سری به دنیای سیبرنتیک: چگونه سیبرنتیک به شناخت دقیق‌تر مغز کمک می‌کند؟
مصاحبه با پوریا آزادی، پژوهشگر جوان حوزه سیبرنتیک
سیبرنتیک چیست؟
واژه سیبرنتیک ریشه‌ای یونانی دارد و از کلمه κυβερνήτης (کوبرنتس)، به معنای سکاندار کشتی، گرفته شده است. در یونان باستان، سکاندار مسئول هدایت و کنترل کشتی بود. این مفهوم الهام‌بخش نام‌گذاری شاخه‌ای از علم شد که به مطالعه کنترل و ارتباطات در سیستم‌های زنده و غیرزنده می‌پردازد. سیبرنتیک در اواخر دهه ۱۹۴۰ میلادی به‌عنوان یک رشته علمی شکل گرفت و به دلیل ارتباطش با هدایت، تنظیم، و کنترل سیستم‌ها این نام برای آن انتخاب شد.
معرفی پوریا آزادی: چرا سیبرنتیک؟
پوریا آزادی، ۲۸ ساله، دانش‌آموخته رشته سیستم‌های الکترونیک دیجیتال است. او در این مصاحبه از مسیر خود می‌گوید: «آشنایی من با سیبرنتیک به دوره ارشد برمی‌گردد. ابتدا با سیستم‌های پیچیده آشنا شدم و سپس به سیبرنتیک رسیدم. مباحث سیبرنتیک با رشته‌ام اشتراکات زیادی داشت، مثلاً درس مهندسی کنترل که ادامه پیشرفته‌تری از آن در سیبرنتیک یافتم.»
او ادامه می‌دهد: «در دوره ارشد، با موضوعاتی مثل پردازش تکاملی و شبکه‌های عصبی مواجه شدم که مسیر جدیدی برایم باز کرد. یکی از کارهای اولیه‌ام، مدل‌سازی سیر تحول فناوری با الهام از سیستم‌های تکاملی بود. سپس به سراغ طراحی سیستمی برای آهنگسازی خودکار رفتم که معیار داوری درونی داشته باشد. این پرسش من را به سمت مطالعه حیات و علوم اعصاب سوق داد.»
تاریخچه سیبرنتیک
سیبرنتیک به‌عنوان یک جریان بین‌رشته‌ای از اوایل دهه ۱۹۴۰ آغاز شد. این جریان در جنگ جهانی دوم دچار وقفه شد، اما تا دهه ۱۹۵۰ رشد خود را ادامه داد. پوریا توضیح می‌دهد: «یکی از پرسش‌های اصلی سیبرنتیک، چگونگی دستیابی سیستم‌های طبیعی به نظم خودسازمان‌ده بود. اینکه چگونه اجزای یک سیستم بدون کنترلگر بیرونی، تعامل منظمی پیدا می‌کنند و رفتارشان را بهینه می‌کنند؟»
افرادی مانند نوربرت وینر (پدر سیبرنتیک)، وارن مک‌کالاک (بنیان‌گذار شبکه‌های عصبی)، کلود شانون، فون نویمان، و مارگارت مید در شکل‌گیری سیبرنتیک نقش داشتند. این گروه به دنبال چارچوبی برای سیستم‌های پیچیده بودند. همزمان، در آلمان، هرمان اشمیت نظریه عمومی کنترل را مطرح کرد که به سیبرنتیک شباهت داشت.
امروزه، سیبرنتیک کمتر به‌عنوان یک رشته مستقل مطرح است و بیشتر در حوزه‌هایی مانند هوش مصنوعی، نظریه سیستم‌ها، و علوم اعصاب ادامه حیات می‌دهد.
استقلال زیست‌شناسی و سیبرنتیک
پوریا درباره استقلال زیست‌شناسی می‌گوید: «وقتی می‌گوییم زیست‌شناسی به فیزیک و شیمی فروکاستنی نیست، منظورمان این نیست که قوانین فیزیک و شیمی را نادیده می‌گیریم. بحث ما در سطح معرفت‌شناسی است. فروکاست‌گرایی معتقد است که با تجزیه یک کل به اجزا، می‌توان آن را توضیح داد. اما سیبرنتیک نشان داد که سیستم‌های زنده را باید به‌صورت کل‌های منسجم بررسی کرد.»
او ادامه می‌دهد: «سیبرنتیک با احیای مفاهیمی مانند علت صوری (ساختار سیستم) و علت غایی (هدف سیستم)، زیست‌شناسی را به یک علم خودبنیاد تبدیل کرد. این رویکرد به ما کمک کرد تا پرسش‌های چرایی را در زیست‌شناسی مطرح کنیم.»
