CAPITOLUL 6

Capitolul 7 Sistemele cibernetice ca sisteme adaptive complexe

CAPITOLUL 8AUTOORGANIZARE I EMERGEN N SISTEMELE ADAPTIVE COMPLEXEUnele din proprietile cele mai uimitoare i, n acelai timp, cele mai puin elucidate ale sistemelor adaptive complexe sunt auto-organizarea i emergena. Emergena i auto-organizarea spontan ale unor noi structuri sunt uor de observat, de exemplu, n viaa de zi cu zi sau n condiii de laborator. Poate cel mai citat exemplu l reprezint efectul de cristalizare a apei n fulgii d zpad, fulgi care au, fiecare, forme simetrice distincte, dei numrul lor este uria. Dar emergena este o proprietate universal n sistemele vii, organizaii i sisteme economice i sociale, crora le confer calitatea de a manifesta caracteristici i comportamente cu totul noi, care nu se ntlnesc la nici unul dintre elementele componente. De asemenea, auto-organizarea poate fi definit ca ,,oarecare aparitie spontan a unei noi structuri coerente globale a CAS plecnd de la interaciunile locale dintre ageni (Heylighen, 2003). Altfel spus, apare o nou structur sau patern, fr ca acestea s fie impuse de un agent exterior.

Un astfel de fenomen prin care se creaz spontan, fr intervenii exterioare, ceva nou, distinct fa de cea ce a fost n sistem, contrazice viziunea mecanicist prin care elementele componente pot fi aranjate, de fiecare dat, n aceeai ordine particular, fr existena creia sistemul nsui nu poate funciona. Dar pentru sistemele complexe, aranjarea prilor componente n structuri att de diverse duce cu gndul la existena a ceva necunoscut, la o for inteligent care s se ocupe de un astfel de proiect.

O astfel de for, ntr-adevr, exist i ea este confirmat de cea de-a doua lege a termodinamicii (Clausius) care, n esen, spune c ntr-un sistem nchis entropia poate doar s creasc i nu se diminueaz niciodat. Deci pentru a nelege auto-organizarea, ar trebui s plecm de la termodinamic.

Ilya Prigogine a nceput studierea a ceea ce a denumit structuri disipative nc din 1955. El i-a ales ca obiect de studiu celulele Bnard, care prezint auto-organizare dinamic. El a observat c aceste structuri care sunt, n mod necesar, sisteme deschise deoarece energia i/sau materia le strbat continuu, genereaz entropie, dar aceast entropie este disipat, sau exportat n afara sistemului. Acest lucru duce la creterea propriei organizri, cu costul creterii dezordinii n mediul nconjurtor. Un astfel de sistem respect cea de-a doua lege a termodinamicii, dar reuete s-i menin sau chiar s-i creasc gradul de organizare transmind n mediu (deci ctre alte sisteme) excesul de entropie. Un astfel de comportament este frecvent ntlnit la organismele vii care iau energie i materie din mediu sub forma luminii i hranei i o cedeaz apoi sub form de produse reziduale care au o entropie mai mare dect cea primit iniial. n acest mod, aceste organisme i reduc entropia intern, contracarnd, pentru o perioad de timp, dezordinea care o mpiedic aciunea celei de-a doua legi a termodinamicii.

Cu toate acestea, exportul de entropie nu explic de ce i cum are loc auto-organizarea. Tot Prigogine a observat c auto-organizarea are loc, de regul, n sistemele neliniare care funcioneaz departedeechilibru.

7.1 Ce sunt auto-organizarea i emergena

Marele cibernetician britanic W. Ross Ashby a fost preocupat n cel mai nalt grad de nelegerea i definirea auto-organizrii. El formuleaz un ,,un principiu al auto-organizrii (1954). Conform acestui principiu, un sistem dinamic, indiferent de structura acestuia, tinde ntotdeauna s evolueze ctre o stare de echilibru, pe care astzi o denumim atractor. Acest lucru este de natur s reduc incertitudinea privind starea sistemului i, n consecin, entropia asociat acestuia. Dar acest lucru nseamn auto-organizare. Echilibrul care rezult poate fi, atunci, interpretat ca o stare a sistemului n care diferitele pri componente ale acestuia (ageni, subsisteme .a.) sunt reciproc adaptate.

Un alt cibernetician cunoscut, H. von Foerster, formuleaz aa-numitul principiu al ,,ordinii aprut din zgomot. El observ c, n mod paradoxal, cu ct perturbaiile aleatoare (zgomotele) din mediul nconjurtor sunt mai mari, cu att mai repede sistemul se auto-organizeaz (produce ,,ordine). Explicaia acestui lucru este simpl: cu ct un sistem se va deplasa mai dezordonat prin spaiul de stare, cu att mai rapid el va tinde ctre un atractor. Dar micarea dezordonat a sistemului poate fi determinat prin inducerea de perturbaii (zgomote) care reflect influenele exercitate de mediul nconjurtor asupra sistemului.

De la aceste principii s-a trecut, n anii 60 la elaborarea unor aplicaii practice. Printre aceste aplicaii se numr reelele neuronale, care reprezint modele ale modului n care neuronii din creier interacioneaz. Ele pornesc de la modelul neuronului, construit de McCallum i Pitts n lucrarea lor ,,A Logical Calculus of the Ideas Immanent in Nervous Activity, aprut nc din 1943. n reelele neuronale nu exist un control centralizat al proceselor care sunt modelate, acestea evolund doar pe baza conexiunilor directe i indirecte dintre neuronii i nivelele neuronale care le alctuiesc. Rezultatul final poate fi reprezentat sub forma unor modele complexe de comportament.

