TED日本語 - ヘザー・バーネット: 準知的粘菌が人類に教えてくれること

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TED日本語 - ヘザー・バーネット: 準知的粘菌が人類に教えてくれること

TED Talks

準知的粘菌が人類に教えてくれること
What humans can learn from semi-intelligent slime
ヘザー・バーネット
Heather Barnett

内容

涼しく湿気った所に生息する真核性微生物であるモジホコリ。その生物学的デザインと自己組織的システムに触発され、アーティストであるヘザー・バーネットはモジホコリとの共同制作に取り組んでいます。この準知的粘菌から我々が学べることとは何か?このトークを聞いて確かめてください。

Script

I'd like to introduce you to an organism: a slime mold, Physarum polycephalum. It's a mold with an identity crisis, because it's not a mold, so let's get that straight to start with. It is one of 700 known slime molds belonging to the kingdom of the amoeba. It is a single-celled organism, a cell, that joins together with other cells to form a mass super-cell to maximize its resources. So within a slime mold you might find thousands or millions of nuclei, all sharing a cell wall, all operating as one entity. In its natural habitat, you might find the slime mold foraging in woodlands, eating rotting vegetation, but you might equally find it in research laboratories, classrooms, and even artists' studios.

I first came across the slime mold about five years ago. A microbiologist friend of mine gave me a petri dish with a little yellow blob in it and told me to go home and play with it. The only instructions I was given, that it likes it dark and damp and its favorite food is porridge oats. I'm an artist who's worked for many years with biology, with scientific processes, so living material is not uncommon for me. I've worked with plants, bacteria, cuttlefish, fruit flies. So I was keen to get my new collaborator home to see what it could do. So I took it home and I watched. I fed it a varied diet. I observed as it networked. It formed a connection between food sources. I watched it leave a trail behind it, indicating where it had been. And I noticed that when it was fed up with one petri dish, it would escape and find a better home.

I captured my observations through time-lapse photography. Slime mold grows at about one centimeter an hour, so it's not really ideal for live viewing unless there's some form of really extreme meditation, but through the time lapse, I could observe some really interesting behaviors. For instance, having fed on a nice pile of oats, the slime mold goes off to explore new territories in different directions simultaneously. When it meets itself, it knows it's already there, it recognizes it's there, and instead retreats back and grows in other directions. I was quite impressed by this feat, at how what was essentially just a bag of cellular slime could somehow map its territory, know itself, and move with seeming intention.

I found countless scientific studies, research papers, journal articles, all citing incredible work with this one organism, and I'm going to share a few of those with you. For example, a team in Hokkaido University in Japan filled a maze with slime mold. It joined together and formed a mass cell. They introduced food at two points, oats of course, and it formed a connection between the food. It retracted from empty areas and dead ends. There are four possible routes through this maze, yet time and time again, the slime mold established the shortest and the most efficient route. Quite clever. The conclusion from their experiment was that the slime mold had a primitive form of intelligence. Another study exposed cold air at regular intervals to the slime mold. It didn't like it. It doesn't like it cold. It doesn't like it dry. They did this at repeat intervals, and each time, the slime mold slowed down its growth in response. However, at the next interval, the researchers didn't put the cold air on, yet the slime mold slowed down in anticipation of it happening. It somehow knew that it was about the time for the cold air that it didn't like. The conclusion from their experiment was that the slime mold was able to learn. A third experiment: the slime mold was invited to explore a territory covered in oats. It fans out in a branching pattern. As it goes, each food node it finds, it forms a network, a connection to, and keeps foraging. After 26 hours, it established quite a firm network between the different oats. Now there's nothing remarkable in this until you learn that the center oat that it started from represents the city of Tokyo, and the surrounding oats are suburban railway stations. The slime mold had replicated the Tokyo transport network -- (Laughter) -- a complex system developed over time by community dwellings, civil engineering, urban planning. What had taken us well over 100 years took the slime mold just over a day. The conclusion from their experiment was that the slime mold can form efficient networks and solve the traveling salesman problem.

It is a biological computer. As such, it has been mathematically modeled, algorithmically analyzed. It's been sonified, replicated, simulated. World over, teams of researchers are decoding its biological principles to understand its computational rules and applying that learning to the fields of electronics, programming and robotics.

