Królowa bez władzy, ciało bez głowy – czyli cud inteligencji zbiorowej

Jesienią 1906 r. Francis Galton udał się na wiejski targ Plymouth w Anglii. Był świadkiem konkursu, w którym uczestnicy szacowali wagę mięsa z wołu po jego zabiciu, a swoje przewidywania zapisywali na kartkach. 85-letni uczony nie miał dobrego zdania o ludziach. Był przekonany, że nikt nie wytypuje prawidłowej wagi. Jakież było jego zdziwienie, gdy przeanalizował zebrane od 787 osób prognozy. Średnia arytmetyczna waga wołu wyniosła 1197 funtów i różniła się o jeden funt od wagi faktycznej! Wyniki opublikował Galton w magazynie „Nature”.

Jak to możliwe, że grupa przypadkowych osób – doświadczonych rzeźników, rolników, kupców, ale też przygodnych klientów na targu, tak precyzyjnie przewidziała wagę wołu?

Kiedy królowa nie ma posłuchu

Kolektywna zdolność do oszacowania wagi wołu to przykład zjawiska znanego jako mądrość tłumu (the wisdom of crowds). Tak zatytułowana jest książka Jamesa Surowieckiego, w której opisuje wydarzenie z Plymouth. Publikacja pojawiła się w 2004 roku, gdy świat od trzech lat zachwycał się fenomenem Wikipedii. Z ówczesnej perspektywy encyklopedia tworzona przez anonimowych autorów była zjawiskiem słusznie podejrzanym. Dziś jest przykładem największego oddolnego projektu w historii, który działa bez nadzoru i oficjalnego kierownictwa.

Podobnie bez odgórnej kontroli pracują mrówki. Przypominają zdyscyplinowaną armię, gdy sprawnie przemieszczają się znosząc pożywienie do mrowiska. Albo pracowników magazynu, która kompletuje zamówienia pod presją czasu. „Co nimi rządzi? Co wydaje rozkazy, przewiduje przyszłość, opracowuje plany, zapewnia równowagę?” – pytał w latach 20. XX w. Maurice Maeterlinck, belgijski poeta, noblista i obserwator przyrody.

Chociaż mrowisko przypomina wypełniony ludźmi biurowiec wielkiej korporacji, w odniesieniu do struktury zarządczej korporacją nie jest. Owszem, mrówki mają swoje specjalizacje i oddają się pracy bez reszty, radzą sobie jednak bez managerów średniego i wyższego szczebla. Animowany „Film o pszczołach” studia DreamWorks przekonuje nas, że jest inaczej, ale to tylko licentia poetica. Jeśli podejrzewamy, że pracowite owady wykonują rozkazy, które płyną od królowej, od razu rozprawmy się z tym mitem. Królowa nie ma żadnej władzy. Nie interesuje jej codzienna bieżączka, fuzje, przejęcia, deadliny i kejpiaje (KPI). Jest esencjalistką pełną gębą. Jej jedynym zadaniem jest składanie jaj.

Kiedy mrówka czuje chemię

U wszystkich znanych 14 tys. gatunków tych owadów obserwujemy zachowania zbiorowe. Co sprawia, że mrówki sprawnie radzą sobie z zadaniami? Przeprowadzono eksperyment. Mrówki argentyńskie miały do wyboru pomost z dwóch gałęzi łączących źródło pokarmu z gniazdem: krótszej i dłuższej. Po kilku minutach testowania każdej z opcji wybierały krótszą.

130 mln lat ewolucji wyposażyło mrówki w czuły zmysł powonienia, który umożliwia rozróżnianie setek związków chemicznych. Narządem węchu są czułki, którymi mrówka dotyka swoich towarzyszy i wyczuwa zapach magazynowany w woskowej zewnętrznej powłoce. Zapach informuje np. o rodzaju wykonywanej pracy mrówczego pobratymca. Gdy mrówka wybiera się po pożywienie, sama pozostawia zapach w postaci feromonowego śladu.

To właśnie szlaki feromonowe umożliwiają mrówkom skuteczne furażowanie, czyli poszukiwanie jedzenia. Dwie mrówki wychodzą z gniazda i każda swoją trasę znakuje feromonem. Mrówka, która wybrała krótszą drogę, wraca pierwsza. Jej trasa jest teraz zaznaczona podwójną ilością substancji – najmocniej pachnie feromonem, a przez to jest bardziej atrakcyjna dla towarzyszek niż dłuższa trasa drugiej mrówki.