O alt aplicaie n care comportamentul colectiv spontan se produce ca urmare a interaciunilor locale dintre ageni l reprezint lumea animal. Stolurile de psri, bancurile de peti, roiurile de albine sau turmele de reni reacioneaz dup principiul auto-organizrii. Atunci cnd apare un pericol iminent sau mediul nconjurtor se modific dramatic, indivizii care alctuiesc formaiunile de mai sus acioneaz ntr-un mod sincronizat care face ca pericolele implicate de modificarea condiiilor din mediu s fie reduse la minimum.

Simularea pe calculator a comportamentului roiurilor de albine sau stolurilor de psri arat c indivizii ce le compun acioneaz dup cteva reguli foarte simple, cum ar fi, de exemplu, pstrarea unei distane minime dintre indivizii i urmarea unei direcii medii, pornind de la micrile vecinilor imediai. Pornind de la aceste reguli simple de comportament local, obinem un comportament emergent coerent la nivelul ntregului sistem.

Studiile fcute asupra unor astfel de sisteme sunt extrem de utile pentru a nelege i explica ceea ce se ntmpl n CAS din economie. De exemplu, efectul de imitaie, observat n cazul mulimilor de investitori de pe pieele financiare, este asemntor comportamentului de turm (hoarding).

Prin simulare pe calculator se poate reproduce, de exemplu, comportamentul unui stol de psri i nelege mai bine cum acioneaz grupurile mari de oameni atunci cnd efectueaz tranzacii financiare, merg la cumprturi n hipermarketuri, iau parte la o selecie pe piaa forei de munc .a.

Aceste simulri se realizeaz utiliznd, de regul, automate celulare care sunt, n esen, modaliti de reprezentare a evoluiei unei mulimi finite de entiti ntre care exist interaciuni i reguli de comportament foarte simple.

Astfel de simulri pot duce la obinerea unor comportamente extrem de complicate, care se apropie de cele ntlnite n sistemele biologice, n ecosisteme sau organizaii.

7.2 Caracteristicile sistemelor complexe auto-organizatoare

Cercetrile ntreprinse asupra sistemelor adaptive complexe n ultimii ani au evideniat un numr de trsturi caracteristice, care disting sistemele auto-organizatoare de sistemele mecanice tradiionale, studiate de fizic sau disciplinele inginereti.

De-a lungul timpului, oameni de tiin cunoscui din domeniul tiinelor complexitii au abordat problema auto-organizrii, conturndu-se ideea c sistemele complexe, pentru a putea fi i adaptive, trebuie neaprat s aib i capacitatea (proprietatea) de auto-organizare.

Astfel, marele biolog i fondator al tiinelor Complexitii, Stuart Kauffman, a studiat dezvoltarea organismelor i ecosistemelor utiliznd intensiv simularea pe calculator. El a ncercat s neleag n ce mod reelele de gene, care se activeaz sau se inhib reciproc, pot da natere unor organe i esuturi difereniate n cursul evoluiei embrionare. Aceste cercetri l-au condus, treptat, ctre abordarea tipurilor i numrului de atractori care se afl n reelele Booleene cu care se pot reprezenta reelele de conexiuni dintre gene. El a artat c auto-organizarea rezultat din aceste reele este un factor esenial al evoluiei, mpreun cu selecia Darwinian. De fapt, cele dou mecanisme ale evoluiei sunt complementare, unul asigurnd diversificarea formelor de via autonome, iar cellalt specializarea acestora n raport cu condiiile de mediu variabile.

John Holland, un alt om de tiin cunoscut n domeniul tiinelor Complexitii, ncercnd s neleag mai bine mecanismele prin care organismele biologice se adapteaz la condiiile variabile de mediu, a fondat teoria algoritmilor genetici.

Acetia, utiliznd o serie de operaii specifice geneticii, cum sunt selecia, mutaia, recombinarea, a simulat pe calculator modul n care pot s apar noi forme de organizare att n organismele vii ct i n organizaii.

Astzi, algoritmii genetici sunt utilizai n multe domenii pentru a reprezenta modul n care evolueaz sistemele ecologice, biologice, economice sau umane.

Lucrrile lui Kauffman i Holland au prefigurat apariia unei noi discipline n cadrul tiinelor Complexitii, i anume Artificial Life. Aceast disciplin, al crei iniiator a fost Chris Langton, are ca principal obiect de studiu dezvoltarea unor programe pe calculator care imit comportamente ale organismelor vii, cum ar fi reproducerea, sexualitatea, co-evoluia, competiia, confruntarea armat .a.

Treptat, studiile ntreprinse au dus la conturarea acelor caracteristici fundamentale care definesc auto-organizarea i o deosebesc de alte proprieti ale CAS.

Principalele caracteristici ale sistemelor auto-organizatoare sunt urmtoarele:

1) Ordinea global rezult din interaciunile locale;

2) Controlul distribuit;

3) Robustee (rezilien);

4) Neliniaritate;

5) nchidere organizaional;

6) Dinamic departe-de-echilibru;

7) Bifurcaie i haos.

S dm, n continuare, cteva elemente care explic fiecare dintre aceste caracteristici.

7.2.1 Ordine global rezultat din interaciuni locale

ntr-un sistem cu auto-organizare, organizarea ntregului sistem rezult n mod emergent din interaciunile existente ntre componentele acestuia la nivel local.

Un exemplu simplu n acest sens l reprezint magnetizarea piliturii de fier. Att timp ct cmpurile magnetice este suficient de ndeprat, particulele de fier sunt dispuse aleator.

