Инстинкт толпы: от муравьев до людей

Биолог из Принстонского и Оксфордского университетов доктор Йен Д. Казин (Iain D. Couzin) много лет изучает поведение «бродячих» панамских муравьев, которые перемещаются большими стаями, пишет New York Times. «Они могут строить мосты из собственных тел, по которым передвигаются другие, – замечает доктор Казин. – Если потребность в передвижении отпадает, мосты и прочие связи тотчас распадаются».

Доктор Казин изучает правила передвижения у больших групп муравьев, пчел, рыб, саранчи и других стайных и роевых животных: «У муравьев было значительно больше времени, чтобы приспособиться к движению в больших группах. У людей нет такого коллективного разума, как у муравьев, поскольку мы не развивались изначально в тех переполненных сообществах, в которых живем сейчас».

Правила передвижения роевых животных относительно просты, считает д-р Казин с коллегами. Эти правила позволяют тысячам относительно простых животных формировать «коллективный мозг», способный принимать решения и заставлять двигаться стаю подобно единому организму. Расшифровка этих правил должна помочь и в понимании действий толпы людей. Д-р Казин строит математические модели движения и взаимодействия миллионов индивидуумов в сети. Для практической проверки компьютерных моделей большие стада животных наблюдают в природе.

Что касается бродячих муравьев, доктор Казин установил, что они очень быстро реагируют на запахи следов их ближайших соседей. Стоит впереди идущим муравьям приступить к формированию настилов и пешеходных дорожек, как идущие следом мгновенно подхватывают инициативу и выстилают дорожку, по которой бегут остальные. Если плотность муравьев становится слишком высокой, это служит сигналом к формированию множества мостов, дорог и переулков из тел скопившихся муравьев, чтобы другие разбежались по ним в разные стороны, не скучиваясь.

Чтобы проверить свои модели, д-р Казин и Найджел Фрэнкс (Nigel Franks) из Бристольского университета в Англии снимали следы бродячих муравьев в Панаме. Они проанализировали движение 226 муравьев. «В мире муравьев все происходит в таком быстром темпе, что приходится искусственно замедлять видеокадры для анализа», – признается Казин. Исследователи установили, что муравьи ведут себя так, чтобы обеспечить рою максимальную скорость передвижения. Впереди и сзади идущие муравьи ведут себя совершенно по-разному. Группы муравьев, находящиеся ближе к гнезду, формируют центральные магистрали движения, тогда как более удаленные создают обводные тропинки.

Ученые расширили модель движения муравьев применительно к другим видам животных, рыбам и птицам. Теперь, вместо того чтобы отслеживать индивидуальных животных, проводится компьютерный анализ массового движения. Для описания движения больших масс животных, по мнению д-ра Казина, можно использовать математический аппарат гидродинамики. Так были выявлены факторы, сопутствующие образованию стай саранчи.

Обычно насекомые охотятся самостоятельно, но иногда молодая саранча сбивается в огромные тучи, насчитывающие миллионы особей. Такая туча пожирает все на своем пути. Ученые обнаружили, что когда плотность саранчи превышала пороговый уровень, насекомые внезапно начали двигаться вместе, выравнивая движение по своему соседу. «Мы показали, что не надо знать много об индивидуальных особенностях поведения особи в стае, чтобы предсказать поведение большой группы в целом», – пишет Казин в журнале Sience.

В некоторых разновидностях стайное поведение животных эволюционно выгодно. Например, все бродячие муравьи в колонии принадлежат к одному семейству, и потому несут одинаковые гены роения. Но в пустынях штата Юта д-р Казин и его коллеги обнаружили гигантские рои мормонских сверчков, состоящих из огромного количества особей. Мормонские сверчки обычно живут обособленно, но иногда собираются миллионами и вытягиваются в полосы длиной семь километров.

Ученые изучили, что именно управляет образованием таких протяженных полос. Оказалось, действующие силы движения стаи сверчков сильно отличаются от таковых в стаях саранчи. Когда мормонские сверчки не могут найти достаточно пищи, они попросту становятся каннибалами. Д-р Казин так комментирует их поведение: «Каждые 17 секунд сверчки пробуют напасть на других индивидуумов своего рода. Если какой-то сверчок не убегает, он наверняка будет съеден сородичами. Поэтому сверчки и вытягиваются в длинные стаи: тот кто впереди, убегает, чтобы не быть съеденным преследующими его по пятам собратьями».

Рой из множества животных можно рассматривать как отдельную единицу. Раньше предполагалось, что в сплочении роя играют роль силы типа телекинеза. Действительно, стая рыб движется как одно целое, несмотря на нападение акул. Стая птиц также движется благодаря нескольким отдельным индивидуумам, которые знают маршрут. Остальные особи в стае следуют за лидерами. Так же и у людей: несколько лидеров ведут общество в том направлении, о котором остальные не догадываются.

Д-р Казин и его коллеги построили модель прохождения потока информации через толпу. В каждом индивидууме сосуществуют два инстинкта: оставаться с группой или двигаться в индивидуальном направлении. Ученые обнаружили, что главное направление в движении толпы задают несколько лидеров. Два лидера могут пробовать потянуть толпу в противоположных направлениях, но все же толпа подсознательно решает, за каким лидером ей следовать: «Группа животных в рое или стае движется за большинством», – констатирует д-р Казин.

Чтобы изучить движение толпы людей, группа д-ра Казина проводила совместные исследования с учеными из университета Лидса. Они завербовали восемь добровольцев для проведения игры. Игроки встали в середине круга, а по окружности были разложены 16 карт, отмеченных номером. Каждому игроку вручили инструкцию с планом самостоятельных действий, причем никто понятия не имел о правилах действия других участников игры. Подобную модель д-р Казин использовал для описания группового поведения животных.

В одной версии эксперимента каждый человек был проинструктирован так, чтобы в итоге остаться с группой. Как и предсказывала модель группового поведения, в таком случае игроки пытались двигаться кучкой, держась друг друга, оставаясь в пределах круга и оценивая ситуацию.

В другой версии один человек был проинструктирован так, чтобы достигнуть особой карты на краю круга, не оставляя группу. В этом случае игроки быстро сформировали небольшие подгруппы с лидером во главе, которые совместно двигались к цели.

Затем ученые создали ситуацию противоречия, когда двум или более людям дали команду двигаться в противоположные стороны, тогда как остальные должны были не оставлять группу. В результате группа не развалилась, несмотря на противоречия лидеров. Согласно предсказанию модели Казина, человеческая толпа приняла быстрое и неосознанное решение, каким способом двигаться в сложной ситуации. Результаты эксперимента описаны в журнале Animal Behavior.

Основы поведения толпы, по мнению исследователей, можно применить не только к живым существам. Инженер Наоми Леонард (Naomi Leonard) из Принстонского университета разработал модель коллективного движения роботов.

«Правила коллективного поведения одинаковы для всех живых и неживых объектов, – замечает д-р Казин. – В конечном счете, группы роботов могли бы лучше выполнить работу по сбору информации в опасных местах. Если из строя выходит один индивидуум, алгоритм продолжает работать. Таким же образом работают и раковые клетки, образующие опухоли и мигрирующие через ткани, образуя метастазы. Даже работа мозговых клеток следует тем же правилам коллективного поведения, замеченным у саранчи и рыб. Люди принимают единственное решение на основе множества коллективных сигналов, идущих из самых разных участков головного мозга, органов памяти, зрения и слуха».

Экспертная группа / R&D.CNews