Strategia zapachowa nie sprawdzi się, gdy jedzenie rozmieszczone jest na dużym obszarze. Wówczas mrówki sprawdzają zamrowienie, adekwatnie dostosowując ścieżki. Jeżeli niewiele mrówek znajduje się na małym obszarze, każda z nich wybiera krętą trasę, aby dokładnie przeszukać teren. Gdy teren jest większy, mrówki rozpoznają stopień zagęszczenia licząc częstość wzajemnych spotkań.

Kiedy świetlik przyciąga

Biolodzy badają zachowanie owadów społecznych ze względu na ich skuteczność w rozwiązywaniu złożonych problemów, takich jak znalezienie najkrótszej drogi między gniazdem a źródłem pożywienia. Analiza sposobów furażowania zaowocowała stworzeniem metody sterowania przepływem informacji w sieciach telekomunikacyjnych.

Mrówki żniwiarki stosują algorytm podobny do protokołu TCP/IP, który reguluje przepływ danych w internecie – nie zostaną one wysłane z komputera, zanim nie otrzyma on potwierdzenia z rutera, że poprzedni pakiet miał wystarczająco dużą przepustowość, by dotrzeć do celu. Stworzony przez mrówki model operacyjny znajduje zastosowania wszędzie tam, gdzie wyzwaniem jest – mówiąc językiem późnego kapitalizmu – optymalizacja. Analizując algorytmy, które rządzą zachowaniem mrówek potrafimy: skracać czas potrzebny do wykonywania operacji w fabryce; stworzyć harmonogram zarządzania magazynem czy linią produkcyjną.

Mrówcze kolonie nie są jedynym przykładem systemu, który działa bez centralnej kontroli. Wiedza o kolektywnych zachowaniu owadów w zdecentralizowanych i samoorganizujących się systemach znajduje zastosowanie w inteligencji roju (Swarm intelligence, SI), dziedzinie badań nad sztuczną inteligencją. Fizycznym odpowiednikiem owadów w ludzkim świecie staje się internet rzeczy (Internet of Things, IoT). To inteligentne urządzenia i przedmioty wyposażone w sensory, oprogramowanie i podłączone do internetu.

W 1992 r. Marco Dorigo zaproponował algorytm mrówkowy (ant colony optimization algorithm, ACO), bazujący na zachowaniu mrówek próbujących znaleźć najkrótszą drogę do zebrania zapasów pożywienia i tworzonym przez nią śladzie feromonowym. Z mrówczego algorytmu korzysta dziś biznes, skracając czasu potrzebny do wykonywania operacji w fabryce czy opracowując harmonogram zarządzania zasobami magazynowymi, liniami produkcyjnymi i pakowniczymi.

W wyniku analizy zachowania świetlików, gdy najjaśniejszy owad przyciąga inne w swoim kierunku, powstał kolejny algorytm (firefly algorithm, FA). Sprawdza się tam, gdzie trzeba rozwiązać problemy optymalizacyjne w inżynierii, robotyce czy telekomunikacji.

Jeszcze inne rozwiązanie (Particle swarm optimization, PSO) jest zainspirowane zachowaniem społecznym stad ptaków, ławic ryb czy owadów takich jak termity, pszczoły lub osy. W sumie istnieje ponad 40 algorytmów inspirowanych naturą, w tym zachowaniem nietoperzy, kukułek czy owadów zapylających kwiaty. Wszystkie rozwiązania należą do tzw. metaheurystyk – podejścia, które daje wyniki w problemach optymalizacyjnych, gdy dane są niekompletne.

Przykładem zachowania zbiorowego (collective behavior), będącego wynikiem prostych interakcji między jednostkami są stada szpaków efektownie krążące po niebie (murmuration), miliony szarańczy przemieszczających się na wielkie odległości w poszukiwaniu pożywienia, ławice ryb czy proces budowania białek. A także wspomniana Wikipedia czy zbudowany przez programistów wolontariuszy system operacyjny Linux. Samoorganizującym się systemem bez centralnego przywództwa są nowe ruchy społeczne jak Żółte Kamizelki powstałe w 2018 r. we Francji. To zachowania pozbawione lidera, w działaniu oparte o inteligencję rozproszoną, tzw. inteligencję roju – jak zjawisko to w 1989 r. nazwali Gerardo Beni i Jing Wang.

Kiedy człowiek się dobiera

Istnienie w przyrodzie strategii opartej na współpracy i przykłady altruizmu wydają się nam zaskakujące. Robotnice mrówek poświęcają płodność, aby służyć królowej; lwice karmią nawzajem swoje dzieci. Ludzie współpracują przy zdobywaniu pożywienia lub obronie terytorium. Być może dlatego Homo sapiens zyskał przewagę nad innymi gatunkami, zwłaszcza nad Neandertalczykami (dzielimy z nimi 2 proc. DNA). Jednym z powodów budowania gatunkowej przewagi była właśnie zdolność do złożonej współpracy w grupach liczących do 150 osób.