Pe msur ce cmpul magnetic se apropie, la nceput cteva particule, apoi acele particule aflate n vecintatea imediat a primelor, ca la final toate particulele supuse cmpului magnetic vor fi orientate n acelai mod. Deci pilitura de fier a devenit magnetic n acelai fel, cu un singur Pol Nord i un singur Pol Sud.

Mecansimul descris mai sus poate fi generalizat dup cum urmeaz. ntre prile componente ale unui sistem exist, iniial, interaciuni locale, determinate de natura sistemului respectiv. n cursul evoluiei sistemului, acesta va fi perturbat de influenele care provin din mediu. Dac presupunem c, la nceput, sistemul este magnetizat, diferitele componente acionnd n mod aleator, orice influen care s-ar propaga n sistem va fi foarte repede dispersat i, eventual, anulat datorit comportamentului aleator al prilor componente. Deoarece configuraia dintr-o anumit parte a sistemului nu ofer nici o informaie privind configuraia din orice alt parte, atunci aceste configuraii au corelaia egal cu zero.

n procesul de auto-organizare, diferitele pri ale sistemului ncep s fie strns corelate. De exemplu, n starea de magnetizare, corelaia este 1. Acest lucru arat c coeficientul de corelaie, n dinamica sa, poate msura trecerea de la dezordine la ordine. Localizarea interaciunilor implic faptul c configuraiile nvecinate sunt puternic corelate, dar c aceast corelaie se diminueaz pe msur ce distana dintre configuraii se mrete. De aceea, ar fi mai corect s se introduc lungimea de corelaie care poate fi definit ca distan maxim dintre dou configuraii pentru care corelaia este semnificativ (Heylighen).

Se poate observa n exemplul simplu de mai sus c, n sistemele auto-organizatoare, apare o for care menine i amplific procesul prin care emerge noua ordine din interaciunile locale. Aceast for este constituit din cauzalitatea circular, prin care o cauz produce un efect care reacioneaz asupra cauzelor sale. Acesta nu reprezint, ns, altceva dect un mecanism feedback care poate fi pozitiv, dac acioneaz pentru amplificarea procesului de formare a noii ordini, sau negativ, dac acioneaz pentru inhibarea procesului respectiv.

Cauzalitatea circular, mpreun cu evoluia departe de echilibru, despre care vom discuta mai departe, reprezint condiia sine qua non a auto-organizrii. Acest lucru este confirmat de multe exemple de auto-organizare ntlnite n sistemele vii.

Cteva dintre proprietile auto-organizrii pot fi deduse din existena cauzalitii circulare. Astfel:

- auto-organizarea, ca emergena ordinii din interaciunile locale (dezordonate), este posibil doar n sistemele deschise n care resursele provenind din mediu particip la dinamica circular a auto-organizrii;

- cauzalitatea circular integrez att amplificarea reciproc a interaciunilor locale i structurilor globale ct i stabilitatea reproducerii lor reciproce;

- fluctuaia n cadrul dinamicii interne i perturbaiilor din mediu testeaz permanent stabilitatea acestei reproduceri reciproce. Dac o form specific de reproducere devine instabil, poate s apar o nou form. O structur specific poate s devin instabil i o nou structur poate s apar. Auto-organizarea integreaz n acest fel conceptele de supravieuire i schimbare (evoluia adaptiv).

n figura 7.1 se reprezint emergena structurii globale din interaciuni locale.

Figura 7.1

7.2.2 Controlul distribuit

n condiiile unui sistem avnd o organizare nalt, de regul, se presupune c exist un agent intern sau extern care coordoneaz, orienteaz sau controleaz sistemul respectiv. De exemplu, n sistemele economice exist un preedinte, un CEO sau un comitet de direcie care elaboreaz politicile i coordoneaz activitatea diferitelor departamente. Sistemele umane sunt coordonate i conduse de ctre creier. Activitatea unei celule este determinat de informaia stocat de cromozom.

n toate aceste situaii, agentul care controleaz sistemul poate fi privit separat de acesta, drept pentru care acest agent mai este denumit i controler sau sistem de control. Acest sistem de control i exercit funciile asupra sistemului n mod centralizat.

n sistemele auto-organizatoare, ,,controlul organizaiei este distribuit n ntreg sistemul. Fiecare dintre prile componente ale acestuia contribuie, ntr-o msur mai mare sau mai mic, la acest proces. De exemplu, n cazul piliturii de fier, nu exist o parte care s iniieze i s dirijeze n continuare magnetizarea. Dimpotriv, procesul de magnetizare poate s apar n orice parte a sistemului i s se rspndeasc, apoi, n ntreg sistemul.

Studii recente asupra creierului uman au artat c nici aceasta nu funcioneaz ca un controler n sensul centralizat dat acestuia.

A. Damasio, un neurolog american celebru, formuleaz ,,ipoteza markerului somatic. Conform acestei ipoteze, ,,markerii somatici sunt un exemplu particular de sentimente generate de emoii secundare. Aceste emoii i sentimente au fost legate, prin nvare, de rezultatele viitoare previzibile ale anumitor scenarii. n momentul suprapunerii unui marker somatic negativ pe un anumit rezultat viitor, combinaia funcioneaz ca un semnal de alarm. n schimb, cnd un marker somatic pozitiv e suprapus, ea devine un stimulent (A. R. Damasio, 2004, pag. 203).

