出典: The Conversation (オーストラリアとニュージーランド) – ベン・フルチャー、シドニー大学物理学部上級講師
悪名高い伝説によると、レミングの群れは時々崖から落ちて集団で死ぬそうです。自分がこのネズミの1匹だと想像してみてください。晴れた日に仲間と一緒に澄んだ空の下、草や土や岩の上を歩きながら楽しく山を登り、仲間と一緒であることを喜びます。すると突然、冷たい空気に突っ込んですべてが真っ暗になります。
崖の端は、科学者が「臨界点」と呼ぶものです。つまり、システム（レミングの群れなど）の行動が、ある種類の状態（楽しく走っている）からまったく異なる種類の状態（急降下）に突然移行し、多くの場合、壊滅的な結果をもたらす地点です。
レミングは実際には崖から突進することはないが、現実世界の多くのシステムでは、次のような重大な局面や突然の災害が発生する。 株式市場の暴落、 電力網の障害そして転換点 気候システム そして 生態系。
臨界点は、必ずしも空間や時間における文字どおりの点とは限りません。投資家の信頼、環境温度、電力需要など、不安定性への移行を示すシステム パラメータの値である場合もあります。
システムが崖に近づいていることを知り、崖から落ちないように行動することはできるでしょうか? 株式市場やエコシステムについて何を測定すれば、そのような危機的状況からどれだけ離れているかを予測できるでしょうか?
私たちは、現実世界のシステムでまさにこれを実行するための新しい方法を開発しました。 私たちの仕事 今週、Physical Review X に掲載されます。
崖に近づいていることはどうやってわかるのでしょうか?
これまでの研究では、 システムは「遅くなる」傾向がある 重要なポイントに近づくと、変動が激しくなります。たとえば、株式市場では、株価の変化が緩やかになり、週ごとの高値と安値の差が大きくなることを意味します。
しかし、これらの指標は、システムが「ノイズが多い」場合には機能しません。つまり、システムが何をしているかを正確に測定できないのです。多くの実際のシステムは、非常にノイズが多いのです。
現実世界のシステムで機能する指標はあるのでしょうか? それを調べるために、私たちは 7,000 種類を超えるさまざまな方法を検索し、システムに多くのノイズがある場合でも十分に機能する強力な方法を見つけようとしました。
私たちは干し草の山から針をいくつか見つけました。この非常に難しい問題で驚くほど優れたパフォーマンスを発揮するいくつかの方法でした。これらの方法に基づいて、臨界点を予測するためのシンプルな新しいレシピを作成しました。
私たちはそれにふさわしい素晴らしい名前、RAD を付けました。(この厄介な頭字語には、非常にオタク的な由来があります。「Rescaled AutoDensity」の略語です。)
脳は臨界点を良いことに利用するのでしょうか?
私たちは、マウスの脳活動を非常に詳細に記録したデータで新しい手法を検証しました。具体的には、マウスが見たものを解釈する役割を担うマウスの脳領域の活動に注目しました。
ニューロンが発火すると、隣接するニューロンがその信号を拾って伝達するか、あるいは消滅させる可能性があります。信号が隣接するニューロンによって増幅されると、その影響は大きくなりますが、増幅が大きすぎると臨界点を超えて暴走フィードバックに陥り、発作を引き起こす可能性があります。
私たちの RAD 法によって、一部の脳領域の活動は、他の領域よりも臨界点に近い兆候が強いことが明らかになりました。具体的には、最も単純な機能 (画像内の物体のサイズや方向など) を持つ領域は、より複雑な機能を持つ領域よりも臨界点から遠く離れた場所で活動しています。
これは、脳がその驚異的な計算能力をサポートするために臨界点を使用するように進化した可能性があることを示唆しています。
臨界点から非常に遠い場合（崖から遠く離れた安全なレミングを想像してください）、神経活動が非常に安定するのは当然です。安定性は、基本的な視覚的特徴の効率的で信頼性の高い処理をサポートします。
しかし、私たちの研究結果は、崖のすぐ近く、つまり危機的状況の断崖絶壁に座ることには利点があることも示唆している。この状態の脳領域は、画像の全体的な意味を理解するために必要な計算など、より複雑な計算をサポートするために、より長い「記憶」を持つ可能性がある。
崖へのより良いガイド
システムが臨界点に近いか遠いかというこの考え方は、金融から医療まで、多くの重要なアプリケーションで登場します。私たちの研究は、そのようなシステムを理解し、突然の（そして多くの場合壊滅的な）変化がいつ現れるかを検出する、より優れた方法を導入します。
これは、てんかん患者に発作の兆候を警告することから、差し迫った金融危機の予測に役立てることまで、将来的にはさまざまなブレークスルーにつながる可能性があります。
ベン・フルチャーはオーストラリア研究会議および国立保健医療研究会議から資金提供を受けています。
ブレンダン・ハリスは、この記事から利益を得るいかなる企業や組織にも勤務しておらず、コンサルタントもしておらず、株式を所有しておらず、資金提供も受けておらず、学術的任命以外に関連する提携関係を明らかにしていません。
– ref. クラッシュ、停電、気候の転換点: システムが限界に近づいていることをどうやって知ることができるのか? – https://theconversation.com/crashes-blackouts-and-climate-tipping-points-how-can-we-tell-when-a-system-is-close-to-the-edge-236683
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#MILイブニングレポート #墜落停電気候の転換点 #システムが限界に近づいていることをどうやって知ることができるでしょうか
2024-08-16 02:41:50