So the question is, how does this thing work? It doesn't have a central nervous system. It doesn't have a brain, yet it can perform behaviors that we associate with brain function. It can learn, it can remember, it can solve problems, it can make decisions. So where does that intelligence lie? So this is a microscopy, a video I shot, and it's about 100 times magnification, sped up about 20 times, and inside the slime mold, there is a rhythmic pulsing flow, a vein-like structure carrying cellular material, nutrients and chemical information through the cell, streaming first in one direction and then back in another. And it is this continuous, synchronous oscillation within the cell that allows it to form quite a complex understanding of its environment, but without any large-scale control center. This is where its intelligence lies.

So it's not just academic researchers in universities that are interested in this organism. A few years ago, I set up SliMoCo, the Slime Mould Collective. It's an online, open, democratic network for slime mold researchers and enthusiasts to share knowledge and experimentation across disciplinary divides and across academic divides. The Slime Mould Collective membership is self-selecting. People have found the collective as the slime mold finds the oats. And it comprises of scientists and computer scientists and researchers but also artists like me, architects, designers, writers, activists, you name it. It's a very interesting, eclectic membership. Just a few examples: an artist who paints with fluorescent Physarum; a collaborative team who are combining biological and electronic design with 3D printing technologies in a workshop; another artist who is using the slime mold as a way of engaging a community to map their area. Here, the slime mold is being used directly as a biological tool, but metaphorically as a symbol for ways of talking about social cohesion, communication and cooperation. Other public engagement activities, I run lots of slime mold workshops, a creative way of engaging with the organism. So people are invited to come and learn about what amazing things it can do, and they design their own petri dish experiment, an environment for the slime mold to navigate so they can test its properties. Everybody takes home a new pet and is invited to post their results on the Slime Mould Collective. And the collective has enabled me to form collaborations with a whole array of interesting people. I've been working with filmmakers on a feature-length slime mold documentary, and I stress feature-length, which is in the final stages of edit and will be hitting your cinema screens very soon. (Laughter)

It's also enabled me to conduct what I think is the world's first human slime mold experiment. This is part of an exhibition in Rotterdam last year. We invited people to become slime mold for half an hour. So we essentially tied people together so they were a giant cell, and invited them to follow slime mold rules. You have to communicate through oscillations, no speaking. You have to operate as one entity,one mass cell, no egos, and the motivation for moving and then exploring the environment is in search of food. So a chaotic shuffle ensued as this bunch of strangers tied together with yellow ropes wearing "Being Slime Mold" t-shirts wandered through the museum park. When they met trees, they had to reshape their connections and reform as a mass cell through not speaking. This is a ludicrous experiment in many, many ways. This isn't hypothesis-driven. We're not trying to prove, demonstrate anything. But what it did provide us was a way of engaging a broad section of the public with ideas of intelligence, agency, autonomy, and provide a playful platform for discussions about the things that ensued. One of the most exciting things about this experiment was the conversation that happened afterwards. An entirely spontaneous symposium happened in the park. People talked about the human psychology, of how difficult it was to let go of their individual personalities and egos. Other people talked about bacterial communication. Each person brought in their own individual interpretation, and our conclusion from this experiment was that the people of Rotterdam were highly cooperative, especially when given beer. We didn't just give them oats. We gave them beer as well.

But they weren't as efficient as the slime mold, and the slime mold, for me, is a fascinating subject matter. It's biologically fascinating, it's computationally interesting, but it's also a symbol, a way of engaging with ideas of community, collective behavior, cooperation. A lot of my work draws on the scientific research, so this pays homage to the maze experiment but in a different way. And the slime mold is also my working material. It's a coproducer of photographs, prints, animations, participatory events. Whilst the slime mold doesn't choose to work with me, exactly, it is a collaboration of sorts. I can predict certain behaviors by understanding how it operates, but I can't control it. The slime mold has the final say in the creative process. And after all, it has its own internal aesthetics. These branching patterns that we see we see across all forms, scales of nature, from river deltas to lightning strikes, from our own blood vessels to neural networks. There's clearly significant rules at play in this simple yet complex organism, and no matter what our disciplinary perspective or our mode of inquiry, there's a great deal that we can learn from observing and engaging with this beautiful, brainless blob.

I give you Physarum polycephalum.

Thank you.

