Emergence

Excelente documental de los fenomenos emergentes por la PBS (Public Broadcasting Corporation USA)

Robustness versus evolvability

La siguiente nota se extrae en parte del Articulo del HFSP Journal, titulado “Robustness versus evolvability: A paradigm revisited,” de autores Erich Bornberg-Bauer y Linus Kramer.

Este artículo trata de la relación que existe entre la "Evolucionabilidad" y la Robustez en los sistemas biologicos. Evolucionabilidad es la característica de muchos sistemas de biologicos de adaptarse a nuevos requerimeintos del medio ambiente. La Robustez aparentemente corresponde a una característica opuesta. Sin embargo, muchos sistemas biologicos presentan ambas características, lo que a sido fuente de muchos debates en las decadas pasadas. Un modelo publicado recientemente por Draghi et al. [Nature 463, 353–355 (2010)], de manera elegante evita complicaciones derivadas de observaciones de laboratorio de sistemas moleculares, al proponer una solución analítica, la que sorprendentemente, es independiente de los parametros escogidos. Dependiendo de la cantidad de mutaciones, y la cantidad de fenotipos accesibles para cualquier genotipo, la Evolucionabilidad y la Robuistez pueden reconciliarse.

Para ir al articulo (en ingles) presionen aca.

The following news item is taken in part from the June, 2010 issue of HFSP J titled “Robustness versus evolvability: A paradigm revisited,” by Erich Bornberg-Bauer and Linus Kramer.

Evolvability is the property of a biological system to quickly adapt to new requirements. Robustness seems to be the opposite. Nonetheless many biological systems display both properties–a puzzling observation, which has caused many debates over the last decades. A recently published model by Draghi et al. [Nature 463, 353–355 (2010)] elegantly circumvents complications of earlier in silico studies of molecular systems and provides an analytical solution, which is surprisingly independent from parameter choice. Depending on the mutation rate and the number of accessible phenotypes at any given genotype, evolvability and robustness can be reconciled.

A link to this article can be found at http://dx.doi.org/10.2976/1.3404403.

Dinamica de redes por estudio de muestras / Sample study of network dynamics

El estudio de redes por medio de teoría de grafos, por ejemplo, nos puede llevar a mejor entender la distribución de información a través de la red. Un caso muy particular es la dinámica en el contagio de enfermedades. Dependiendo del contacto que cada nodo tenga con otros nodos de la red, esto influirá directamente en el esparcimiento del contagio.

Sin embargo, configurar grafos de redes sociales no es un tema simple, dado que estas redes tienden a esparcirse muy rápidamente, y en un contexto social es muy raro el caso donde todos los contactos entre agentes estén restringidos a solo unos cientos de individuos. Cualquier estudio de distribución de contactos debe incluir varios miles de agentes para poder contener alguna información de valor.

Dentro de este contexto, existen estudios para intentar explicar dinamicas de contagio al tomar solo algunas muestras de la poblacion y estudiar sus relaciones de primer nivel.

Ver estudio (en ingles) aqui

The study of Networks through graph theory, for instance, can lead us to better understand the distribution of information within a network. A very particular case is the instance of contageous outbreaks. Depending on the contact each node has with other nodes, this will directly influence the contagious outbreak development.

However, making the graph distribution even of a very simple group is no easy task., since contacts tend to radiate very quickly, and it is a very rare instance where all possible contacts can be reduced to a few hhundred individuals. Any study on the distribution of contacts will include at least a few thousand individuals to deliver any meaningful information.

Within this context, there has been the development of studies to substantiate the possibility of making approximations to the dynamics of contageous outbreaks through the use of sample individuales and the study of only these individual's first tier contacts.
Access this study here

Complexity Theory and Organization Science

Complexity Theory and Organization Science

Curso: Modelacion de Sistemas Adaptativos Complejos a traves de Modelación por Agentes

La Universidad de Delft Ha generado un curso llamado SPM 955x - Agent Based Modeling of Complex Adaptive Systemspara el 2010, y ha compartido en linea sus apuntes y notas de clases.

