מחקר שהתפרסם זה עתה גילה שרשתות אנושיות וקשרים אנושיים מתנהגים בצורה שונה ממה שהיה ידוע עד היום ומכל רשת פיזיקלית או ביולוגית אחרת.

פוסט אורח  מאת ד"ר מוטי פרידמן - מרצה בכיר בפקולטה להנדסה בבר אילן, ראש המעבדה לאופטיקה לא לינארית בסיבים, מחרפן נגני כינור בזמנו הפנוי ומכותבי המאמר.

הכל התחיל כאשר כריסטיאן הוייגנס שכב חולה במיטתו בשנת 1665 וראה ששני שעוני המטוטלת התלויים על הקיר מולו מתנדנדים באותו קצב במדויק. מכיוון שהוא ידע שקצב נדנוד המטוטלת, שנקרא התדירות העצמית של המטוטלת, תלוי באורך המוט, ושאין אפשרות לייצר שני מוטות זהים לחלוטין, התעוררה בו סקרנות גדולה לפתור את התעלומה: כיצד זה ששני שעונים נפרדים הסתנכרנו בדיוק כה רב. במהרה הוא גילה, שבגלל ששני השעונים היו תלויים על קיר עשוי עץ, הרי שהקיר העביר את התנודות של שעון אחד לשני ויצר ביניהם צימוד. צימוד זה גרם לשני השעונים לעבוד כמערכת אחת והם התנדנדו באותו קצב. ככל שההפרש בין התדירויות העצמיות של שני השעונים גדול יותר, הרי שדרוש צימוד חזק יותר כדי לסנכרן את שני השעונים. מכיוון שבתהליך בניית השעונים משתדלים שהתדירות תהיה זהה, הרי שהצימוד הקטן דרך תנודות הקיר הספיק על מנת לגרום לשעונים להסתנכרן האחד עם השני.

ראו סרטון:

מאז, גילו שסינכרון של מערכת מורכבת, מופיע בכל תחומי הטבע, בגדלים שונים ובקבועי זמן שונים. מגלקסיות המסתנכרנות אחת עם השניה ועד אלקטרונים המסנכרנים את תנועתם בחומרים ייחודיים שונים, כגון גרפן [2]. בטבע, קל לראות את תופעת הסנכרון בלהקות של ציפורים או דגים המתנהגות כגוף אחד. תופעה זו חשובה מאד לבני אדם בקבוצה, וקריטית לבריאות הפיזית והנפשית של הפרטים בקבוצה. ניתן לראות את התופעה כאשר קהל גדול מוחא כפיים בסיום הופעה, ולמרות שבתחילה כל צופה מוחא כפיים בקצב שונה, תוך זמן קצר נוצר סינכרון וכולם מוחאים כפיים יחדיו. תופעה נוספת שנצפתה היתה כאשר מספר גדול של אנשים צועד על גשר, אזי הם מסנכרנים את צעדיהם דרך התנודות של הגשר, דבר שיכול לגרום לגשר להתנדנד בצורה משמעותית ואף מסוכנת.

ראו סרטון:

הדינמיקה של סינכרון בני אדם משפיעה על אספקטים רבים בחיינו, מהתנהגות קבוצה במקרי חירום, קבלת החלטות והשפעה הדדית, התפשטות מידע נכון ושגוי ברשתות, דינמיקה של שוק ההון, ואף התפשטות מגפות. בעוד שעד היום חקרו סינכרון של בני אדם, כאשר כולם רואים או שומעים את כולם כלומר כל האנשים בקבוצה מצומדים אל כל השאר, הרי שכיום בני אדם מקושרים ביניהם ברשת סבוכה של קשרים. דינמיקת הסינכרון של רשת אנושית מורכבת לא נחקרה עד כה. 