Controlul distribuit este prezent i n organizaii i sisteme economice. Cu ct aceste sisteme sunt mai complexe, cu att ele dispun de reele mai complicate de interaciuni i interdependene prin intermediul crora fluxurile de decizii i informaii se pot transmite n orice parte a sistemelor. Existena unor astfel de reele nu constituie, ns, dect o condiie necesar a controlului distribuit. Pentru a se realiza un astfel de control, agenii aflai n diferitele pri ale sistemelor trebuie s fie capabili s coopereze i s negocieze pentru atingerea unor obiective sau scopuri comune. Acest lucru este ns specific sistemelor adaptive complexe.

7.2.3 Robustee (rezilien)

Sistemele auto-organizatoare sunt robuste sau reziliente. Acest lucru presupune c ele sunt relativ puin sensibile la perturbaii sau erori i au o capacitate puternic de a se reface. De exemplu, un ecosistem care a suferit daune serioase, cum ar fi un foc, n general se va reface relativ rapid.

Un motiv al acestei tolerane la erori, cum se mai numete caracteristica, este organizarea distribuit i redundant: acele pri ale sistemului care nu au suferit daune contribuie i coopereaz la refacerea celor afectate.

Un alt motiv al robusteei intrinseci a sistemelor auto-organizatoare poate fi gsit n fluctuaii, micrile aleatoare sau ,,zgomote. Sistemele au tendina de a prezenta micri aleatoare care determin, mai departe, o variabilitate i diversitate intrinsec, ceea ce face auto-organizarea posibil. O anumit cantitate de incertitudine, determinat de comportamentul fluctuant, aleator al sistemului va facilita mai degrab dect va mpiedica autoorganizarea.

Un al treilea motiv al robusteei este efectul stabilizator al buclelor i mecanismelor feedback pe care sistemele auto-organizatoare le conin. Acest motiv este legat i de urmtoarea caracteristic a sistemelor auto-organizatoare.

7.2.4 Neliniaritatea

Mult timp, imaginea noastr despre lume a fost liniar. Acest lucru nseamn, n esen, c efectele sunt proporionale cu cauzele. Dac unei mingi i se aplic o lovitur de dou ori mai puternic, ea va sri de dou ori mai departe. Dar, n sistemele auto-organizatoare, acest lucru nu este adevrat. n primul rnd, relaia dintre cauz i efect este mult mai puin evident: cauze mici pot avea efecte mari i, reciproc, cauze mari pot avea efecte mici.

Acest lucru poate fi observat n sistemele reale din economie. De exemplu, n cazul unei firme, prin combinarea factorilor de producie cum sunt munca, capacitatea de producie i cunotinele tehnologice se obine o anumit cantitate de produse. n condiiile n care am crete proporional resursele utilizate, ipoteza liniar spune c producia rezultat ar trebui s creasc n aceeai proporie (ipoteza economiei constante de scar). Dar se cunoate de mult timp faptul c acest lucru nu este adevrat. Dac producia se desfoar la scar redus, creterea volumului factorilor utilizai conduce la o cretere mai mare a produciei realizate (economie de scar cresctoare). n schimb, dac producia se desfoar la o scar mare, creterea ntr-o anumit proporie a volumului factorilor de producie utilizai are ca efect o cretere ntr-o proporie mai redus a volumului produciei realizate (economie de scar descresctoare).

Astfel de dependene neliniare ntre cauze i efecte se regsesc, de fapt, n aproape toate procesele i fenomenele ce au loc n organizaii, ecosisteme, sisteme umane etc. Lumea n care trim este neliniar i acest lucru are consecine asupra modalitilor de nelegere i aciune ale sistemelor auto-organizatoare.

Neliniaritatea nu poate fi neleas n afara relaiilor feedback care au loc ntre elementele componente ale unui sistem adaptiv complex. Fiecare component afecteaz celelalte componente, iar acestea din urm afecteaz, la rndul lor, prima component. Rezult deci c relaiile cauz-efect n aceste sisteme sunt circulare. Drept urmare, orice schimbare care se produce n prima component se transmite de la o component la alta pn cnd revine la prima component.

tim c acest principiu corespunde existenei buclelor i mecanismelor feedback n sistemele auto-organizatoare. Avnd n vedere faptul c buclele feedback respective sunt fie pozitive, fie negative, prin combinarea lor se genereaz efecte de amplificare, de cretere a schimbrilor iniiale, prin intermediul buclelor feedback pozitive, dar i efectele opuse de stabilizare a sistemului, care tind s-l aduc napoi la starea iniial.

Procesele care au loc n sistemele auto-organizatoare de regul ncep cu o faz n care buclele i mecanismele feedback pozitive sunt dominante, lucru observat prin creterea fluctuaiilor iniiale, a vitezei de cretere a mrimii unor variabile etc. Treptat, aceste efecte cuprind ntregul sistem. Odat cu toate componentele se ,,aliniaz la configuraia creat de fluctuaiile iniiale, sistemul se oprete din cretere, atingnd un maxim al ,,utilizrii resurselor disponibile. n continuare, sistemul caut un nou echilibru (sau, cel puin, o stare staionar). Deoarece o nou cretere nu mai este posibil n condiiile resurselor disponibile, pot s se produc schimbri necesare atingerii noului echilibru doar dac se reduce configuraia dominant. Totui, reducerea nu poate fi de mare amploare deoarece, n momentul n care anumite componente se abat de la acea configuraie, aceleai fore care au dus la noua configuraie se vor opune reducerii, aducnd sistemul napoi ctre configuraia stabil. Aceasta din urm este faza n care sunt dominante buclele i mecanismele feedback negative.

n cele mai multe sisteme auto-organizatoare, atingerea unui nou echilibru nseamn parcurgerea unor faze alternative, n care dominana buclelor pozitive i negative se schimb pn ce procesele auto-organizatoare nceteaz.

