Prírodou inšpirované algoritmy

Fraktály v nás

Dá sa povedať, že čím má nejaký systém bližšie k životu, k živým organizmom a ľuďom, tým skôr na ňom nájdeme známky nepravidelnosti, neperiodickosti a vôbec nepredpovedateľnosti. Hlavným dôvodom je fakt, že živý organizmus sa musí rýchle adaptovať na meniace sa životné podmienky a musí maximalizovať schopnosť svojho prežitia. To by nedokázal, keby stále zotrvával v snahe po jednoduchej stabilite. Napokon najväčšou stabilitou sa vyznačuje stav úplného kľudu - čo je v prípade živého organizmu smrť.

Životné prejavy potrebujú k svojej adaptácii nejaký účinný prostriedok regulácie. Vieme, že maximálne dôležitým orgánom, ktorý určuje a reguluje náš životný rytmus, je srdce. Pri sledovaní signálu z EKG sa zaznamenalo, že srdce vykazuje nepravidelnosti, typické pre nelineárne dynamické systémy, rozhodne nieje presne periodické, a vie sa dokonale synchronizovať napríklad s rytmom dýchania. Otázka, či to čo pri srdci pozorujeme je chaos, či nie, zatiaľ ostáva otvorená a medzi odborníkmi o tom nepanuje jednota.

Každopádne metódy, vyvinuté teóriou chaosu sa osvedčujú u mnohých biologických a fyziologických problémov, týkajúcich sa človeka, napríklad tzv. chaotické filtre vedia oddeliť EKG signál plodu od celkového signálu EKG matky a ďalšieho šumu. Pokiaľ je EKG signál srdca úplne periodický, jedná sa často o patologické stavy, napríklad fibrilácia.

Miera deterministického chaosu srdca je zatiaľ diskutabilná a bohužiaľ je tomu tak asi aj pri mozgu. Činnosť mozgu a jeho signál EEG je tým chaotickejší, čím bohatší je jeho momentálny myšlienkový výkon. Existujú také štúdie, ktoré dávajú veľkosť fraktálnej dimenzie atraktora "myslenia" do súvislosti s bohatosťou duševného života - čím väčšia dimenzia, tým pestrejší vnútorný svet. Menšia fraktálna dimenzia procesu myslenia je vraj pozorovaná napríklad pri epileptických stavoch. Avšak vyskytli sa aj práce, ktoré prítomnosť deterministického chaosu v mozgu spochybňujú - vraj chaotičnosť je vysvetliteľná čisto náhodnými vplyvmi. Všetko je teda otázkou ďalších výskumov. Naviac fraktálna dimenzia ešte sama o sebe úplne nevystihuje nejaký fraktál - existujú rôzne fraktály s rovnakou dimenziou. Samotný povrch mozgu je údajne fraktálny, jeho dimenzia je spravidla o niečo väčšia ako by zodpovedalo bežnej, hladkej ploche, takže väčšia ako číslo 2. Táto členitosť súvisí s "povestnými" závitmi mozgovej kôry.

Systém ciev a pľúcnych alveol sa bezpochyby vetví spôsobom, ktorý možno v určitých merítkach popísať fraktálnym spôsobom. Samozrejme v sebe nemáme nekonečný povrch pľúcnych alveol či nekonečnú dĺžku ciev alebo nervov, ale tieto veličiny budú asi veľmi veľké, pretože naše bunky musia byt dokonale vyživované.

Určité štúdie sa zaoberajú aj možnou fraktálnou štruktúrou našej genetickej informácie - nukleových kyselín DNA a RNA. Pokiaľ ide o záznam informácii, určitú dobu sa používajú i metódy fraktálnej kompresie dát, ktoré využívajú sebepodobné miesta v súboroch. Príbuznou metódou je chaotické šifrovanie, keď príjemca kódovanej správy musí mať určitý chaotický algoritmický kľúč.

Na záver si urobme ešte "chaotický" myšlienkový experiment: Predpokladajme, že sa v rovnaký okamžik narodí tisíc geneticky rovnakých naklonovaných jedincov. Podľa predstav astrológov alebo klasického mechanického determinizmu by títo jedinci mali žiť rovnaký život. Pravdepodobne však výsledok bude značne odlišný, ich životné dráhy sa veľmi rýchlo rozbehnú od seba preč. Zatiaľ tento pokus nemôžeme uskutočniť v praxi. Ale i bez toho je možné mnohými inými overeniami potvrdiť teórie deterministického chaosu.