Sintesis de los Sistemas Complejos

Este diagrama muestra de forma resumida los factores mas importantes que inlfuyen en la generación de comportamientos emergentes.
Elemento de Variacion en el ambiente, influye en generar las condiciones para la adpatabilidad de nuevas alternativas, acogiendo nuevas alternativas organicas.
Elemento de Escasez impulsa a la generacion de alternativas organicas para el uso mas eficiente de recursos o la explotacion de nichos de desarrollo.
Elemento de Redes posibilita la busqueda de estrategias distintas en atacar problemas de forma organizada
Elemento de Cooperacion contribuye con estrategias que no necesariamente explotan maximos locales sino que se atreven a explorar mas alla en la busqueda de maximos globales de eficiencia en uso de recursos.

Enjambres roboticos

Como seguimiento al blog publicado por mi el pasado (ver aqui), se presenta este video sobre tecnologias roboticas que estan haciendo uso de modelos sobre sistemas adaptativos complejos para oraganizar un enjambre de minirobots en la resolucion de problemas.
As a follow-up of my previos posts on the subject (see here) I present this video on robotic technologies making use of Complex Adaptive systems Models to organize a swarm of mini-robots in the search for possible solutions to complex problems.

El desarrollo como una emergencia sistemica

El concepto de desarrollo ha venido experimentando cambios y ajustes a medida que se le identifica como distinto, complementario y no circumscrito solo al crecimiento economico. Una de las definiciones que creo es bastante completa indica:

“(...)hoy el desarrollo es entendido como el logro de un contexto, medio, momentum, situación, entorno, o como quiera llamarse, que facilite la potenciación del ser humano para transformarse en persona humana, en su doble dimensión, biológica y espiritual, capaz, en esta última condición, de conocer y amar. Esto significa reubicar el concepto de desarrollo en un marco constructivista, subjetivo e intersubjetivo, valorativo o axiológico, y, por cierto, endógeno, o sea, directamente dependiente de la autoconfianza colectiva en la capacidad para ‘inventar’ recursos, movilizar los ya existentes y actuar en forma cooperativa y solidaria, desde el propio territorio (...)”

En el trabajo que se presenta aca, el autor plantea una hipótesis audaz que podría tener considerables impactos tanto en el pensamiento teórico como en la práctica del desarrollo territorial. Sostiene que el desarrollo territorial debe entenderse como una propiedad emergente, como una emergencia sistémica de un sistema territorial complejo y con elevada sinergía. Ésta es una propuesta completamente opuesta a la práctica corriente de políticas y planes de fomento del desarrollo a escala subnacional, implícitamente basada todavía en un enfoque tipo “incrementalismo disjunto” de Chalers E. Lindblom. Este enfoque indica cambios graduales, politica tambien se conoce como "Gradualismo" buscando un avance "evolucionario" (en el mal entendimiento de este término) mas que "revolucionario".

Si la hipótesis pasa los filtros metodológicos usuales, habría que reentrenar radicalmente a los responsables de estos procesos, familiarizándolos con la teoría de sistemas, con la sinapsis neuronal, con la sinergía, con la lógica difusa, con la irreversibilidad temporal, con el caos, etc., con todo lo que aparece detrás de las propiedades emergentes, y habría que reformular también de forma radical la estructura burocrática y el funcionamiento de los cuerpos políticos y técnicos que se desempeñan en el terreno. El desarrollo hay que reescribirlo en el marco del paradigma de la complejidad, y en un marco humanista y constructivista como el usado por el autor.

Interesante punto de vista y que abre el debate sobre cambios de paradigma necesarios para explorar otras alternativas a lo que ya se conoce, y como bien se sabe, no es lo que necesitamos.

Pueden acceder a este Paper, en castellano, aqui.

Juegos de Coevolucion - Paper

La existencia de cooperacion en grupos de individuos egoistas es aun deficientemente entendida, dado que aparentemente contradice la premisa de la seleccion natural. LOs juegos evolutivos posan un marco de referencia muy interesante para entender las sutilezas de la cooperacion en tales casos, conocidos como "dilemas sociales".