(Applause)

皆さんにある生物を紹介したいと思います モジホコリという粘菌です 自己認識が崩壊した糸状菌です 糸状菌ではないからです まずはこの点から説明しましょう これはアメーバ界に属する 700 もの既知の粘菌の一つです 単細胞生物であり 資源を最大化できるよう 他の細胞とくっつき 巨大なスーパーセルになります 従って粘菌一株につき 数千ないし数百万の核を持ち その全てが細胞壁を共有し 一つの個体として活動します 自然の生態系では 森の中で腐敗した草木を 食べている粘菌が見られるでしょう また同様に 研究者の実験室 教室や芸術家のスタジオでも見られます

私が初めて粘菌を知ったのは 5 年前です 微生物学者の友人が 黄色い小塊が入ったペトリ皿を渡し 持ち帰って遊んでみろと言うのです その時教えられたのは それが暗がりと湿気を好み 好物がポリッジオーツだということだけでした 私は長年生物学 そして科学的手法を 扱ってきたアーティストなので 生きた素材には慣れっこでした これまで植物 細菌 コウイカ ショウジョウバエを扱ったことがあります ですので新たな協力者で何ができるか 楽しみに家に帰りました 持ち帰り 観察しました いろいろな食べ物を与えました それがネットワークを作るのを見ました 食べ物と食べ物の間にコネクションを形成しました それがどこを通ったのか 痕跡を残しているのを見ました また 粘菌は今のペトリ皿が嫌になると ましな住み処を求めて脱出することを知りました

観察経過を 微速度撮影で記録しました 粘菌は毎時約 1cm 成長するため リアルタイムでの観察には向いていません 凄い瞑想か何かすれば別ですが とにかく 微速度撮影を通じて とても興味深い行動を観察できました 例えば美味しいオーツを 一山 平らげると 粘菌は新たなテリトリーの探索に 同時に別々の方向へ拡がります そして自身と合流すると 自分が既にそこにいることを知り 存在を認識し 来た道を戻るのではなく 更に他の道へ拡がります この芸当にはかなり感激しました 根本的にただの粘液細胞の塊が どうやって自身のテリトリーを把握し 意思があるように動けるのでしょうか

私はこの生物に関する 素晴らしい性質を取り上げた 数多くの研究 論文 記事を見つけました いくつか皆さんに紹介していきます 例えば日本の北海道大学のチームでは 迷路を粘菌でいっぱいにしました 粘菌は結合して一つの大きな細胞になりました チームは2 ヶ所に食べ物を置きます もちろんオーツです すると粘菌はその 2 点の間に コネクションを作ります 何もない所や行き止まりからは退散します 4 つの経路がある迷路ですが 何度繰り返しても 粘菌は最も短く 効率の良い経路を形成します なかなか賢いですね このチームは実験の結果から 粘菌は原始的な知能を持っていると結論付けました 別の実験では 粘菌を一定間隔で冷気に曝しました 粘菌は冷気を嫌がります 乾燥を嫌がります 一定間隔で冷気に曝すと それに応じて粘菌は毎回 成長を遅めました ところが その次の試行では 実験者は冷気を与えませんでしたが 粘菌の動きは冷気に備えて ゆっくりになりました 粘菌はどのようにしてか 嫌いな冷気が 来る頃だと分かっていたのです この実験の結論は 粘菌は学習できるということでした 3 つ目の実験です 粘菌にオーツで埋め尽くされた場所を 探索させました 粘菌は枝状に拡がります 拡がって食べ物を見つける度に ネットワークを形成しながら 拡がり続けます 26 時間後 粘菌は あちこちのオーツ間で かなりしっかりしたネットワークを形成しました それだけなら何も驚くことはありませんが 実はスタート地点である中央のオーツは 東京の都市を表しており 周りのオーツは近郊の駅を表していました 粘菌は東京の 交通網を再現したのです (笑) 住宅建築 土木工学 都市計画によって 時を経て作り上げられたものを再現したのです 私たちが優に百年以上かけたものを 粘菌はほんの一日強で作りました この実験の結論は 粘菌は 効率の良いネットワークを形成することができ 巡回セールスマン問題を解けるということです

生体コンピュータなのです そうして 粘菌は数学モデル化され アルゴリズム解析されました 音波処理 複製 シミュレートされました 世界中の研究チームが 粘菌の演算ルールを理解しようと その機能をデコードし そこから得たものを電子工学 プログラミング ロボット工学の分野で活かしています

問題はこうです 粘菌はどうやって機能しているのか? 粘菌は中枢神経系を持ちません 脳もありません それなのに私たちが 脳で実現していることをやってのけます 学習でき 記憶でき 問題が解けて 判断ができる この知性はどこに宿っているのでしょうか? こちらは私が録画した 100 倍拡大 20 倍速の顕微鏡画像です 粘菌の内部は 律動的な信号の流れがあり 血管のような構造が 細胞形成成分 栄養 化学情報を 細胞内で運んでいます まずは一方向に それから逆方向にです そして細胞内の この連続的 同期発振こそが 巨大な中央制御装置抜きに 環境の複雑な把握を可能としているのです ここに粘菌の知性が宿っています

