La Cien­cia de la Auto-organización y la Adaptación

La teoría de la auto-organización y la adaptación está surgiendo desde una var­iedad de dis­ci­plinas, que incluyen la ter­mod­inámica, cibernética y el mod­e­lamiento por com­puta­dora. El pre­sente artículo revisa sus más impor­tantes con­cep­tos y prin­ci­p­ios. Este comienza con una revisión intu­itiva, ilustrada con los ejem­p­los de mag­ne­ti­zación y con­vec­ción de Bénard, y con­cluye con las bases del mod­e­lamiento matemático. La auto-organización puede ser definida como la creación espon­tánea de patrones glob­al­mente coher­entes desde las inter­ac­ciones locales. Debido a su carác­ter dis­tribuido esta orga­ni­zación tiende a ser robusta, resistente a las per­tur­ba­ciones. La dinámica de los sis­temas auto-organizados es típi­ca­mente no lin­eal a causa de las rela­ciones cir­cu­lares o retroal­i­men­tadas entre sus com­po­nentes. Las retroal­i­menta­ciones pos­i­ti­vas lle­van a un crec­imiento explo­sivo el cual ter­mina cuando todos los com­po­nentes han sido absorbidos den­tro de una nueva con­fig­u­ración, dejando al sis­tema en un estado estable de retroal­i­mentación neg­a­tiva. Los sis­temas no lin­eales tienen en gen­eral muchos esta­dos esta­bles, y este número tiende a incre­men­tarse (bifur­carse) mien­tras un incre­mento de entrada de energía empuja al sis­tema más allá de su equi­lib­rio ter­mod­inámico. Para adap­tarse a los cam­bios del entorno el sis­tema nece­sita una var­iedad de esta­dos esta­bles que sean más que sufi­cientes para reac­cionar a todas las per­tur­ba­ciones, pero no tan­tas como para hacer su evolu­ción incon­tro­lable­mente caótica. Los esta­dos más ade­cua­dos son selec­ciona­dos de acuerdo a su per­ti­nen­cia, ya sea direc­ta­mente por el entorno o por los sub­sis­temas que tiene que adap­tarse al entorno en una fase pre­via. For­mal­mente el mecan­ismo básico sub­y­a­cente a la auto-organización es la variación (a menudo por­ta­dora de “ruido”) la cual explora difer­entes regiones en el espa­cio de esta­dos del sis­tema hasta que entre en un atrac­tor. Esto evita pos­te­ri­ores varia­ciones fuera del atrac­tor, esto es, restringe las posi­bil­i­dades de los com­po­nentes del sis­tema de com­por­tarse inde­pen­di­en­te­mente. Eso es equiv­a­lente al incre­mento de coheren­cia, o decre­mento de la entropía estadís­tica, que define la auto-organización.

Paper com­pleto
Tra­bajo Orig­i­nal:
Fran­cis Hey­lighen
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GLOSARIO:

Adaptación: Capaci­dad de un sis­tema para ajus­tarse a los cam­bios del entorno sin poner en peli­gro su orga­ni­zación esencial.

Entropía Estadís­tica: Medida matemática de la ausen­cia de restric­ciones o la falta de infor­ma­ción acerca del estado de un sis­tema, equiv­a­lente a la medida de la incer­tidum­bre de Shannon.

Entropía Ter­mod­inámica: Medida de la disi­pación de energía en calor. Equi­lib­rio Ter­mod­inámico: Estado estático de mín­ima energía donde no se pro­duce entropía.

Estado Esta­cionario: Estado que se car­ac­ter­iza por estar en activi­dad permanente.

Estruc­tura Disi­pa­tiva: Patrón orga­ni­zado de activi­dades sostenidas por la exportación de entropía de sis­temas lejos del equi­lib­rio.

Rollo de Bénard: Un tipo de estruc­tura disi­pa­tiva for­mada por con­vec­ción entre capas en un líquido calen­tado desde abajo.

Atrac­tor: Una región en el espa­cio de esta­dos en que un sis­tema puede entrar pero no salir.

Tamaño de cor­relación: La dis­tan­cia más larga sobre la cual los com­po­nentes de un sis­tema están correlacionados.

Bifur­cación: la ram­i­fi­cación de las solu­ciones esta­bles en los sis­temas de ecua­ciones que describen un sis­tema auto-organizado cuando el orden de parámet­ros crece.

Orden de parámet­ros: Una vari­able que describe la tran­si­ción entre los regímenes de orden y de desorden.

Límite del caos: Dominio de activi­dades dinámi­cas donde res­i­den por lo gen­eral los sis­temas adap­ta­tivos com­ple­jos, entre lo com­ple­ta­mente orde­nado, rég­i­men “con­ge­lado”, y lo com­ple­ta­mente des­or­de­nado, rég­i­men caótico.

Con­trol dis­tribuido: Lim­itación sobre toda la orga­ni­zación de un sis­tema que no está cen­tral­izada en un sub­sis­tema dis­tinto, sino que es real­izada colec­ti­va­mente por todos los componentes.

Condi­ciones de fron­tera: Los esta­dos del entorno en la fron­tera del sis­tema en la medida que estos influyen en la evolu­ción del sistema.