Martin A. Nowak z Harvard University wyróżnia pięć mechanizmów leżących u podstaw rozwoju współpracy. Gdy do współpracy dochodzi między jednostkami pozostającymi w stałym kontakcie, mówimy o wzajemności bezpośredniej. Nietoperze z podrodziny wampirowatych dzielą się posiłkiem, gdy któremuś nie uda się pożywić krwią ofiary. Trzymają się swojej grupy i dobrze pamiętają akt dobrej woli towarzysza, który może liczyć na rewanż.

Drugim mechanizmem jest dobór przestrzenny. Działa, gdy osobniki współpracujące i niewspółpracujące są równomiernie rozmieszczone. Sąsiedzi bądź przyjaciele często sobie pomagają. Mechanizm obserwujemy również u prostszych organizmów. W populacji drożdży, gdzie te dwie strategie były wymieszane, zwyciężył egoizm. W populacjach w których altruiści i egoiści tworzyli enklawy, zaczęła dominować współpraca.

Trzeci jest dobór krewniaczy. To najbardziej intuicyjny mechanizm współpracy między osobnikami spokrewnionymi. Gotowe są ponieść ofiarę dla dobra swoich krewnych, ponieważ łączą je wspólne geny.

Czwarty mechanizm polega na wzajemności pośredniej. Jesteśmy gotowi pomóc nieznajomemu ze względu na jego reputację. Makaki japońskie zyskają w oczach koleżeństwa pielęgnując sierść małpich VIP-ów ze szczytu drabiny społecznej. To poprawia ich wizerunek na tyle, że same mogą liczyć na iskanie ze strony innych członków stada.

Piąty mechanizm zauważył Darwin. To dobór grupowy. Osobniki działają w interesie całej grupy kosztem jednostki.

Uniwersalność wymienionych mechanizmów obserwujemy powszechnie – od prostych form życia po zwierzęta stadne. To jeden z dowodów, że współpraca od początku napędzała procesy ewolucyjne. Jednocześnie dobór przebiega na wielu poziomach: w genach pojedynczych osobników, poprzez grupy osobników spokrewnionych, a skończywszy na całych gatunkach. To dlatego pracownicy konkurują ze sobą wewnątrz organizacji, ale jednocześnie współpracują na jej rzecz, rywalizując z innymi firmami.

Jako przedstawiciele Homo sapiens najchętniej odwołujemy się do mechanizmu czwartego, czyli wzajemności pośredniej lub reputacji. Język umożliwia komunikację, jesteśmy ciekawi (by nie powiedzieć ciekawscy) życia innych, plotkujemy bez opamiętania, tak o sprzymierzeńcach jak i wrogach. Stosowanie tej strategii w biznesie polega na budowaniu wizerunku lidera, eksperta, także poprzez pokazywanie się w otoczeniu znanych osób (tzw. strategia Księżyca i świecenia światłem odbitym). To przez pryzmat reputacji wybieramy np. organizacje charytatywne.

Kiedy niezgoda rozwiązuje problemy

W maju 1968 r. amerykańska łódź podwodna Scorpion zaginęła wracając do portu z Północnego Atlantyku. Gdy służby ratunkowe szukały bezskutecznie łodzi na akwenie o szerokości 20 mil i głębokości tysięcy stóp, oficer John Craven spojrzał na problem z innej strony.

Obmyślił wiele alternatywnych scenariuszy zaginięcia Scorpiona. Zebrał grupę matematyków, specjalistów od łodzi i prądów morskich oraz ratowników i zapytał o prawdopodobieństwo każdego. Nadał im formę zakładów. Zebrał odpowiedzi i do oszacowania lokalizacji Scorpiona wykorzystał tzw. twierdzenie Bayesa. To sposób na obliczenie, w jaki sposób nowe informacje o zdarzeniu zmieniają wcześniejsze oczekiwania dotyczące prawdopodobieństwa zdarzenia. Uzyskany w efekcie wynik nie pokrywał się z żadnymi z wcześniejszych przypuszczeń. Scorpiona znaleziono 201 metrów od miejsca wskazanego przez Cravena i jego ekspertów.

