In un nuovo articolo pubblicato in un numero speciale del Transazioni filosofiche della Royal Society A , La professoressa SFI Jessica Flack offre una risposta pratica a uno dei più significativi, e le domande più confuse nella biologia evoluzionistica:i livelli superiori di organizzazione possono guidare il comportamento dei componenti di livello inferiore?

Chiamato causalità verso il basso, un esempio di questa idea sarebbe un sistema sociale umano di alto livello, come un governo, fare leggi che più o meno costringano gli individui a un livello inferiore ad agire in determinati modi:fermarsi a un segnale di stop, Per esempio. Ci sono molti esempi colloquiali simili che si possono trovare nelle scienze biologiche e sociali, dalle cellule alle società. Però, non appena si passa un po' di tempo a considerare come funziona questa causalità, sorgono guai.

Per riassumere un lungo e contorto dibattito, la causalità verso il basso soffre della critica secondo cui i livelli più alti di organizzazione sono modelli "solo" temporali e spaziali che sono il risultato di dinamiche a un livello inferiore. Come modelli, non hanno agenzia e quindi non possono essere considerate cause.

Nel nuovo giornale, Flack suggerisce che per ottenere trazione su questo problema dobbiamo fare un passo indietro e considerare ciò che rende i sistemi adattivi diversi dai sistemi fisici.

La fisica è dominata da concetti come pressione, temperatura, ed entropia. Questi emergono attraverso semplici interazioni collettive e forniscono approfondimenti sul comportamento dell'universo fisico.

Biologia e scienze sociali, che si occupano di sistemi adattivi, fare uso di concetti collettivi comparabili tra cui metabolismo, gestione dei conflitti, e robustezza, ma contrariamente alla fisica, queste sono proprietà "funzionali". Dove la fisica produce ordine attraverso la minimizzazione dell'energia, i sistemi adattivi producono ordine e nuove funzioni attraverso l'aggiunta dell'elaborazione delle informazioni.

"Perché i sistemi adattivi hanno questo passaggio in più e se li rende fondamentalmente soggettivi sono grandi, domande aperte, " spiega Flack. Dice che la soggettività fondamentale potrebbe significare che i sistemi adattivi sarebbero intrattabili ai tentativi scientifici di prevedere il loro comportamento, o caratterizzarlo attraverso leggi universali.

Per progredire su queste domande, Flack sostiene che dobbiamo prima capire come i sistemi adattivi trovano soluzioni praticabili alle sfide poste dall'ambiente, che richiederebbe loro di superare la soggettività.

"Considera che ogni singolo corpo, ogni cervello, è composto da più componenti rumorosi:cellule, neuroni, eccetera, elaborazione di dati rumorosi, " dice. "Quando vediamo il mondo in questo modo, dal basso verso l'alto, la domanda diventa come tutte le decisioni sui componenti si combinano per produrre un output funzionale, o soluzione di un problema. Possiamo pensare a questo processo come a un calcolo collettivo".

Flack, David Krakauer, e i loro colleghi hanno scoperto nel loro lavoro sui sistemi neurali e sociali che il calcolo collettivo può produrre "strati" o livelli che emergono attraverso un processo di grana grossa collettiva da parte dei componenti del sistema, in cui le informazioni non essenziali vengono scartate da uno strato all'altro. La variazione comportamentale a livello microscopico o nell'ambiente viene compressa o granulosa per produrre il livello successivo, e quindi queste regolarità "feedback" al livello sottostante per ridurre la varianza o informare il processo decisionale al livello inferiore. Il consolidamento o il rafforzamento dei livelli crea essenzialmente ciò che Flack chiama nel documento di Phil Trans "causa efficace verso il basso", facendo sembrare che la soluzione di livello superiore sia la causa del comportamento di livello inferiore quando in realtà ciò che sta accadendo è che i componenti di livello inferiore sono utilizzando le variabili a grana grossa che costituiscono il livello più alto per guidare il processo decisionale.

"Questa granulosità iterativa e la riduzione della varianza sembrano consentire ai componenti del sistema di convergere o concordare collettivamente su quali sono le regolarità nel mondo, che riduce l'incertezza e consente loro di adattarsi meglio e di estrarre meglio l'energia per svolgere il lavoro, " scrive Flack. "A volte questo processo cattura una verità fondamentale sul mondo e a volte si traduce nel calcolo collettivo dei componenti, essenzialmente creando, i loro mondi macroscopici. Gli impatti più ampi di questo modo di pensare hanno il potenziale per essere enormi. Se questa visione è corretta, le leggi che operano su quantità universali derivate da processi microscopici potrebbero governare anche i sistemi biologici. Ma in contrasto con i sistemi fisici che identificano queste leggi nei sistemi viventi richiederà una teoria del calcolo collettivo, una comprensione degli algoritmi che i sistemi adattivi usano per calcolare e come l'errore e le informazioni imperfette possono essere superati attraverso la grana grossa e la compressione per produrre lentamente cambiamenti, predittivo, e quindi, funzionalmente utile, proprietà a livello aggregato".