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Estigmergia

Caminos de hormigas construidos a partir de rastros de feromonas

La estigmergia ( / ˈ s t ɪ ɡ m ər dʒ i / STIG-mər-jee ) es un mecanismo de coordinación indirecta, a través del entorno, entre agentes o acciones. [1] El principio es que el rastro dejado en el entorno por una acción individual estimula la realización de una acción posterior por el mismo agente o por uno diferente. Los agentes que responden a los rastros en el entorno reciben beneficios de aptitud positivos, reforzando la probabilidad de que estos comportamientos se fijen dentro de una población a lo largo del tiempo. [2]

La estigmergia es una forma de autoorganización que produce estructuras complejas, aparentemente inteligentes, sin necesidad de planificación, control o comunicación directa entre los agentes. Como tal, favorece la colaboración eficiente entre agentes extremadamente simples, que pueden carecer de memoria o de conciencia individual de los demás. [1] [3]

Historia

El término "estigmergia" fue introducido por el biólogo francés Pierre-Paul Grassé en 1959 para referirse al comportamiento de las termitas . Lo definió como: "Estimulación de las obreras por el rendimiento que han alcanzado". Se deriva de las palabras griegas στίγμα stigma "marca, señal" y ἔργον ergon "trabajo, acción", y capta la noción de que las acciones de un agente dejan señales en el entorno, señales que él y otros agentes perciben y que determinan e incitan sus acciones posteriores. [4] [5]

Más tarde, se hizo una distinción entre el fenómeno estigmérgico, que es específico de la guía de trabajo adicional, y la incitación más general, no específica del trabajo, para la cual se acuñó el término comunicación sematectónica [6] por EO Wilson , de las palabras griegas σῆμα sema "signo, muestra", y τέκτων tecton "artesano, constructor": "Existe la necesidad de una expresión más general, algo menos torpe, para denotar la evocación de cualquier forma de comportamiento o cambio fisiológico por las evidencias del trabajo realizado por otros animales, incluido el caso especial de la guía de trabajo adicional".

La estigmergia es ahora uno de los conceptos clave en el campo de la inteligencia de enjambre . [7]

Comportamiento estigmérgico en organismos no humanos

La estigmergia se observó por primera vez en insectos sociales . Por ejemplo, las hormigas intercambian información depositando feromonas (el rastro) en su camino de regreso al nido cuando han encontrado alimento. De esa manera, desarrollan colectivamente una red compleja de rastros, conectando el nido de manera eficiente con varias fuentes de alimento. Cuando las hormigas salen del nido en busca de alimento, son estimuladas por la feromona a seguir el rastro hacia la fuente de alimento. La red de rastros funciona como una memoria externa compartida para la colonia de hormigas. [8]

En informática, este método general se ha aplicado en una variedad de técnicas llamadas optimización de colonias de hormigas , que buscan soluciones a problemas complejos depositando "feromonas virtuales" a lo largo de caminos que parecen prometedores. [9] En el campo de las redes neuronales artificiales , la estigmergia se puede utilizar como memoria computacional. Federico Galatolo demostró que una memoria estigmérgica puede lograr los mismos rendimientos de arquitecturas de redes neuronales más complejas y bien establecidas como LSTM . [10] [11]

Otras criaturas eusociales , como las termitas , utilizan feromonas para construir sus complejos nidos siguiendo un conjunto de reglas descentralizadas simples . Cada insecto recoge una "bola de barro" o material similar de su entorno, infunde la bola con feromonas y la deposita en el suelo, inicialmente en un lugar aleatorio. Sin embargo, las termitas se sienten atraídas por las feromonas de sus compañeros de nido y, por lo tanto, es más probable que dejen caer sus propias bolas de barro sobre las de sus vecinos. Cuanto más grande sea el montón de barro, más atractivo será y, por lo tanto, más barro se le agregará (retroalimentación positiva). Con el tiempo, esto conduce a la construcción de pilares, arcos, túneles y cámaras. [12]

Se ha observado estigmergia en bacterias , varias especies de las cuales se diferencian en distintos tipos de células y participan en comportamientos grupales que son guiados por sofisticados sistemas de control temporal y espacial. [13] Se pueden encontrar ejemplos espectaculares de comportamiento multicelular entre las mixobacterias . Las mixobacterias viajan en enjambres que contienen muchas células que se mantienen juntas por señales moleculares intercelulares . La mayoría de las mixobacterias son depredadoras: los individuos se benefician de la agregación ya que permite la acumulación de enzimas extracelulares que se utilizan para digerir los microorganismos presa. Cuando los nutrientes son escasos, las células mixobacterianas se agregan en cuerpos fructíferos , dentro de los cuales las células enjambre se transforman en mixosporas latentes con paredes celulares gruesas. Se cree que el proceso de fructificación beneficia a las mixobacterias al garantizar que el crecimiento celular se reanude con un grupo (enjambre) de mixobacterias, en lugar de células aisladas. Se han desarrollado ciclos de vida similares entre los mohos mucilaginosos celulares . Las mixobacterias más conocidas, Myxococcus xanthus y Stigmatella aurantiaca , se estudian en diversos laboratorios como modelos procariotas de desarrollo. [14]

Análisis del comportamiento humano

La estigmergia, estudiada en criaturas eusociales y sistemas físicos, se ha propuesto como modelo para analizar algunos sistemas robóticos , [15] sistemas multiagente , [16] comunicación en redes informáticas y comunidades en línea . [ 17]

En Internet existen muchos proyectos colectivos en los que los usuarios interactúan modificando únicamente partes locales de su entorno virtual compartido. Wikipedia es un ejemplo de ello. [18] [19] La enorme estructura de información disponible en una wiki [20] o en un proyecto de software de código abierto como el núcleo FreeBSD [20] podría compararse con un nido de termitas : un usuario inicial deja una semilla de una idea (una bola de barro) que atrae a otros usuarios que luego desarrollan y modifican este concepto inicial, construyendo finalmente una estructura elaborada de pensamientos conectados. [21] [22]

