La Ciencia de la Auto-organización y la Adaptación

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.

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Trabajo Original:
Francis Heylighen
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GLOSARIO:

Auto-organización: Emergencia espontánea de coherencia global a partir de las interacciones locales.

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.