המודל המקובל לתיאור סינכרון פותח על ידי יושיקי קורמוטו מאוניברסיטת קיוטו ביפן. מודל זה מניח, שכל פרט במערכת מתנהג כמו קפיץ קטן או כמו מטוטלת, וחלק קטן מהאנרגיה שלו עוברת לפרטים האחרים [1]. המודל הזה מנבא במדויק מתי מערכת תסתנכרן, באילו תנאים, וכמה זמן זה יקח למערכת. מודל קורמוטו היה כל כך מוצלח, שהשתמשו בו בשביל לתאר כל מערכת המורכבת מתתי מערכות המצומדות אחת לשניה. בין אם מדובר בלייזרים, בכוכבי לכת, בחלקיקים תת אטומים או בבני אדם. המודל תיאר במדויק התנהגות מערכות שבהן כל הפרטים מצומדים לכל השאר (מה שנקרא צימוד גלובלי) וגם צימודים מורכבים יותר של רשתות בהן כל פרט מצומד לשכניו. התוצאות המעניינות ביותר מתקבלות כאשר ישנה מערכת שלא יכולה להסתנכרן. למשל, כאשר מטוטלת אחת מנסה להסתנכרן לשתי מטוטלות אחרות כשכל אחת מתנדנדת בקצב שונה. למצב כזה קוראים תסכול והמטוטלת תנסה להתנהג לפי הממוצע, כלומר אף קישור לא יהיה מרוצה לחלוטין אך גם אף קישור לא יהיה מתוסכל לחלוטין. מצב זה מודגם גם בהתנהגות להקות הזרזירים היוצרות מבנים מורכבים, כאשר כל אחד מהזרזירים מתעופף לפי הממוצע של כל השכנים הקרובים אליו.

ראו סרטון: 

במהלך השנתיים האחרונות, בתמיכת מוזיאון פטר לננוטכנולוגיה ואמנות בבר אילן, חקרנו סינכרון ודינמיקה של רשתות אנושיות מורכבות, וגילינו שרשת אנושית מתנהגת בצורה שונה ממודל קורמוטו. בניסוי שלנו, אספנו 16 כנרים ונתנו להם לנגן משפט מוזיקלי קצר של 12 תוים בצורה מחזורית (כפי שניתן לראות בתמונת הפוסט). 

הכנרים לא יכלו לראות אחד את השני וניגנו בכינורות חשמליים שהיו מחוברים למערכת הממוחשבת שלנו. כל אחד מהכנרים הרכיב אוזניות שהיו מחוברות גם כן למערכת הממוחשבת. בעזרת המערכת דאגנו, שכל כנר ישמע את עצמו, כדי שיוכל לנגן, ובנוסף יכולנו לגרום לכנרים לשמוע אחד את השני לפי כל קישוריות שרצינו. ההוראה היחידה שנתנו להם היתה לנסות להסתנכרן האחד עם השני. בדקנו מה קורה כאשר כולם שומעים את כולם והשוונו זאת למצב בו כל אחד שומע רק את שכניו הקרובים. הורדנו את הצימוד ובדקנו כמה צימוד היה דרוש על מנת שכל הנגנים יצליחו להסתנכרן. והעיקר, הוספנו השהיה בצימוד בין הנגנים, דבר שיצר תסכול והכריח את הנגנים לנסות להתגבר על כך.

בעוד שלפי מודל קורמוטו הפתרון במצב של תסכול הוא לנסות ולמצע את כל השכנים הקרובים, מה שהנגנים בחרו לעשות הוא להקשיב רק לחלק מהשכנים ולהתעלם מהשאר. כלומר הנגנים שינו את הקישוריות של המערכת ומבחינה מעשית מחקו חלק מהצימודים. שיטה זו, ששונה מכל מה שתואר לפני כן בדינמיקה של רשתות, משנה בצורה מהותית את הדינמיקה של הרשת. הרשת האנושית מוצאת פיתרון טוב בהרבה ובמהירות גדולה יותר ממה שמתבצע במודל קורמוטו או בכל רשת אחרת. התגלית שלנו, שהתפרסמה אתמול  [3], חשובה לא רק לתיאור רשתות אנושיות, עם כל המשמעויות הנגזרות, אלא לכל רשת המורכבת מפרטים המסוגלים לקבל החלטות, כגון מכוניות אוטונומיות שצריכות לקבל החלטה באיזה נתיב לנסוע, או מימוש אינטליגנציה מלאכותית ברשתות מחשבים מורכבות.

מקורות:

[1] The Kuramoto model: A simple paradigm for synchronization phenomena
[2] גרפן-ההבטחה-הגדולה
[3] Synchronization of complex human networks