Acest lucru face att de complicat i greu de previzionat comportamentul sistemelor adaptive complexe.

7.2.5 nchidere organizaional

Corelaia sau coerena dintre parile separate ale unui sistem auto-organizator determin o configuraie ordonat a acestuia. Totui, ordinea nu nseamn nc organizare. Organizarea poate fi neleas ca acea caracteristic a unui sistem de a fi ordonat sau structurat astfel nct s ndeplineasc o funcie particular. n sistemele auto-organizatoare, aceast funcie presupune meninerea unei configuraii particulare, n ciuda perturbaiilor. Doar acea ordine care menine componentele unui sistem mpreun va rezulta din auto-organizare i ea este auto-suficient sistemului pentru a-i ndeplini funcia. Aceast caracteristic este denumit nchidere organizaional.

Un proces cauzal poate fi, n general, deschis ca un lan sau ir A ( B ( C ( D ( de situaii sau evenimente astfel nct un prim eveniment A determin urmtorul eveniment B .a.m.d. Prin acest lan cauzal se produc modificrile i schimbrile ce au loc n diferitele pri componente ale sistemului. Totui, este posibil ca unele lanuri cauzale s se intersecteze i unele efecte s se transmit ctre cauze anterioare, formndu-se cicluri cauzale. Aranjarea acestor lanuri i cicluri cauzale n sistemele auto-organizatoare va fi continuu meninut sau redus (auto-poiesis). Dac un ciclu cauzal va corespunde unei bucle feedback negative, atunci el va fi relativ impenetrabil la perturbaiile externe, avnd tendina de a elimina din sistem efectele acestora. n acest fel, sistemul auto-organizator devine relativ independent de mediul su nconjurtor.

Se spune, n acest caz, c el este ,,nchis pentru influenele din afar. Dei din punct de vedere al schimbului permanent de energie i materie cu mediul sistemul este deschis, organizarea sa intern se menine o perioad de timp aceeai, sau aproape aceeai. Se spune, n acest caz, c sistemul este termodinamic deschis, dar organizaional nchis.

nchiderea organizaional determin, n cazul sistemelor auto-organizatoare, o distincie clar ntre interior (componentele care particip la nchidere) i exterior (cele care nu particip) i deci se poate delimita o margine sau grani care separ sistemul de mediul su nconjurtor.

Dar aceeai grani poate fi determinat i pentru componentele sau prile sistemului nsui. Rezult deci c sistemul auto-organizator poate fi separat ntr-un numr de subsisteme relativ autonome, nchise organizaional, dar aceste subsisteme vor interaciona continuu unele cu altele ntr-un mod indirect. Aceste interaciuni vor tinde, de asemenea, s determine configuraii auto-suficiente ,,nchise, determinnd subsisteme de nivel ierarhic mai nalt, care conin subsistemele iniiale ca i componente. Aceste sisteme de nivel mai nalt pot interaciona ntre ele, determinnd un anumit model de interaciuni, deci definind un sistem de ordin i mai nalt. Acest lucru explic de ce sistemele adaptive complexe tind s aib o arhitectur de tip ierarhic, de ,,cutii n alte cutii, n care la fiecare nivel se pot distinge un numr de organizaii relativ autonome nchise.

De exemplu, o celul este un sistem organizaional nchis, incluznd o reea complex de cicluri chimice interactive n cadrul unei membrane care le protejeaz de perturbaiile mediului extern. Totui, celulele sunt ele nsele organizate n esuturi care mpreun formeaz un organism multicelular. Aceste organisme sunt, la rndul lor, conectate printr-o multitudine de circuite de hran ciclice, a cror mulime formeaz un ecosistem.

nchiderea organizaional este esenial pentru nelegerea emergenei. Prin nchiderea organizaional se formeaz, la fiecare nivel, un ntreg ale crui proprieti nu pot fi reduse la proprietile elementelor componente. Dar proprietile emergente de la nivelele nalte restricioneaz comportamentul componentelor de pe nivelele inferioare.

S considerm cazul unei burse de valori. Societile listate la burs au comportamente diferite n funcie de mrime, profilul activitii, nzestrarea tehnic i uman .a. Drept urmare, activitatea acestora se reflect pe piaa bursier printr-o cotaie a aciunilor care se comport n mod diferit de la o societate la alta.

Pe ansamblu, ns, bursa de valori are un comportament propriu care nu poate fi ntlnit la nici una dintre societile amintite. Acest comportament este reflectat de unul sau mai muli indici bursieri.

Comportamentul emergent al bursei influeneaz, ns, comportamentul fiecrei societi listate. Dup cum indicele bursier crete sau scade, este mai mult sau mai puin volatil, i cotaiile la burs ale societilor ncep s se schimbe i aceasta deoarece proprietarii acestora precum i investitorii reacioneaz la informaia referitoare la comportamentul de ansamblu al bursei.

Apar deci un circuit cauzal de jos n sus i de sus n jos care este denumit cauzalitate vertical sau ,,de sus n jos (downward): nivelul mai nalt exercit o influen asupra nivelului mai sczut, determinnd componentele aflate pe acest nivel s acioneze ntr-un anumit mod.

Acest tip de cauzalitate este opus cauzalitii ,,de jos n sus (upward), specifica metodei reducioniste, n care comportamentul ntregului (sistemului) este complet determinat de comportamentul prilor componente.