この生物に興味を持っているのは 大学の研究者だけではありません 数年前 私は SliMoCo という 粘菌会を立ち上げました 粘菌学者やファンのための オープンで民主的なオンラインネットワークで 所属や分野を越えて 知識や実験法を 共有する場です 会員権は自己選抜的です 粘菌がオーツを見つけるように 人々はこの会を見つけます 会員には科学者 コンピュータ学者や研究者もいますが 私のようなアーティストや 建築家 デザイナー 作家 活動家 何でもいます とても面白い 良いとこ取りな会員です 少し例を挙げます 光るモジホコリカビで絵を描くアーティストや ワークショップで 3D プリントのテクノロジーを使って 生物学と電子工学のデザインを組み合わせる コラボチームや 粘菌を使って コミュニティの領域を マッピングするアーティストもいます 粘菌は直接的には 生物学的な道具として用いられていますが 団結力 コミュニケーション 協力を 表現するシンボルとしても 使われます その他の公共活動として 粘菌と創造的に関わる 多くの粘菌ワークショップを開いています 人々を招待して粘菌が どんなに凄いことをできるのかを学び その特性を調べられるよう 粘菌に探索させるための 皆さんそれぞれの実験場をデザインします 皆 新たなペットを持ち帰ります そして実験の結果は粘菌会に 投稿してもらうよう奨めています 粘菌会によって私は 様々な分野の面白い人々と コラボできるようになりました これまでに映像作家と 長編の粘菌ドキュメンタリーを作ってました 聞き間違いではありません 長編です これは今 編集の最終段階にあり 近い内にスクリーンで上映されます (笑)

また 粘菌会のお陰で私が思うに世界初の 人間粘菌実験を実施できました 昨年のロッテルダムでの展示会の一部です 来場者に 30 分間 粘菌になってもらいました 基本的に皆さんを繋いで 一つの巨大な細胞に見立てて 粘菌のルールで動いてもらいました 参加者は振動で意志疎通しなくてはなりません 言葉は無しです 一つの個体 一つの巨大な細胞として 自我抜きに動きます 動いて 周囲を探索する目的は 食べ物の発見です そうして園内を「粘菌中」Tシャツを着て 黄色いロープで繋がれた 大勢の参加者がうろつきます 木にぶつかったら言葉は使わずに 繋がりを変えて 再形成しなくてはなりません これはいろんな意味でおかしな実験です 仮説があったわけではありません 証明や実現しようとしていたこともありません ただこの実験を通して 知性 仲介 自律性によって 広く公衆を参加させることや そこから判明したことを議論できる 遊び心溢れた場の 作り方が分かりました この実験の 最も興奮する所は その後の会話にあります 完全に自発的なシンポジウムが開かれました 個別の人格や自我を 手放すのがどんなに難しいかという 人間の心理について話していました 細菌のコミュニケーションについての話もありました 各人がそれぞれの 解釈を披露しました そしてこの実験の私たちの結論は ロッテルダムの方々はとても協力的だということです 特にビールが振る舞われればです オーツだけではありません ビールも振る舞ったのです

ただ皆さん 粘菌ほど燃費はよくありませんでした そして私にとって粘菌は 魅力的な対象です 生物学的に魅力的ですし 計算処理的に魅力的です また同時に粘菌は コミュニティ 集合的行動 協力といったことを 扱うためのシンボルでもあります 私の作品の多くは科学研究を利用しており これは形は違うものの 迷路実験をオマージュしています また粘菌は私の仕事道具です 写真 印刷物 アニメーション 参加型イベントの 共同制作者です 粘菌は 正確には私との 共同作業を選択はしていませんが ある意味でコラボです 私は粘菌の仕組みを理解することで 特定の行動を予測できますが 制御はできません 創造の過程の中で粘菌が 最終的な決定権を持っています 結局 粘菌は自身の審美眼に従うのです 私たちが目にする枝状のパターンは 三角州から雷 血管から神経網と 自然界のあらゆるスケールと形で見られます この単純ながらも複雑な生命には 明らかに重要な法則が働いています そしてどのような学問や問題であっても この美しく 脳を持たない小塊を 探求し 利用することから学べることは 膨大にあります

モジホコリを称えましょう

ありがとうございました

(拍手)

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品詞分類

  • 主語
  • 動詞
  • 助動詞
  • 準動詞
  • 関係詞等

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