Además, el concepto de estigmergia también se ha utilizado para describir cómo se puede integrar el trabajo cooperativo, como el diseño de edificios. El diseño de un gran edificio contemporáneo implica una red amplia y diversa de actores (por ejemplo, arquitectos, ingenieros de construcción, ingenieros estáticos, ingenieros de servicios de construcción). Sus actividades distribuidas pueden integrarse parcialmente mediante prácticas de estigmergia. [23] [24] [25]

Análisis de los movimientos sociales humanos

El auge del software de código abierto en el siglo XXI ha trastocado los modelos de negocio de algunos proveedores de software propietario , y los proyectos de contenido abierto como Wikipedia han amenazado los modelos de negocio de empresas como Britannica . Los investigadores han estudiado proyectos colaborativos de código abierto, argumentando que aportan información sobre el surgimiento de la producción entre pares a gran escala y el crecimiento de la economía del don . [26]

Sociedad estigmergica

Heather Marsh , asociada con el Movimiento Occupy , Wikileaks y Anonymous , ha propuesto un nuevo sistema social donde la competencia como fuerza motriz sería reemplazada por una sociedad más colaborativa. [27] Esta sociedad propuesta no utilizaría la democracia representativa sino nuevas formas de gobernanza basadas en ideas y acciones y métodos colaborativos incluyendo la estigmergia. [28] [29] [30] "Con la estigmergia, una idea inicial se da libremente, y el proyecto es impulsado por la idea, no por una personalidad o grupo de personalidades. Ningún individuo necesita permiso (competitivo) o consenso (cooperativo) para proponer una idea o iniciar un proyecto". [28]

En 2014, algunos participantes del Movimiento de los Paraguas de Hong Kong recomendaron la estigmergia como una forma de avanzar. [31] [32]

Véase también

Referencias

  1. ^ ab Marsh, L.; Onof, C. (2008). "Epistemología estigmérgica, cognición estigmérgica" (PDF) . Cognitive Systems Research . 9 (1–2): 136–149. doi :10.1016/j.cogsys.2007.06.009. S2CID  23140721.
  2. ^ Lewis, Ted G. (12 de junio de 2012). "Estigmatización cognitiva: un estudio de la emergencia en redes sociales de grupos pequeños". Cognitive Systems Research . 21 : 7–21. doi :10.1016/j.cogsys.2012.06.002. S2CID  40532871.
  3. ^ Heylighen, Francis (1 de diciembre de 2015). "La estigmergia como mecanismo de coordinación universal I: Definición y componentes". Cognitive Systems Research . 38 : 4–13. doi :10.1016/j.cogsys.2015.12.002. S2CID  16431291.
  4. ^ Bonabeau, Eric (1999). "Introducción del editor: estigmergia". Vida artificial . 5 (2): 95–96. doi :10.1162/106454699568692. ISSN  1064-5462. S2CID  35422936.
  5. ^ Theraulaz, Guy (1999). "Una breve historia de la estigmergia". Vida artificial . 5 (2): 97–116. doi :10.1162/106454699568700. PMID  10633572. S2CID  27679536.
  6. ^ Sociobiología: La nueva síntesis , EO Wilson, 1975/2000, p.186
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  9. ^ Zedadra, Ouarda; Jouandeau, Nicolas; Seridi, Hamid; Fortino, Giancarlo (2017-02-02). "Forrajeo multiagente: estado del arte y desafíos de investigación". Modelado de sistemas adaptativos complejos . 5 (1): 3. doi : 10.1186/s40294-016-0041-8 . ISSN  2194-3206.
  10. ^ Galatolo, Federico A.; Cimino, Mario GCA; Vaglini, Gigliola (2018). "Uso de estigmergia para incorporar el tiempo en redes neuronales artificiales". Minería de inteligencia y exploración del conocimiento . Apuntes de clase en informática. Vol. 11308. págs. 248–258. arXiv : 1811.10574 . Código Bibliográfico :2018arXiv181110574G. doi :10.1007/978-3-030-05918-7_22. ISBN: 978-3-030-05917-0. Número de identificación del sujeto  53774438.
  11. ^ Galatolo, Federico A.; Cimino, Mario GCA; Vaglini, Gigliola (2019). "Uso de la estigmergia como memoria computacional en el diseño de redes neuronales recurrentes". Actas de la 8.ª Conferencia Internacional sobre Aplicaciones y Métodos de Reconocimiento de Patrones . 1 : 830–836. arXiv : 1903.01341 . Bibcode :2019arXiv190301341G. doi :10.5220/0007581508300836. ISBN 978-989-758-351-3.S2CID67855787  .​
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  30. ^ Heather Marsh (22 de febrero de 2012). "Una propuesta de gobernanza: grupos de usuarios concéntricos y comunidades epistémicas". Archivado desde el original el 31 de agosto de 2013. Consultado el 15 de julio de 2013 .
  31. ^ Leavenworth, Stuart (19 de noviembre de 2014). "Los manifestantes de Hong Kong, enfrentados a divisiones, esperan a que la policía actúe". McClatchy . Archivado desde el original el 25 de abril de 2018. Consultado el 24 de abril de 2018. portando un cartel de la "Stigmergy Society". El término se refiere a la organización social de los hormigueros, en la que la coordinación no se logra mediante una estructura de liderazgo formal, sino mediante la acción independiente entre quienes comparten objetivos.
  32. ^ "Occupy Central - Parte 1". www.zonaeuropa.com . Consultado el 13 de enero de 2016 .

Lectura adicional