7.2.6 Evoluia departedeechilibruIlya Prigogine a reuit primul s explice una dintre cele mai intrigante probleme care s-au pus n tiin i anume aceea a modului n care a doua lege a termodinamicii acioneaz n sistemele deschise. n termodinamic, echilibrul este caracterizat de absena produciei de entropie sau, echivalent, de faptul c energia nu este disipat. Un sistem aflat ntr-o stare de echilibru este, deci, caracterizat de o pierdere minim de energie. Pentru a atinge aceast stare, sistemul a disipat tot ,,surplusul de energie pe care l coninea.

Dac nu exist nici un input de energie din mediul nconjurtor, sistemul va rmne venic n aceast stare de echilibru.

Totui, o astfel de posibilitate exist doar teoretic, i anume n sistemele nchise. Dar cum, n realitate, astfel de sisteme nu exist, rezult c un sistem nu-i poate atinge niciodat starea de echilibru definit de a doua lege a termodinamicii. Prigogine i colaboratorii si au sugerat ca aceast lege s fie nlocuit cu o lege a produciei de entropie maxim: ntr-un sistem departe de echilibru disiparea de entropie ctre mediu atinge un maximum.

A doua lege a termodinamicii este, dup expresia lui Arthur Eddington, ,,legea suprem a Naturii. Ea a pornit de la o observaie simpl: n orice proces microscopic mecanic, o parte sau toat energia este ntotdeauna disipat sub form de cldur. De exemplu, dac ne frecm minile una de alta, lucrul mecanic respectiv este disipat sub form de cldur. n 1850, un fizician german, Rudolf Clausius, introduce conceptul de ,,entropie ca msur a unei cantiti care crete necontenit datorit disiprii cldurii. Deoarece, dup cum se tie, cldura are drept cauz micarea aleatoare a particulelor microscopice care alctuiesc orice obiect, entropia a nceput s fie interpretat ca o cantitate de dezordine pe care sistemul o conine. Ea constituie o modalitate de a conecta lumea microscopic, n care acioneaz legile mecanicii cuantice, cu lumea macroscopic, n care sunt necesare legile termodinamicii. Pentru sistemele nchise, care nu schimb nici energie i nici materie cu mediul nconjurtor, entropia continu s creasc pn i atinge valoarea maxim pentru care este definit echilibrul termodinamic. Aceasta este starea final a sistemului, n care nu mai apar schimbri n proprietile macroscopice densitate, presiune etc. indiferent ct timp s-ar scurge.

n realitate, toate procesele i sistemele din natur sunt deschise. Deci aceste procese i sisteme nu vor atinge niciodat o stare de echilibru termodinamic, n care entropia s fie maxim.

,,Departedeechilibru nseamn, n esen, c sistemele sunt departe de acel echilibru termodinamic ceea ce face ca, n evoluia lor, s nu mai poat fi aplicate relaiile liniare care descriu creterea entropiei, ci legiti i relaii neliniare.

Dependena unui sistem deschis de surse externe de energie l fac mai fragil i senzitiv la schimbrile din mediul nconjurtor, dar i mai dinamic i capabil s reacioneze. Fragilitatea este evident: dac sursa de energie ar dispare, structura disipativ se va dezintegra. Pe de alt parte, surplusul de energie permite sistemului s-i amplifice procesele interne, de exemplu contracarnd micile perturbaii prin reacii puternice, sau susinnd ciclurile feedback pzitive o perioad ct mai mare de timp. Aceasta face sistemul mult mai puternic n ceea ce privete dezvoltarea, creterea sau adaptarea la modificri externe. n loc s reacioneze la toate perturbaiile prin bucle i mecanisme feedback negative pentru a aduce sistemul napoi la starea de echilibru, un sistem funcionnd departedeechilibru este, n principiu, capabil s produc o mai mare varietate de aciuni de reglare, conducnd la multiple configuraii stabile.

Pentru a menine o organizare anume n ciuda modificrilor nconjurtor, problema este de a utiliza anumite aciuni n circumstanele date. Acesta definete, n esen, problema adaptrii.

Dar adaptarea, pentru a putea avea loc, necesit ca nsi sistemul s fie capabil s se schimbe i acest lucru nu poate avea loc dect la limitele haosului, unde sistemul ajunge printr-un proces de bifurcaie.

7.2.7 Bifurcaie i haosNeliniaritatea i evoluia departe de echilibru a sistemelor adaptive complexe fac posibil ca, la un moment de timp oarecare, aceste sisteme s poat ajunge ntr-un ir de configuraii stabile. Care dintre aceste configuraii va fi aleas depinde de mici fluctuaii sau perturbaii care afecteaz sistemul pe parcursul evoluiei acestuia. Deoarece micile perturbaii sunt amplificate de buclele feedback pozitive, aceasta nseamn perturbaia iniial care a condus la atingerea unei anumite configuraii se poate ca nici s nu fie observat. Ca regul general, dac se d starea observabil a unui sistem la nceputul unui proces, rezultatul procesului respectiv este impredictibil.

Totui, dac ne ntoarcem la starea sistemului nainte de auto-organizare, exist doar o configuraie posibil: una dezordonat. O configuraie dezordonat este una n care strile posibile ale componentelor individuale au aceeai probabilitate de a se produce. Deoarece numrul de componente ale unui sistem este foarte mare iar numrul de stri posibile ale fiecrei componente este, de asemenea, mare rezult c o configuraie dezordonat este cea n care oricare dintre componente se poate afla, cu aceeai probabilitate n oricare dintre strile posibile. Acest lucru nseamn, n esen, c sistemul este simetric: din orice direcie l-am observa, el arat la fel.

