Estigmergia

La estigmergia ( / ˈ s t ɪ ɡ m ər dʒ i / STIG-mər-jee ) es un mecanismo de coordinación indirecta , a través del entorno, entre agentes o acciones. ^{[ 1 ]} El principio es que la huella dejada en el entorno por una acción individual estimula la realización de una acción subsiguiente por el mismo agente o por uno diferente. Los agentes que responden a las huellas en el entorno reciben beneficios positivos en su aptitud, lo que refuerza la probabilidad de que estos comportamientos se fijen dentro de una población con el tiempo. ^{[ 2 ]}

La estigmergia es una forma de autoorganización . Produce estructuras complejas, aparentemente inteligentes, sin necesidad de planificación, control ni siquiera comunicación directa entre los agentes. De este modo, permite una colaboración eficiente entre agentes extremadamente simples, que pueden carecer de memoria o conciencia individual entre sí. ^{[ 1 ] [ 3 ]} Al transferir la memoria al entorno (como huellas estigmérgicas) y la computación a la interacción entre agentes y huellas, organismos notablemente simples realizan una cognición distribuida compleja. ^{[ 4 ]} Esta forma de cognición es muy anterior a las neuronas en la historia evolutiva. ^{[ 5 ]}

El término «estigmergia» fue introducido por el biólogo francés Pierre-Paul Grassé en 1959 para referirse al comportamiento de las termitas . Lo definió como « la estimulación de las obreras por el desempeño que han logrado». Proviene de las palabras griegas στίγμα stigma «marca, signo» y ἔργον ergon «trabajo, acción», y captura la noción de que las acciones de un agente dejan huellas en el entorno, huellas que tanto él como otros agentes perciben y que determinan e incitan sus acciones posteriores. ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}

Más adelante, se estableció una distinción entre el fenómeno estigmérgico, que es específico de la guía del trabajo adicional, y la incitación más general, no específica del trabajo, para la cual EO Wilson acuñó el término comunicación sematectónica [ 9 ^{] , a} partir de las palabras griegas σῆμα sema "signo, señal" y τέκτων tecton "artesano, constructor": "Es necesario un término más general, algo menos torpe, para denotar la evocación de cualquier forma de comportamiento o cambio fisiológico mediante las evidencias del trabajo realizado por otros animales, incluido el caso especial de la guía del trabajo adicional".

La estigmergia es ahora uno de los conceptos clave en el campo de la inteligencia de enjambre . ^{[ 10 ]}

La estigmergia se observó por primera vez en insectos sociales . Por ejemplo, las hormigas intercambian información depositando feromonas (el rastro) en su camino de regreso al nido cuando encuentran alimento. De esta manera, desarrollan colectivamente una compleja red de senderos que conecta el nido de forma eficiente con diversas fuentes de alimento. Cuando las hormigas salen del nido en busca de alimento, la feromona las estimula a seguir el rastro hacia la fuente de alimento. La red de senderos funciona como una memoria externa compartida para la colonia de hormigas. ^{[ 11 ]}

En informática, este método general se ha aplicado en diversas técnicas denominadas optimización por colonia de hormigas , que buscan soluciones a problemas complejos depositando "feromonas virtuales" a lo largo de rutas que parecen prometedoras. ^{[ 12 ]} En el campo de las redes neuronales artificiales , la estigmergia puede utilizarse como memoria computacional . Federico Galatolo demostró que una memoria estigmérgica puede alcanzar el mismo rendimiento que arquitecturas de redes neuronales más complejas y consolidadas, como LSTM . ^{[ 13 ] [ 14 ]}

Otras criaturas eusociales , como las termitas , utilizan feromonas para construir sus complejos nidos siguiendo un sencillo conjunto de reglas descentralizadas . Cada insecto recoge una bola de barro o material similar de su entorno, la impregna con feromonas y la deposita en el suelo, inicialmente en un lugar aleatorio. Sin embargo, las termitas se sienten atraídas por las feromonas de sus compañeras de nido y, por lo tanto, es más probable que dejen caer sus propias bolas de barro sobre las de sus vecinas. Cuanto mayor sea el montón de barro, más atractivo será y, por consiguiente, más barro se añadirá a él (retroalimentación positiva). Con el tiempo, esto conduce a la construcción de pilares, arcos, túneles y cámaras. ^{[ 15 ]}

Se ha observado estigmergia en bacterias , varias especies de las cuales se diferencian en distintos tipos de células y que participan en comportamientos grupales guiados por sofisticados sistemas de control temporal y espacial. ^{[ 16 ]} Ejemplos espectaculares de comportamiento multicelular se pueden encontrar entre las mixobacterias . Las mixobacterias viajan en enjambres que contienen muchas células mantenidas unidas por señales moleculares intercelulares . La mayoría de las mixobacterias son depredadoras: los individuos se benefician de la agregación ya que permite la acumulación de enzimas extracelulares que se utilizan para digerir microorganismos presa. Cuando los nutrientes son escasos, las células de mixobacterias se agregan en cuerpos fructíferos , dentro de los cuales las células enjambre se transforman en mixosporas latentes con paredes celulares gruesas. Se cree que el proceso de fructificación beneficia a las mixobacterias al asegurar que el crecimiento celular se reanude con un grupo (enjambre) de mixobacterias, en lugar de células aisladas. Ciclos de vida similares se han desarrollado entre los mohos mucilaginosos celulares . Las mixobacterias más conocidas, Myxococcus xanthus y Stigmatella aurantiaca , se estudian en varios laboratorios como modelos procariotas de desarrollo. ^{[ 17 ]}

La estigmergia , estudiada en criaturas eusociales y sistemas físicos, se ha propuesto como un modelo para analizar algunos sistemas robóticos , ^{[ 18 ]} sistemas multiagente , ^{[ 19 ]} comunicación en redes informáticas y comunidades en línea . ^{[ 20 ]}

En Internet existen muchos proyectos colectivos donde los usuarios interactúan únicamente modificando partes locales de su entorno virtual compartido. Wikipedia es un ejemplo de ello. ^{[ 21 ] [ 22 ]} La enorme estructura de información disponible en una wiki , ^{[ 23 ]} o en un proyecto de software de código abierto como el núcleo FreeBSD ^{[ 23 ]} podría compararse con un termitero ; un usuario inicial deja la semilla de una idea (una bola de barro) que atrae a otros usuarios que luego desarrollan y modifican este concepto inicial, construyendo finalmente una elaborada estructura de pensamientos conectados. ^{[ 24 ] [ 25 ]}

Además, el concepto de estigmergia también se ha utilizado para describir cómo se puede integrar el trabajo cooperativo, como el diseño de edificios. El diseño de un gran edificio contemporáneo implica una amplia y diversa red de actores (por ejemplo, arquitectos, ingenieros de edificación, ingenieros estructurales, ingenieros de instalaciones). Sus actividades distribuidas pueden integrarse parcialmente mediante prácticas de estigmergia. ^{[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]}

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