آنچه مورچه‎ها درباره مغز، سرطان و اینترنت به ما می‌آموزند

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 می‌کنندو این باعث شد فکر کنمکه 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 ساده‌ایتنظیم شده‌اند. مورچه‌ها با بو کردن ارتباط برقرار می‌کنند. آنها با شاخک‌هایشان بو می‌کنند و با شاخک‌هایشان ارتباط برقرار می‌کنند. وقتی یک مورچه دیگری رابا 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 می‌بینیدکه 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 پیچیدهیا 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 راهمانطور 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 متفاوتاستفاده 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 مندر 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 بازگشتارتباط برقرار کند، آنچه می‌بینید کاوشگرهای در حال بازگشتند که داخل تونل می‌روند،تا به آشیانه بروند و کاوشگرهای در حال خروج راسر 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 کاوشگرهابه کار می‎روند. و ما سیر تکاملی این سیستم رامطالعه کرده‎ایم. اول از همه،تغییر پذیری وجود دارد. که موجب متغیر بودن گروه‎ها می شود. در روزهای خشکبعضی 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 مورچهتوسط مورچه‎های دیگر تحریک می‎شود که برای جستجوی غذا تصمیم بگیرد. و ما دنبال این هستیم که آیا ممکن استتفاوتهای کوچکی بین گروهها در ارتباطات مورد نیاز هر مورچهقبل از تمایل به بیرون رفتن و کاوش غذا باشد زیرا چنین گروهیکمتر 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 دارندتا 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 فرزنداستفاده 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 مورچه‎هاهرگز 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 ژنتیکیبه 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 کهگروه‎هایی که آب نگه می‎دارند و در زمانی که بیرون بسیار گرم استداخل می‎مانند و بدین ترتیب قربانیگرفتن حداکثر مقدار ممکن غذا می‎شوند گروه‎هایی هستند کهبیشتر ممکن است گروه‎های فرزند داشته باشند. تمام این مدت فکر می‎کردم گروه ۱۵۴ یک بازنده استزیرا در روزهای بسیار گرم کاوش غذای بسیار کمی داشتند درحالی که بقیه گروه‎هابیرون بودند دنبال غذا بودندغذای بسیاری به دست می‎آوردند، اما در واقع، گروه ۱۵۴ برنده بزرگ بود. او یک گروه مادر است. یکی ازمعدود 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 کدامیکواقعا 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 اینکهپهنای 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 داده‎هابسیار 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 استکه ما جدیدا آن را ابداع کردیم اما این، یکی ازمعدود 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 استچه اتفاقی می‎افتد؟ اداره هزینه‎ها درمناطق استوایی آسان است زیرا هوا بسیار مرطوب استو 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 گونهدرحال 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 راادامه می‎دهد مگر اینکه اتفاق بدی رخ دهد یکی از گونه‎هایی کهآنرا مطالعه می‎کنم مدارهایی روی درخت درست می‎کنداز 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 ازتامین امنیت مورچه است. در وسطیک 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 کهتهدید برطرف شد ورودی دوباره باز میشود و شاید حالتهایی در امنیت رایانه باشند که اداره هزینه‎هابه اندازه‎ای کم است که ما می‎توانیمدسترسی 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 سیستمهامجبورند آن را اداره کنند یافتن و جمع آوری منابع است. و برای انجام این کار، مورچه‎ها مشکل جستجوی جمعیرا 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 یکساختمان درحال حریق شاید مفیدتر باشد که گروهی از ربات‎های کم هزینه‎تر را که اطلاعات اندکی تبادل می‎کننددر 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 جمعیخوبند که عبارت است ازایجاد توازن بین کامل جستجو کردن و پوشش دادن سطح وسیعی از زمین. و کاری که می‎کنند این است که وقتیتعداد زیادی در محیط کوچکی حضور دارند هر کدام می‎تواند بسیار کامل جستجو کند چون مورچه دیگریدر نزدیکی خواهد بود که آنجا را جستجو کند اما هنگامی که تعداد مورچه کمی در محیطی بزرگحضور دارند نیاز دارند که مسیرهایشانرا طولانی کنند تا زمین بیشتری را پوشش دهند. فکر می‎کنم آنها از ارتباطاتبرای تشخیص تراکم استفاده می‎کنند پس وقتی واقعا پرتعدادند بیشتر همدیگر را می‎بینند و کاملتر جستجو می‎کنند. گونه‎های مختلف مورچه‎ها بایدالگوریتم‎های 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 آنچهآن را می‎نامید، بچسبند و آنها کمتر متمایل هستندکه 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 دنیاتنظیم می‎کنیم که این آزمایش را با گونه‎های مختلفامتحان کنند. بسیار ساده است. با ارزان‎ترین مواد انجام می‎شود. با این روشمی‎توانیم نقشه جهانی از الگوریتم‎های جستجوی جمعی مورچه‎هادرست 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 آنهادر 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 دیگرنزدیک آن وجود دارد، و مورچه‎هایی که درمنابع خوشه ‎ای تخصص دارند از ارتباطات برای یارگیری استفاده می‎کنند. وقتی مورچه‎ای دیگری را می‎بیند، یا وقتی یک ماده شیمیاییرا می بیند، که توسط دیگریروی زمین گذاشته شده، آنگاه مسیرش را عوض می کند تا مسیر ارتباط را دنبال کند، این گونه است کهشما دنباله‎ای از مورچه را درحال بردن پیک نیکتانمی‎بینید.
اینجا مکانی است که فکر می‎کنمشاید بتوانیم از مورچه‎ها راجع به سرطانچیزهایی 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 زمینهکمک زیادی به ما بکنند چون مورچه‎ها هرگزگروه‎های 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 ارتباطاتبرای یارگیری استفاده می‎کنند، و اگر بتوانیم بفهمیم سلولهای سرطانیچگونه 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 سالانجام داده‎اند. باید چیزهای زیادی از آنها یاد بگیریم.
متشکرم.
(تشویق حاضرین)