Что общего между альбатросами, ищущими пищу, колебаниями фондового рынка и рассеиванием семян по ветру? Все они демонстрируют тип движения, называемый “блужданием Леви”, который характеризуется чередованием коротких, локализованных движений, перемежающихся случайными, длинными прыжками. Для живых организмов это оптимальная стратегия, позволяющая сбалансировать эксплуатацию близлежащих ресурсов с поиском новых возможностей, когда распределение ресурсов скудно и неизвестно.
Изначально описанная в контексте дрейфа частиц в жидкости, блуждание Леви, как выяснилось, точно описывает очень широкий спектр явлений, от динамики холодных атомов до роящихся бактерий. И вот новое исследование, опубликованное в журнале Complexity, впервые обнаружило это явление в движениях конкурирующих групп организмов: футбольных команд. “Футбол - это игра о дефиците ресурсов: чтобы победить, команде нужно владеть мячом, а в игре есть только один мяч. Поэтому отдельным игрокам имеет смысл двигаться таким образом, чтобы сбалансировать исследование и использование, не задерживаясь на одном месте слишком долго и увеличивая свои шансы на получение мяча в каждой точке. Мы обнаружили, что команды в целом действуют точно так же”, - говорит профессор Том Фроуз, старший автор исследования и руководитель подразделения Embodied Cognitive Science в OIST.
Концепция блуждания Леви принадлежит французскому математику Полю Леви, разработавшему статистическую модель распределения вероятностей с “тяжелыми хвостами”, которая позже была применена Мандельбротом для описания случайных движений с периодическими длинными прыжками. Первое практическое применение блуждания Леви нашли в физике, где исследователи использовали их для моделирования движения частиц в турбулентных потоках, обнаружив, что частицы, следующие модели Леви, являются супердиффузионными, то есть распространяются быстрее из-за случайных длинных прыжков. В 1996 году эта концепция совершила значительный скачок в биологии, когда исследование показало, что странствующие альбатросы демонстрируют блуждание Леви во время кормежки.
Исследователи OIST использовали данные матча высшей японской футбольной лиги J-League, которые включали точное местоположение каждого игрока и мяча с точностью до сантиметра на протяжении всей игры. С помощью статистических тестов мы обнаружили, что игроки демонстрировали блуждание Леви при охоте за мячом - подобно животным, добывающим пищу. Как только они получали мяч, они отклонялись от этой модели, возможно, из-за ограничений, связанных с взаимодействием с мячом. “Мы увидели такое же поведение в центроиде команды - среднем положении всех игроков, - что говорит о том, что команды действуют как отдельные агенты, когда стремятся завладеть мячом”, - объясняет Иван Шпуров, первый автор и аспирант группы.
Помимо проверки движений игроков и команд на наличие блуждания Леви, исследователи также обнаружили сильную корреляцию между степенью проявления блуждания Леви у игроков и их средним расстоянием до мяча, а также до центроида своей команды, обнаружив, что игроки с более выраженной моделью блуждания Леви в целом ближе к мячу и центроиду команды. “Хотя мы не можем сделать вывод о том, что блуждание Леви является отличительной чертой хорошего футболиста, это говорит о том, что игроки, у которых сильно выражена эта модель, более активны и в целом ближе к мячу, а также вносят больший вклад в командную динамику”, - говорит Шпуров. Различия в степени развития блуждания Леви также могут дать представление о различных ролях игроков. Например, у вратаря совсем другая модель движения и роль.
Обнаружив, что не только отдельные футболисты, но и целые команды действуют так, чтобы оптимизировать баланс между исследованием и использованием, ученые продемонстрировали объяснительную силу блуждания Леви и дали представление о том, как мы - и другие животные, охотящиеся стаей - работаем вместе для достижения общих целей. “Хотя мы еще не изучили механизмы, лежащие в основе слаженности команды, предыдущие исследования показали, что поведенческое сотрудничество в парах часто связано с увеличением межмозговой синхронности, то есть с тем, что два человека могут по сути объединить свои мысли для выполнения общей деятельности”, - объясняет профессор Фроуз.
Новаторский вывод о том, что группа людей может объединиться и коллективно демонстрировать блуждание Леви, свидетельствует о такой синхронности, потенциально предполагая, что мы можем проецировать наше познание за пределы нашего непосредственного “я” в коллективное “я”, которое может вести себя как единый, интегрированный агент. Как говорит профессор Фроуз, “футболисты не действуют абсолютно одинаково, поскольку это было бы крайне неэффективной тактикой. Вместо этого их индивидуальные действия дополняют друг друга в ответ на игру, а поведение команды вытекает из индивидуального поведения товарищей по команде”.
Это коллективное действие также может объяснить, почему командные виды спорта так популярны. Учитывая универсальность блуждания Леви, которая прослеживается в окаменелых следах морских ежей возрастом 50 миллионов лет, а также в моделях передвижения современных охотников-собирателей, возможно, что наше увлечение такими играми, как футбол, объясняется тем, что они воплощают в жизнь очень древние модели добывания пищи. Способность отдельных особей координировать и адаптировать свое поведение, чтобы действовать как единый агент, преследующий общую цель, также может свидетельствовать о том, что фундаментальные принципы сотрудничества и эффективности находят отклик в нас на первобытном уровне.
Исследование не только подчеркивает наблюдаемую распространенность блужданий Леви среди частиц, организмов, а теперь и группового поведения, но и открывает новые пути для понимания коллективной динамики, которые бросают вызов традиционным, ориентированным на один мозг взглядам на познание, показывая, что игроки могут объединяться в команду, которая ведет себя как коллективное “я”.
Окинавский институт науки и технологий. Пер.: PSYCHOL-OK.RU