Dup auto-organizare, totui o anumit configuraie devine dominant i, n consecin, simetria dispare, aprnd ceea ce se numete spargerea simetriei. Aceasta poate fi interpretat n urmtorul mod: sistemul auto-organizator, n starea de dezordine, face o alegere. Iniial el consider toate configuraiile egal posibile, dar dup aceea i manifest o preferin pentru una dintre acestea. Totui, alegerea nu are la baz un criteriu obiectiv. Sistemul ia o decizie arbitrar i aceasta schimb ordinea preferinelor. Decizia luat este impredictibil i, prin aceasta, sistemul creeaz ceva nou.

Evoluia de la configuraia dezordonat la una ordonat este determinat de o schimbare n mediul nconjurtor, deci n condiiile la limit ale sistemului. Dar nu orice schimbare este apt s determine un astfel de proces. Doar anumite schimbri ale unor mrimi exterioare sistemului sunt capabile s iniieze procesul complicat de trecere de la dezordine la o nou ordine. Aceste mrimi sunt denumite parametri de ordine i domeniul n care iau valori acetia poart numele de spaiu al parametrilor.

Modificarea unuia sau mai multor parametri de ordine determin apariia, n evoluia sistemului, a unei bifurcaii (figura 7.1.).

Figura 7.2

Bifurcaia arat, pentru o anumit valoare a parametrului de ordine, care sunt strile posibile pe care o anumit configuraie a sistemului le poate atinge. n figura 7.2 este reprezentat cazul cel mai simplu, n care o configuraie stabil (simetric) este nlocuti cu dou configuraii, stabile sau instabile.

n realitate, bifurcaii mult mai complicate pot s apar. n loc de dou, pot fi trei, patru sau un numr infinit de configuraii posibile care apar dintr-un punct de bifurcaie, iar bifurcaiile pot fi aranjate ntr-o cascad, n care dou sau mai multe ramuri apar din puncte de bifurcaie succesive, ce se obin pe msur ce parametrul de ordine se modific.

n orice caz, bifurcaiile apar mult mai repede dect modificrile ce au loc n parametrul de ordine, pn ce numrul de ramuri devine infinit. Acest lucru corespunde intrrii sistemului ntr-o stare (configuraie) haotic, n care el sare constant i impredictibil de la o ramur (configuraie) la alta.

Sistemul nu rmne, totui, mult timp ntr-o astfel de stare, ci, brusc, fr un motiv anume, el devine din nou ordonat. Totui, noua configuraie obinut dup parcurgerea zonei de haos difer de cea anterioar. Sistemul s-a auto-organizat.

Esenial este faptul c orice proces de auto-organizare necesit parcurgerea unui proces de bifurcaie urmat de un comportament haotic (rut ctre haos).

7.3 Emergena sistemelor adaptive complexe din economie

Conceptul de emergen are nc un sens echivoc n tiin. Uneori el este folosit ca o explicare a apariiei unor proprieti coerente globale n orice sistem care se compune din pri sau elemente avnd comportamente observabile la nivel local. Alteori el este utilizat pentru a denumi ceea ce nu poate fi explicat n comporamentul sau evoluia unui sistem. n tiinele Complexitii, emergena apare ca noiunea ce denumete noile proprieti coerente care nu sunt predictibile dac analizm proprietile izolate ale prilor unui sistem, proprieti ce apar atunci cnd abordm sistemul la nivel global.

Noutatea i coerena noilor proprieti sunt condiii eseniale pentru a recunoate emergena acestora ntr-un sistem adaptiv complex. n legtur cu acest aspect, se pun dou ntrebri eseniale, i anume:

- Cum se poate ca un nou lucru s apar, dac el nu poate fi prevzut din proprietile componentelor din care este constituit sistemul?; i

- Ce confer coeren unor proprieti decurgnd din comportamentul i funcionarea unui numr mare de pri, astfel nct acestea s se manifeste la nivelul ntregului sistem?

Emergena este direct legat de auto-organizare, ea manifestndu-se cu precdere n timpul sau ca o consecin a procesului de auto-organizare. Datorit acestui lucru, proprietile emergente sunt cele care determin auto-reglarea i meninerea coeziunii unui sistem auto-organizator n faa entropiei induse de aciunea mediului nconjurtor.

7.3.1 Tipurile principale de emergen

Searle (1992) distinge dou tipuri de emergen: ontologic i reprezentativ. Emergena ontologic permite explicarea modului n caere sistemele pot exista ntr-o lume dominat de cea de-a doua lege a termodinamicii i de o microfizic nchis cauzal. Emergena reprezentativ se refer la dezvoltarea teoriilor despre lucrurile pe care suntem n stare s le observm i s le explicm n lumea real.

Cariani (1991, pag. 776) adaug celor dou tipuri i emergena computaional, n care forme globale complexe pot s apar din interaciuni computaionale locale, deci modelnd procese similare celor care, n sistemele reale, pot produce proprietile emergente observate. De exemplu, n automatele celulare pot s apar forme complexe ca urmare a aplicrii unor reguli de calcul simple, echivalente interaciunilor locale din cadrul sistemelor reale.

Holland (1995, 1998) demonstreaz proprietile sistemelor adaptive complexe utiliznd automatele celulare i arat c agregarea i auto-mentenana sunt relevante pentru studiul emergenei n astfel de sisteme. Agregarea este definit ca o funcie ce depinde de ierarhia organizaional a sistemului, iar auto-mentenana presupune meninerea unei coerene continue a sistemului obinut n urma agregrii, n ciuda fluxurilor de resurse dintre prile agregate, precum i a apariiei i dispariiei unora dintre ele.