Gdy widzimy grupę zaskakująco trafnie podejmującą decyzje np. na wyścigach konnych, myślimy, że to zasługa kilku bystrych osób w tłumie, a nie tłumu samego w sobie – pisze Surowiecki. I zachęca: „Nie gońmy za ekspertami, ale skorzystajmy z mądrości tłumu”.

Różnorodność dobrze służy nie tylko dlatego, że oznacza różne punkty widzenia, ale także dlatego, że ułatwia ludziom mówienie tego, co naprawdę myślą. W przypadku grupy jest często ważniejsza niż kompetencje poszczególnych jej członków. Przyczyną katastrofy Challengera w 1986 r. było uszkodzenie w wyniku niskiej temperatury na zewnątrz pierścienia uszczelniającego w jednej z dwóch rakiet. Chociaż inżynierowie już wcześniej zaobserwowali problem z uszczelkami (tzw. O-ring), a nawet rozmawiali o nim dzień przed startem, ostatecznie zgodzili się lot.

Kiedy inni wiedzą lepiej

Politolog James Fishkin ze Stanford University i jego koledzy eksperymentują z tzw. wyborami obradującymi (deliberative polls). Jak to działa? Reprezentatywna dla społeczności grupa wyborców, zwykle 200–500 osób, dyskutuje ważne kwestie i może skorzystać z wiedzy ekspertów. Trwające kilka dni debaty prowadzą do modyfikacji poglądów wyborców. Dobrze wyjaśnione kwestie polityczne są w stanie zrozumieć zwykli ludzie i samodzielnie podjąć odpowiedzialną decyzję.

Badania przeprowadzone przez prof. Mirtę Galesic i jej kolegów z Max Planck Institute for Human Development w Berlinie sugerują, że większe grupy nie zawsze podejmują mądrzejsze decyzje dotyczące np. tego, który kandydat wygra wybory, lub która diagnoza pasuje do objawów pacjenta. W tym wypadku mądrość tłumu liczącego ok. pięciu do siedmiu losowo wybranych członków, przewyższa liczniejsze grupy. W realnym świecie takimi grupami są lekarze stawiający diagnozy, bankowcy prognozujący wzrost gospodarczy czy eksperci przewidujący zwycięstwa polityczne.

Ciekawie brzmi jeszcze inny wniosek z politycznego ringu. Sondaże wyborcze są dokładniejsze, jeśli pytamy uczestników o to, jak zagłosują inni. Te, w których chcemy się dowiedzieć, jak głosują członkowie ich kręgu społecznego lub stanu, zazwyczaj przewidują wyniki z dużo większą dokładnością. I dotyczy to wyborów w na całym świecie.

Kiedy kosmici redagują Wikipedię

Myślimy, że wartościowa wiedza jest skoncentrowana w głowach garstki osób. Scott Page z University of Michigan odkrył, że grupy złożone ze specjalistów i ludzi przeciętnych działają lepiej, niż grupy złożone z samych osób wybitnych. Im większa różnorodność, tym lepiej radzi sobie grupa.

To casus Wikipedii. Największa encyklopedia świata potrafi zachować obiektywizm w kwestiach politycznych, które mocno polaryzują społeczeństwo. Simon DeDeo z Santa Fe Institute zbadał 11-letnie repozytorium wiedzy Wikipedii. Dla niego jest to znakomity przykład systemu, w którym współpraca reprezentuje wyjątkowo wysoki poziom. Powołuje się m.in. na artykuł o byłym prezydencie USA George'u W. Bushu, który był edytowany około 45 tys. razy (wiemy o tym, bo historia edycji każdego hasła jest rejestrowana). „Pokażcie mi miejsce w internecie, gdzie ludzie zgadzają się co do George'a W. Busha – pyta zaczepnie DeDeo. – Ale artykuł w Wikipedii brzmi tak, jakby został napisany przez kosmitów, którym nie zależało na Bushu - chociaż wiemy, że został napisany przez ludzi, którym bardzo zależało”.

W artykule The Wisdom of Polarized Crowds, opublikowanym w „Nature Human Behaviour” Misha Teplitskiy i James A. Evans doszli do wniosku, że polityczna polaryzacja nie zatruwa studni informacji. Przeciwnie, zróżnicowane politycznie zespoły redaktorów Wikipedii zamieszczają artykuły o większej dokładności lub kompletności, niż zespoły o jednolicie liberalnym, konserwatywnym lub umiarkowanym nastawieniu. Co ciekawe, większość najczęściej edytowanych artykułów w Wikipedii na kontrowersyjne tematy może być opisana niemal identycznymi modelami matematycznymi.