تعریف سیبرنتیک
پوریا سیبرنتیک را این‌گونه تعریف می‌کند: «سیبرنتیک علمی است برای مطالعه کنترل و ارتباطات در سیستم‌ها. این علم بررسی می‌کند که چگونه سیستم‌ها هدف درونی تعریف می‌کنند، چگونه رفتارشان را با این هدف هم‌راستا می‌کنند، و چگونه اجزای سیستم با هم تعامل می‌کنند.»
مفاهیمی مانند خودسازمان‌دهی، خودارجاعی، و خودپایدارسازی از سیبرنتیک سرچشمه گرفته‌اند و در علوم طبیعی نفوذ کرده‌اند.
سیبرنتیک و علوم اعصاب
سیبرنتیک تأثیر عمیقی بر علوم اعصاب داشته است. پوریا می‌گوید: «ایده پردازش اطلاعات در علوم اعصاب و این تفکر که کل فراتر از مجموع اجزاست، از سیبرنتیک ریشه گرفته است. اگرچه سیبرنتیک به‌عنوان یک رشته مستقل در حال افول است، اما در حوزه‌هایی مانند هوش مصنوعی و علوم پیچیدگی ادامه دارد.»
کاربرد سیبرنتیک در سیستم‌های زیستی
پوریا توضیح می‌دهد: «بسیاری از رویکردهای کنونی در علوم زیستی، مانند مدل‌سازی دستگاه عصبی به‌صورت شبکه، از سیبرنتیک سرچشمه گرفته‌اند. برای مثال، مفهوم بحرانیت (criticality) در مطالعه سیستم‌های زیستی کاربرد دارد. بحرانیت به نقاطی در فضای حالت سیستم اشاره دارد که در لبه دو فاز قرار دارند و تغییر فاز در آن‌ها رخ می‌دهد.»
او ادامه می‌دهد: «حیات را می‌توان به‌عنوان یک گذار فاز دید. سیستم‌های زنده باید انعطاف‌پذیری و ثبات را به‌طور همزمان داشته باشند. این ویژگی در مرز بین حالت آشوبناک و نوسانی، یعنی در رژیم بحرانیت خودسازمان‌ده، دیده می‌شود.»
فیزیک آماری و ذرات فعال
پوریا درباره پژوهش‌های خود می‌گوید: «در فیزیک آماری، ما دینامیک انرژی در ذرات فعال را بررسی می‌کنیم. برخلاف ذرات غیرفعال (مثل جوهر در آب که به سمت انتروپی حداکثر می‌رود)، ذرات فعال دارای دینامیک درونی هستند که حرکتشان را سازماندهی می‌کند. مثلاً یک باکتری بر اساس شیب غلظت ماده‌ای در محیط حرکت می‌کند.»
او اضافه می‌کند: «این رفتار در سطح میانی، بین دنیای کوانتومی و ماکروسکوپی، دیده می‌شود و با دینامیک آماری توضیح داده می‌شود.»
مزیت رویکرد سیبرنتیک
پوریا می‌گوید: «محاسبات زاده سیبرنتیک است. کل还不
کلود شانون مفهوم اطلاعات و فون نویمان مفهوم محاسبه را صورت‌بندی کردند. طبیعت بیشتر شبیه معماری غیرفون‌نویمانی عمل می‌کند، جایی که پردازش و ذخیره‌سازی اطلاعات به‌صورت همزمان انجام می‌شود.»
کاربردهای عملی سیبرنتیک
پوریا اشاره می‌کند: «نوربرت وینر در توسعه رادارهای دقیق برای ارتش آمریکا نقش داشت. این فناوری‌ها شبیه سیستم‌های زنده هستند که از طریق ردیابی محیط عمل می‌کنند.»
مسیر یادگیری سیبرنتیک
پوریا پیشنهاد می‌کند: «ابتدا تاریخ علم و مفاهیم بنیادین مانند تجربه‌گرایی و معرفت‌شناسی کانت را مطالعه کنید. سپس تاریخچه سیبرنتیک و افراد کلیدی آن را بررسی کنید. در نهایت، به ابزارهای سیبرنتیک مانند فضای حالت و نگاره فاز بپردازید.»
جمع‌بندی: چرا سیبرنتیک مهم است؟
پوریا در پایان می‌گوید: «تخصص‌گرایی افراطی، مطالعه سیستم‌های زنده را محدود کرده است. سیبرنتیک با کنار هم قرار دادن تکه‌های پازل، از سطح سلولی تا مغز انسان، درک جامعی ارائه می‌دهد. این رویکرد با کلیدواژه‌های منسجم، به ما کمک می‌کند تا دینامیک سیستم‌های زیستی را بهتر بشناسیم.»