Avances recientes apuntan hacia el hecho que las estrategias evolutivas son insuficientes para explicar y aprovechar los beneficios entregados por el comportamiento cooperativo. De hecho, mientras la heterogeneidad y estructura especial han sido reconocidos como propotores de la cooperacion, reglas de coevolucion pueden extender el potencial de tales casos e incluso de forma mas importante, pueden asistir en entender el comportamiento emergente de estos.

La introduccion de reglas de coevolucion en juegos evolutivos impica que, ademas de las estrategias evolutivas, otra propiedad puede simultaneamente ser sujeto a evolucion. Reglas de coevolucion pueden afectar la interaccion de una red, las capacidades reproductvas de los participantes, su reputacion y mobilidad.

Este Paper hace una revision de trabajos recientes sobre juegos evolutivos y la incrporacion de reglas de coevolucion, como tambien da una descripcion de potenciales errores de aplicacion y errores conceptuales asociados a este tema. Adicionalemnte se sugieren direcciones de futura investigacion.

Accede a este Paper en Ingles aqui

Economia de Codigo Abierto

Yochai Benkler, profesor de derecho en la Universiad de Nueva York, comenta sobre el tema que lo ha apasionado desde hace ya varios años: la economia de codigo abierto y la forma como la sociedad ha cambiado bajo la influencia de nuevas capacidades de comunicacion y el rol que cada uno esta tomando en la generacion de conocimiento.

Coevolucion de Plantas y.... fuego?

La idea del fuego como una fuerza en el desarrollo de la naturaleza no es nuevo. Su poder de cambio (necesariamente destructivo) es algo que se conoce desde hace mucho, sin embargo no se ha desarrollado mucha investigacion entre la vegetación y el fuego que a veces parecen perseguir y facilitar.

Y es que el fuego despierta en nosotros una percepcion de caos, de destuccion y de materia organica carbonizada por su efecto. Sin embargo una vez que el fuego comienza, existen muchos factores que determinan su duracion, propagacion y potencia. El clima obviamente tiene un gran efecto, el viento lo asiste y la lluvia lo inhibe. Sien embargo existen factores de medio ambiente que inflyen de gran forma en su propagacion, incluyendo la cantidad de material combustible, y la inflamabilidad de este sustrato. Hojas aceitosas son mas combustibles y

Es mas, al analizar los bosques naturales donde ocurren incendios mas frecuentemente, los arboles tienen una corteza mas gruesa, existe mucho combustible suelto en el suelo (ramas y semillas), el algunos casos los arboles mantienen ramas secas a lo largo de su corteza, y sus semillas reaccinan solo frente al calor intenso de las llamas.

Existen por tanto algunos biologos evolutivos que plantean que estos bosques promueven los incendios a fin de

1.- Eliminar competencia : el fuego eliminará la vegetacion no preparada para el fuego

2.- Propagar su semilla y reproducirse.

Existe evidencia de que la vegetacion en areas con mayor incidencia de incendios es mas inflamable que aquella enb areas con menos ocurrencia de siniestros.

Auto Organizacion y Comportamiento Colectivo en Vertebrados - Paper

Existen propiedades comunes en muchos fenómenos naturales aparentemente no relacionados, y es que en grupos con interacción entre individuos, estos influencian el comportamiento de otros. Este paper explora como estas interacciones emergen y como se configuran los comportamientos colectivos resultantes.
La Teoría de la Auto organización plantea que comportamientos de grupo complejos se pueden coordinar con reglas relativamente simples, y este paper estudia ademas la influencia de distintos factores en la conformación de estas reglas, e.g. liderazgo o tamaño de grupo.

Este paper esta en ingles y lo puedes encontrar aqui.

Coevolucion de Sistemas Cooperativos - Paper

A traves de sistemas competitivos heterogeneso, asumiendo cooperacion interna y competencia No justa inter-sistema, este paper demuestra como la coevolucion de los parametros de este sistema (grado de competencia justa e injusta) depende de la provision externa de recursos. Este tipo de interaccion se encuentra en sistemas sociales, economicos, ecologicos y bioquimicos, y como un ejemplo, se considera el ejemplo de carteles vendedores de drogas.

