人类大脑并不是唯一的模块化脑,甚至也不是唯一一种模块化的生物系统。蠕虫、苍蝇和猫的大脑都是模块化的,血管系统、蛋白质交互作用网络、基因调控网络、新陈代谢网络乃至人类的社交网络也是模块化的20。这种模块化结构是如何演化而来的?什么样的选择压力会造就模块化系统?这个问题令一众电脑科学家困惑不已。深思熟虑之后,他们决定验证施特里特提出的假说,认为模块化是追求连接功耗最小化过程的副产品21。
网络的构造成本包括连接的构筑和维护消耗,以及信号传导及延迟消耗。网络中连接越长、连接数越多,构筑和维护的成本也就越高22。此外,连接数增加及信号传导通路延长都会导致关键反应时间变慢——这在一个总有捕食者对你虎视眈眈的竞争环境中可不算是好事情。
计算机科学家杰夫·克卢恩(Jeff Clune)、让-巴普蒂斯特·莫瑞特(Jean-Baptiste Mouret)和霍德·利普森(Hod Lipson)使出了计算机科学家固有的技能:他们设计了一套计算机模拟系统23。他们使用了一些已被广泛研究的系统,这些系统能够接受感觉输入并产生相应的输出。输出的内容决定了系统在面对环境问题时的表现。他们模拟了25000代进化,选择压力被设置为单纯的表现最优化,或是在表现最优化的同时还要求连接消耗最小化。结果很是惊人。连接消耗最小化的规则被加入后,无论是在可变的还是不变的环境中,模块化结构都会很快出现,但如果没有消耗最小化规定,模块化就不会出现。三位科学家检查了进化形成中表现最好的网络,发现这些网络都是模块化结构,且消耗越低的网络模块化程度就越高。这些网络在稳定或变化的环境中的进化速度更快,花费代数明显更少。这些模拟实验提供了有力的证据,证明同时要求表现最优化和连接消耗最小化的选择压力能够产生模块化更高、更具进化潜力的网络。
现在我们已经知道模块化系统拥有种种优势,但是这种优势是如何产生的?数千个独立的、局部的模块如何能够一同运作,协调我们的思维和行为,并最终诞生我们的意识体验?