دوباره باز میشود و شاید حالتهایی در امنیت رایانه باشند که اداره هزینه‌ها به اندازهای کم است که ما میتوانیم دسترسی را موقتا ببندیم در پاسخ به یک تهدید آنی و سپس آن را دوباره باز کنیم به جای تلاش برای ساختن یک فایروال دایمی یا یک دژ.
یکی دیگر از چالشهای محیطی که همه سیستمها مجبورند آن را اداره کنند یافتن و جمع آوری منابع است. و برای انجام این کار، مورچه‌ها مشکل جستجوی جمعی را حل می‌کنند این مشکلی است که هم اکنون در رباتیک مورد توجه بسیاری است زیرا ما فهمیدهایم که به جای فرستادن یک ربات پیچیده و پرهزینه برای اکتشاف در سیاره دیگر یا جستجو در یک ساختمان درحال حریق شاید مفیدتر باشد که گروهی از رباتهای کم هزینهتر را که اطلاعات اندکی تبادل می‌کنند در اختیار داشته باشیم و این روشی است که مورچه‌ها انجام میدهند. مورچه آرژانتینی مهاجم شبکههای جستجوی گستردهای درست می‌کند. آنها در اداره مشکل اصلی در زمینه جستجوی جمعی خوبند که عبارت است از ایجاد توازن بین کامل جستجو کردن و پوشش دادن سطح وسیعی از زمین. و کاری که می‌کنند این است که وقتی تعداد زیادی در محیط کوچکی حضور دارند هر کدام میتواند بسیار کامل جستجو کند چون مورچه دیگری در نزدیکی خواهد بود که آنجا را جستجو کند اما هنگامی که تعداد مورچه کمی در محیطی بزرگ حضور دارند نیاز دارند که مسیرهایشان را طولانی کنند تا زمین بیشتری را پوشش دهند. فکر میکنم آنها از ارتباطات برای تشخیص تراکم استفاده می‌کنند پس وقتی واقعا پرتعدادند بیشتر همدیگر را می‌بینند و کاملتر جستجو می‌کنند. گونههای مختلف مورچه‌ها باید الگوریتمهای متفاوتی استفاده کنند چون برای سروکار داشتن با منابع متفاوتی تکامل یافتهاند و دانستن این میتواند بسیار مفید باشد ما اخیرا به واسطه مورچه‌ها توانستیم مسئله جستجوی دسته جمعی را در اکثر محیطهای دارای گرانش ضعیف در پایگاه فضایی بین المللی حل کنیم. وقتی اولین بار این عکس را دیدم فکر کردم اوه نه! آنها زیستگاه را عمودی نصب کردهاند اما فهمیدم که البته اهمیتی ندارد. اینجا ایده این است که مورچه‌ها بسیار تلاش می‌کنند که به دیوار یا به کف سطح یا به هر آنچه آن را مینامید، بچسبند و آنها کمتر متمایل هستند که ارتباط برقرار کنند بنابراین تناسب بین تراکم آنها و دفعات مواجهه آنها با یکدیگر خراب خواهد شد. ما همچنان درحال تحلیل داده‌ها هستیم. من هنوز نتایج را ندارم. اما جالب خواهد بود که بدانیم بقیه گونهها چگونه این مسئله را در محیطهای مختلف زمین حل می‌کنند، ما داریم برنامهای را برای تشویق کردن کودکان سراسر دنیا تنظیم میکنیم که این آزمایش را با گونههای مختلف امتحان کنند. بسیار ساده است. با ارزانترین مواد انجام میشود. با این روش میتوانیم نقشه جهانی از الگوریتمهای جستجوی جمعی مورچه‌ها درست کنیم. و من فکر میکنم که احتمالا گونههای مهاجم همانهایی که به داخل خانههایمان می‌آیند در این زمینه بسیار خوب عمل می‌کنند، چون آنها در آشپزخانه شما هستند به دلیل اینکه آنها در یافتن آب و غذا بسیار خوب هستند.
آشناترین منبع (غذا) برای مورچه ها یک پیک نیک است، و این یک منبع خوشه ای (فراوان) است. وقتی تکه میوهای وجود دارد، احتمالا تکه میوهای دیگر نزدیک آن وجود دارد، و مورچه‌هایی که در منابع خوشه ای تخصص دارند از ارتباطات برای یارگیری استفاده می‌کنند. وقتی مورچهای دیگری را میبیند، یا وقتی یک ماده شیمیایی را می بیند، که توسط دیگری روی زمین گذاشته شده، آنگاه مسیرش را عوض می کند تا مسیر ارتباط را دنبال کند، این گونه است که شما دنبالهای از مورچه را درحال بردن پیک نیکتان می‌بینید.
اینجا مکانی است که فکر میکنم شاید بتوانیم از مورچه‌ها راجع به سرطان چیزهایی یاد بگیریم. اولا واضح است که میتوانیم کارهای زیادی برای جلوگیری از سرطان انجام دهیم با اجازه ندادن به مردم برای گسترش دادن آن یا فروختن زهرهایی که به تکامل سرطان در بدنهایمان کمک می‌کنند، اما فکر نمیکنم مورچه‌ها در این زمینه کمک زیادی به ما بکنند چون مورچه‌ها هرگز گروههای خودشان را سمی نمی‌کنند. اما شاید بتوانیم از مورچه‌ها چیزی درباره درمان سرطان یاد بگیریم. انواع مختلف بسیاری از سرطان وجود دارند. هر کدام از عضو خاصی از بدن سرچشمه میگیرد و بعضی از سرطانها گسترش مییابند یا بافتهای خاص دیگر را مبتلا می‌کنند که باید از آنجا منابع مورد نیاز را بگیرند. اگر به قضیه از منظر اولین سلولهای سرطانی متاستاز کننده نگاه کنید هنگامی که آنها در بیرون به دنبال منابع مورد نیاز جستجو می‌کنند اگر آن منابع خوشهای باشند، سلولها از ارتباطات برای یارگیری استفاده می‌کنند، و اگر بتوانیم بفهمیم سلولهای سرطانی چگونه یارگیری می‌کنند، شاید بتوانیم دامهایی را قرار دهیم تا آنها را قبل از پخش شدن گیر بیندازیم.
مورچه‌ها از ارتباطات در راههای مختلفی در محیطهای متنوع بسیاری استفاده می‌کنند، و ما میتوانیم از این قضیه درباره بقیه سیستمهایی که بدون کنترل مرکزی کار می‌کنند، چیزهایی یاد بگیریم. تنها با استفاده از ارتباطات ساده گروههای مورچه‌ها، شاهکارهای شگفتانگیزی را برای بیش از ۱۳۰ میلیون سال انجام دادهاند. باید چیزهای زیادی از آنها یاد بگیریم.
متشکرم.
(تشویق حاضرین)