El modelo consiste en una serie de unidades (individuos, maquinas, enzimas, etc.) agrupados en una serie de sistemas (organizaciones, fabricas, glyicosomas, etc.) cada uno compuesto por un numero fijo de unidades, y que pueden estar organizadas en tres configuraciones:
1.- Aislados (monomeros),
2.- Cooperando en parejas (dimeros), y
3.- Cooperando en grupos de a cuatro(tetrameros).

Las unidades involucradas en estas configuraciones cooperativas aumentan su habilidad al obtener recursos (clientes, materias primas, substarto, etc).

La disponibilidad de recursos puede ser alterada a traves de inhibidores. Cuando una unidad absorbe un inhibidor, su funcion se bloquea por un periodo de tiempo. Cuando la unidad pertenece a un dimero o tetramero, toda las otras unidades constituyentes tambien son bloqueadas como resultado de la absorcion de este inhibidor. Dos parametros caracterizan cada sistema: la fraccion de monomeros, y la produccion promedio de inhibidores por el sistema. Al usar algoritmos geneticos, observamos que la evolucion de los parametros del sistema mantiene sus valores promedio en el largo plazo para razones de abastecimiento latas y bajas, pero tiende a mostrar transiciones evolutivas globales cuando el abastecimiento de materias primas fluctua entre la abundancia y la escasez.

You can access this Paper here

Physics and Complexity

This paper is concerned with complex macroscopic behaviour arising in many-body systems through the combinations of competitive interactions and disorder, even with simple ingredients at the microscopic level. It attempts to indicate and illustrate the richness that has arisen, in conceptual understanding, in methodology and in application, across a large range of scientific disciplines, together with a hint of some of the further opportunities that remain to be tapped. In doing so it takes the perspective of physics and tries to show, albeit rather briefly, how physics has contributed and been stimulated.

Access this paper here

The secret, social lives of bacteria

This video above is called The secret, social lives of bacteria, by a very dynamic speaking and brilliant molecular biologist named Bonnie Bassler of Princeton.

Unless you need to study about bacteria in some way, this 18 minute talk is pretty much all you need to know about bacteria and their impact on us. However, this is not just basic fundamental Bacteria 101. It also has cutting edge science put in such basic terms we could all understand it and be amazed. So even if you did study bacteria, there is likely something you can still learn from this talk. They need to show this video in any introductory class having anything to do with bacteria!

The amazing parts about this talk show a simple but potent system in the way bacteria strategically work together, and how we can use that system to negate their potential harm to us rather than killing them with antibiotics. Bacteria have to strategically work together because they are so small it is only together that they can have any impact on us. Their communications system is a simple but brilliant system of determining how many bacteria are in some locale, and bacteria of each types around them, and if that is sufficient numbers to do something. So much for having no brains! We have brains and yet we couldn’t hope to organize ourselves so effectively most of the time!

The language of bacteria is also discussed, and what’s shocking is the molecules they use to send out and receive to detect their numbers and identities all have a common root. No exceptions! It’s like our languages stemming from a common family! This discovery then allows us to create similar molecules to fool the bacteria into not doing what we don’t want them to, without killing them like antibiotics does. The reason for this is because antibiotics, in killing the bacteria, allows the ones that survive to mutate and become stronger. We are facing a huge antibiotic resistance from bacteria right now due to our overuse of antibiotics. If we keep this up, we will not win this war.

However, if we just fool the bacteria by running interference with their communication systems, to the point they never know there are enough of themselves to attack, they won’t mutate nearly as quickly. And we can do this specifically for all kinds of bacteria because their language molecules are very simple to determine.

