В природе коллективное поведение часто рассматривается как один из ключевых факторов успеха для живых организмов, позволяющий бороться с вызовами окружающей среды эффективнее, чем поодиночке. Именно совместный интеллект, или коллективное познание, помогает группам координировать действия для выполнения сложных задач. Однако не все виды группового решения задач функционируют одинаково, и понимание этих различий приносит пользу не только в биологии, но и в области искусственного интеллекта и робототехники. В числе редких видов, способных эффективно работать сообща для решения пространственных задач, особенно выделяются муравьи и люди. Исследование, посвящённое сравнительному анализу коллективного решения геометрической головоломки у этих двух видов, позволило глубже проникнуть в механизмы взаимодействия и познания в группах.
Задача, поставленная перед участниками эксперимента, — так называемая головоломка «переносчики пианино». Она представляет собой маневрирование Т-образной конструкции через узкие и сложные проходы в специально сконструированной арене, ограниченной тремя основными камерами, связанными узкими щелями. Необходимо перевезти груз из начального положения в первой камере в конечную точку в третьей камере. Несмотря на простоту формулировки, такой тип задачи требует от участников точных пространственных оценок, координации, и в случае группы — умения договариваться. Экспериментальный дизайн учитывает масштаб проблемы относительно размеров участников.
Для муравьёв применялись маленькие и большие арены, которые увели за пределы личных возможностей одиночных муравьёв и заставляли группы работать совместно для маневра. Для людей предлагались аналоги этой головоломки, масштабированные под размеры участников: от индивидуальных игроков до больших групп численностью более двадцати человек. Интересно, что для моделирования условий коммуникации у людей были созданы две экспериментальные группы — одна с полноценным общением, позволяющая свободно говорить и жестикулировать, другая с сильно ограниченным общением, где участникам запрещалось говорить, а также были закрыты глаза и рот с помощью специальных масок и очков, что лишало их возможности невербального взаимодействия. У муравьёв коллективная работа заметно улучшала производительность. Большие группы муравьёв были значительно эффективнее освоения головоломки, чем одиночные особи или небольшие группы.
Это связано с тем, что индивидуальные муравьи, будучи крайне простыми в когнитивном плане, не способны самостоятельно постичь суть задачи. Их решающим преимуществом становится способность к саморегуляции и организации в группы, в которых распространяется короткосрочная коллективная память, продукт физических и поведенческих взаимодействий. Именно благодаря устойчивому и согласованному движению, группа муравьёв может настойчиво скользить вдоль препятствий, как бы «ощупывая» пространство, пока не найдёт проем для продвижения. Это поведение напоминает классический алгоритм решения лабиринтов с прикладыванием руки к стене, но в отличие от слепого следования стене, муравьи умеют выходить из потенциальных ловушек благодаря периодическому расцеплению и повторному началу движения в другой точке. В свою очередь, люди проявляли противоположную динамику.
Индивидуальные участники быстро осваивали задачу, применяя сложные пространственные представления и оптимальные стратегии — например, сообразительное мышление с ментальными поворотами и использованием долгосрочной памяти. Но при объединении в группы производительность либо оставалась на уровне лучших индивидуумов, либо снижалась, особенно при ограниченной коммуникации. Группы с невозможностью свободно общаться часто сходились к «жадному» решению — выбирали самые очевидные и простые манёвры, которые, однако, не всегда были оптимальными и порой приводили к тупиковым ситуациям. Причина такого отказа от индивидуальных стратегий — отсутствие способа эффективно обмениваться информацией и вырабатывать общий план, что приводит к формированию единого мнения на основе силы и локального восприятия, а не на основе вдумчивого анализа. Процесс принятия решения в человеческих группах при возможности общения существенно отличается.
Участники обсуждают варианты, аргументируют и вместе вырабатывают стратегию. Это позволяет им выбирать более сложные, но эффективные пути решения. При этом группы с общением демонстрируют схожую, хотя и чуть более стабильную по качеству, производительность с лучшими индивидуальными игроками, что говорит о проработанной системе коллективного выбора. Несмотря на это, вариативность индивидуальных решений в группе требует времени для достижения консенсуса, что делает процесс решения более длительным. Подобное сравнение заставляет задуматься о фундаментальных различиях в когнитивных и социальных механизмах человека и муравья.
Муравьи, являясь существами с простейшими когнитивными функциями, компенсируют это за счет жёстко заданных правил взаимодействия и постоянства в коммуникации посредством сил, передаваемых через груз. Такой простой и единообразный подход облегчает согласованное поведение и масштабирование коллективных способностей по мере увеличения численности группы. Напротив, люди обладают широчайшим спектром когнитивных способностей индивидуально, включая сложные абстрактные рассуждения, память, воображение, что позволяет им решать задачи быстрее поодиночке, но при объединении создает сложности из-за различий в восприятии, предпочтениях и стратегиях. Для преодоления этих трудностей необходимы сложные коммуникационные навыки и механизм формирования консенсуса, которые не всегда работают идеально. Для муравьёв их коллективная память существует в виде упорядоченного состояния в направленном движении и силе взаимодействия группы, а не в форме высокоуровневой когнитивной обработки.
Это короткосрочное хранилище информации позволяет группе реализовать эффективные поисковые алгоритмы, основанные на физической локализации и ограниченной информации, обводя препятствия с сохранением направления. Их «простой» интеллект неспособен адекватно представить глобальную картину задачи, но благодаря коллективному поведению они могут эффективно справляться с вызовами в сложных геометрических условиях. Человеческие группы же стоят перед выбором: либо полагаться на индивидуальные способности с риском разногласий и отсутствием согласованности, либо формировать коммуникационные процессы, требующие времени, получая взамен улучшенные совместные решения. При ограничении коммуникации они вынуждены подчиняться силе большинства, что негативно сказывается на результате. Таким образом, простой коллективный интеллект муравьёв обеспечивает масштабируемость и стабильность, в то время как у людей продвинутый индивидуальный интеллект требует более тонкой коммуникации для успешного коллективного действия.
Исследование демонстрирует два эволюционных пути развития коллективного интеллекта: один, где простота отдельных членов приводит к эффективной кооперации за счёт жёстких правил и механических коммуникаций; второй, где индивидуальная когнитивная сложность требует развитых коммуникативных структур для успеха коллектива. Эти выводы не только расширяют знания о природе коллективного поведения в разных таксонах, но и могут послужить основой для разработки улучшенных алгоритмов коллективного поведения в робототехнических системах и других областях искусственного интеллекта, где баланс между индивидуальной сложностью и групповым взаимодействием крайне важен. В результате сравнения решения одной и той же геометрической головоломки человек и муравьёв показывают, что политика взаимодействия и особенности коммуникации играют решающую роль в коллективном результате. Муравьи строят успешные стратегии на простых правилах и физических сигналах, позволяющих масштабировать коллективный интеллект. Люди же, имея богатый интеллектуальный инструментарий, могут как эффективно сотрудничать, так и сталкиваться с уникальными проблемами коллективной работы, обусловленными вариативностью индивидуального мышления и необходимостью достижения консенсуса.
Эти наблюдения углубляют понимание взаимодействия между когнитивной сложностью на индивидуальном уровне и эффективностью коллективной работы, открывая новые перспективы для междисциплинарных исследований.