Kiedy kryzys dyscyplinuje

W 1968 r. Garrett Hardin sformułował problem znany jako tragedia wspólnego pastwiska. Zapytał, jak grupa hodowców zwierząt powinna podzielić tereny przeznaczone pod wypas, aby zasobów starczyło dla wszystkich. Manfred Milinski z Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie w Plön w Niemczech przeprowadził eksperymenty komputerowe, aby ustalić, jak motywować ludzi do troski o dobro wspólne.

Okazuje się, że gracze byli skłonni do altruizmu, gdy otrzymywali rzetelne i poparte badaniami informacje o klimacie. Wniosek? Aby uczestnicy gry zechcieli ponieść koszt na rzecz wspólnego dobra, trzeba ich najpierw przekonać, że problem jest rzeczywisty. Co ciekawe, uczestnicy wykazywali większą hojność, gdy mogli dokładać się do wspólnej kasy w sposób jawny, czyli gdy w grę wchodziła ich reputacja. Jak widać, inni są nam potrzebni, abyśmy mogli nie tylko widzieć siebie w korzystnym świetle, ale modyfikować swoje zachowania nawet wbrew sobie samym.

Siedemnastu naukowców specjalizujących się w różnych dziedzinach, od nauk o klimacie po filozofię, w tym Albert Kao i Mirta Galesic z Santa Fe Institute twierdzą, że badania nad zachowaniami zbiorowymi zwłaszcza nad wpływem technologii na sferę publiczną muszą urosnąć do rangi tzw. dyscypliny kryzysowej. W niej naukowcy z wielu dziedzin pracują szybko, aby rozwiązać pilny problem np. jak chronić zagrożony gatunek.

Nasza zdolność do konfrontacji z globalnymi kryzysami, od pandemii po zmiany klimatyczne, zależy od tego, w jaki sposób wchodzimy w interakcje i dzielimy się informacjami. Przykładem wydarzenia z 6 stycznia 2021 r., gdy prezydent Donald Trump wezwał swoich zwolenników do marszu na Kapitol. Brak zrozumienia zbiorowych skutków behawioralnych nowych mediów stanowi zagrożenie dla demokracji i postępu naukowego. Globalna infodemia skutecznie zniechęca do szczepienia się na COVID-19, a masowa dezinformacja wpływa na wyniki wyborów politycznych.

Kiedy Lem (znowu) wie więcej

Przenikliwą wizję samoorganizujących się miniaturowych robotów przedstawił Stanisław Lem w wydanej w 1963 r. powieści Niezwyciężony. Astronauci docierają na krążowniku drugiej klasy do Regis III – planety pustynnej typu sub-Delta 92 – aby wyjaśnić śmierć bliźniaczej załogi poprzedniej misji, Kondor. Tam spotykają się ze śmiertelnie groźnymi zbiorowiskami mechanizmów czerpiących energię ze Słońca. W toku ewolucji wypracowały one ofensywną strategię i przyjmując postać czarnych chmur niszczą inteligentne życie na planecie, same nie podlegając żadnej centralnej kontroli, niczym wielkie roje szarańczy.

Lemowska wizja niepokojąco pasuje do sytuacji niebieskiej planety, krążącej wokół gwiazdy typu widmowego G na rubieżach Drogi Mlecznej. Z tą różnicą, że inteligentne życie, niczym rój szarańczy, niszczy własne pastwisko. Szczyt klimatyczny COP26 w Glasgow w 2021 r. był kolejnym sprawdzianem z politycznej zdolności do przekraczania partykularyzmów i zdolności do współpracy. Nie osiągnięto założonych celów, ale 100 krajów zgodziło się na 30 proc. redukcję emisji metanu do 2030 r., państwa rozwinięte postanowiły odejść od węgla w perspektywie dekady, a 33 kraje do 2035 r. zadeklarowały zakończenie sprzedaży aut spalinowych.

Symulacje ewolucyjne pokazują, że współpraca jest zjawiskiem z natury niestabilnym. Jak w sinusoidzie, po czasie kooperacji nadchodzi troska o interes własny. Decydenci powinni wziąć pod uwagę wzajemność pośrednią, doceniając rolę informacji i reputacji w kontrolowaniu egoizmu jednostek i promowaniu współdziałania na rzecz dobra publicznego.

Co by na to powiedział Lem, który – podobnie jak Francis Galton – nie miał dobrego zdania o gatunku Homo sapiens?

Źródła

Mądrość roju, Świat Nauki 6/2000

Zbiorowa mądrość mrówek, Świat Nauki 5/2016

Dlaczego sobie pomagamy, Świat Nauki 8/2012