Mutual Aid: A Factor of Evolution - Kropotkin

This is a paper written by Peter Kropotkin in 1902, in the aftermath of the publication of Darwin's paper and within the context of the Russian revolution. Written partly in response to Social Darwinism and in particular to Thomas H. Huxley's Nineteenth Century essay, "The Struggle for Existence," Kropotkin's book drew on his experiences in scientific expeditions in Siberia to illustrate the phenomenon of cooperation. After examining the evidence of cooperation in nonhuman animals, "savages," "barbarians," in medieval cities, and in modern times, he concludes that cooperation and mutual aid are as important in the evolution of the species as competition and mutual strife , if not more so.
Click here to read or dwonload this work.

Cooperation Beats Selfishness, at Least in Theory

In these dark days, science brings a glimmer of hope: even in a world that rewards selfishness, cooperation can emerge and ultimately prevail.
That world happens to be a computer simulation, but I'll take good news anywhere I can get it.
"We report the sudden outbreak of predominant cooperation in a noisy world dominated by selfishness and defection," write Swiss Federal Institute of Technology sociologists Dirk Helbing and Wenjian Yu in a paper published Monday in the Proceedings of the National Academy of Sciences.
Helbing specializes in complex simulations of crowd behavior, from fans in a soccer stadium to traffic jams. But like other crowd modelers, he's been stuck on a basic conundrum, known best from the Prisoner's Dilemma: if cooperative behavior potentially provides the highest rewards, but selfishness is the safest and most sensible course of action, how can cooperation emerge?
The key, suggests Helbing's simulation, is mobility and imitation. When individuals are free to choose their associates and smart enough to imitate their success, cooperation emerges, then flourishes — and it doesn't take much to start the process. At each iteration in the simulation, just one in 20 units had a chance of abandoning selfishness, and the choice was usually punished.
"After a very long time, there will be two or three or four individuals in the same neighborhood who just happen to cooperate, just by chance," said Helbing. "It's a happy coincidence — and once there's a sufficiently large cluster, cooperators do quite well. Defectors start to copy the behavior of cooperative clusters. And cooperation can persist and spread."
In many ways, the Prisoner's Dilemma simulation is for game theorists what fruit flies are to biologists: a simple system in which basic principles can be uncovered, examined and hopefully extrapolated to people. It's just a model; a bit of mobility and imitation won't magically fix humanity's problems. But they might be important.
"The sheer fact of moving from one place to another might have been an important precondition for the emergence and spreading of cooperation" in human cultural evolution, said Helbing.
There might also be a lesson in Helbing's shifting red-and-blue dots for the cities of the future, where migratory populations often are often stuck in immigrant neighborhoods and denied social opportunities.
"We face a huge amount of migration worldwide, and it's expected on an even larger scale in decades to come," he said. "According to experience, it takes one or two generations for newcomers and their families to integrate fully. That's a very long time. We have to have more efficient integration."
Citation: "The outbreak of cooperation among success-driven individuals under noisy conditions." By Dirk Helbing and Wenjian Yu. Proceedings of the National Academy of Sciences, Vol. 106, No. 8, Feb. 23, 2009.

United We Stand: When Cooperation Butts Heads With Competition

Phrases such as "survival of the fittest" and "every man for himself" may seem to accentuate the presence of political and social competition in American culture; however, there obviously are similar instances of inter- and intra-group conflict across almost all known organisms. So what makes competition so prevalent for life and why does it sometimes seem to be preferred over cooperation?

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Cooperative Behavior Meshes With Evolutionary Theory

ScienceDaily (2009-04-07) -- One of the questions raised by evolutionary theory is how cooperative behavior, which benefits other members of a species at a cost to the individual, came to exist. If only the fittest survive, genes for a behavior that benefits everybody in a population should not last and cooperative behavior should die out. Now researchers have used game theory to understand one solution yeast use to get around this problem.

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Behavioural Economics - Stealing

In this Video, DAn Ariely examines what are the probable bases for stealing. According to his experiments, there are several factors influencing the likelihood that someone will cheat or steal: "Distance" from money, Ingroup/Outgroup cheating incentive, anonimity, etc.

Apparently the capability to cheating is something endemic and widespread, albeit the cheating is normally small.