Cele dou proprieti emergente de mai sus apar frecvent n cazul sistemelor complexe din economie. Agregarea apare atunci cnd din subsisteme i componente de natur diferit aflate la nivel microeconomic, cum ar fi firme, gospodrii, bnci, piee de natur diferit etc. se formeaz un sistem macroeconomic. Acesta are proprieti i comportamente diferite de cele ale componentelor sale, oricare ar fi acestea. La fel, auto-mentenana este prezent n sistemul macroeconomic astfel obinut, ntruct coeziunea acestuia se pstreaz, dei ntre firme, gospodrii, bnci circul fluxuri de materiale, produse, for de munc, bani .a., fluxuri ale cror intensiti i direcii sunt determinate de piee. De asemenea, unele firme dau faliment, altele intr n economie (sunt nou nfiinate), unele gospodrii apar iar altele dispar, iar bncile sunt nfiinate i dau faliment fr ca coeziunea sistemului macroeconomic s fie afectat sau proprietile emergente ale acestuia s se schimbe.

7.3.2 Caracteristicile sistemelor emergente

Intuitiv, emergena poate fi cel mai bine neleas ca un salt care apare pe un nivel ierarhic al structurii organizaionale a unui sistem, salt ce determin ca subsistemele, prile i componentele aflate pe acel nivel s devin coerent organizate i s poat fi caracterizate ca fiind ceva nou, diferit de situaia iniial. Studiul emergenei presupune, n acest context, elucidarea cel puin a urmtoarelor probleme (Jones, 2002):

- cum se formeaz nivelele ierarhice noi ntr-un sistem pe baza unor componente aflate deja pe un anumit nivel ierarhic inferior;

- cum se pot stabili i descrie limitele care separ diferitele nivele ale unui sistem; i

- cum o mulime de pri componente poate s capete coeren pentru a forma nu nou nivel ierarhic.

Sistemele emergente pot fi definite ca acele sisteme adaptive complexe care:

a) produc noutate ncepnd cu un moment de timp iniial, cel al emergenei, noua structur format din constituenii unui sistem produce sau reprezint ceva nou, care nu exista n forma respectiv nainte de emergen.

b) sunt impredictibile noile proprieti sau comportamente obinute n urma emergenei nu puteau fi prevzute nainte ca emergena s aib loc.

c) asigur coeren, integritate obiectele i componentele sunt inute mpreun de interaciuni cauzale ce asigur unitatea lor organic, ceea ce face ca noua form organizaional aprut s acioneze coerent i s reziste la perturbaii interne i externe.

d) determin auto-mentenana (reziliena) noua form este stabil n raport cu variaiile mediului nconjurtor precum i cu modificrile ce au loc n propria structur intern.

e) sunt asimetric cauzale proprietile noi care sunt revelate n urma emergenei sunt determinate doar de jos n sus, fr s se observe apariia unor noi proprieti emergente de sus n jos.

Deci emergena reprezint, n ultim instan, o problem de organizare i, n consecin, taxonomia utilizat n descrierea relaiilor organizaionale este cea mai portivit pentru a descrie drumul unei mulimi de componente ale unui sistem ctre coeren i integritate, ceea ce le d posibilitatea n continuare s se comporte ca un ntreg.

7.4 Emergen i organizare

Organizarea prilor sau constituenilor unui sistem este rezultatul relaiilor care se creeaz ntre componentele lumii fizice (reale) sau virtuale. De exemplu, emergena sistemului macroeconomic se produce ca urmare a relaiilor materiale, energetice, informaionale, umane etc. care exist ntre subsistemele componente ale sistemului respectiv i ntre acestea i alte componente aflate n mediul nconjurtor. Proprietile emergente ale sistemelor simulate pe calculator (de exemplu, n cazul automatelor celulare) deriv din regulile stabilite ca existnd (virtuale) ntre componentele sistemelor respective.

Aadar, emergena depinde de aceste relaii reale sau virtuale care exist ntre prile componente ale unui sistem i de modul n care acestea induc o anumit ordine n sistem. Trebuie spus, ns, c ordinea indus n procesul de emergen difer de ordinea preexistent n sistemul emergent. Este necesar ca aceasst ordine s determine sau s impun apariia unui nou nivel ierarhic care s se comporte coerent n continuare i care s fie clar delimitat de vechea structur a sistemului respectiv. De asemenea, acest nou nivel trebuie s aib limite clar stabilite i s dezvolte regiuni de stabilitate n cadrul crora perturbaiile care afecteaz elementele sau limitele s nu duc la disoluia nivelului nou aprut.

Aceast stabilitate n integritate este cea care asigur sistemului condiiile de apariie a emergenei, altfel spus, o nou ordine la un nivel ierarhic superior.

Relaiile organizatoare care apar n procesul de emergen reprezint reele complexe de interdependene ntre prile sau componentele sistemului, mergnd de la relaiile care se stabilesc ntre entitile bio-chimice din cadrul unei celule i pn la raporturile complexe dintre indivizi din cadrul unei societi. Studiul unor astfel de reele sociale complexe, indiferent de locul n care apar i de natura lor fizic, poate duce la nelegerea mai profund a emergenei ca procesul fundamental prin care n natur, economie sau societate apar noi sisteme, avnd proprieti i comportamente distincte, ceea ce confer lumii n care trim infinita sa varietate i diversitate.

Mediu

Cauzalitate circular

Interaciuni locale

Structura global

Non - echilibru

Input

parametru

de ordine

bifurcaie

bifurcaie