[論文レビュー] Co-evolution and morphogenetic systems

Juste Raimbault|arXiv (Cornell University)|Mar 30, 2018

Sustainability and Ecological Systems Analysis参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、形態形成工学（ME）を社会的・技術的システム、特に領域的システムに拡張するための共進化的フレームワークを提案する。形態形成システムを相互に接続された共進化的生態的ニッチとして再定義することで、形態形成と共進化の間の概念的橋渡しを確立する。MEを下位互換性のない分散的相互作用を通じて、複雑なシステムを創出する方法として応用可能であることを示し、領域計画における事例研究を提示する。

ABSTRACT

The emerging field of morphogenetic engineering proposes to design complex heterogeneous system focused on the paradigm of emergence. Necessarily at the interface of disciplines, its concepts can be defined through multiple viewpoints. This contribution aims at linking a co-evolutionary perspective on such systems with morphogenesis, and therein at bringing a novel conceptual approach to the bottom-up design of complex systems which allows to fully consider co-evolutive processes. We first situate systems of interest at the interface between biological and social systems, and introduce a multidisciplinary perspective on co-evolution. Building on Holland's signals and boundaries theory of complex adaptive systems, we finally suggest that morphogenetic systems are equivalent to combinations of co-evolutionary niches. This introduces an entry to morphogenetic engineering focused on co-evolution between components of a system. Applications can be found in a broad range of subjects, which we illustrate with the example of planning in territorial systems, suggesting an extended scope for the relevance of morphogenetic engineering concepts.

研究の動機と目的

• 形態形成工学（ME）の適用範囲を生物学的・技術的システムにとどまらず、社会的・領域的システムへと拡張すること。
• 生物学、社会学、複雑系理論の多分野的視点に裏打ちされた、形態形成と共進化の間の概念的リンクを確立すること。
• 都市開発を形態形成サブシステム内での共進化的プロセスとしてフレーミングすることにより、MEが領域的システムの計画にどのように関連するかを示すこと。
• 既存の上位互換性または完全にエージェントベースのアプローチとは補完的である、共進化的ニッチを通じたMEへの新たなアプローチを提供すること。
• 複雑な環境における発生的・自己組織的システムを理解し、設計するうえで、共進化的ダイナミクスが不可欠であると主張すること。

提案手法

• 複雑適応系のホーランドの信号と境界理論を応用し、形態形成システム内の相互作用をモデル化する。
• 形態形成システムを、形と機能のフィードバックループを通じて共進化するコンポーネントからなる共進化的ニッチの組み合わせとして再解釈する。
• 生物学（目的論的性、形態形成）、社会学（文化的進化、ミーム理論）、都市研究（スケーリング則、イノベーションの拡散）からインスピレーションを得た多分野的視点を用い、フレームワークを基盤づける。
• 共進化するエージェント（例：都市、制度）と空間的モジュール（地域）を形態形成サブシステムとして特定することで、領域計画をMEにマッピングする。
• 形態形成プロセスが中央集権的な設計ではなく、相互に依存し、局所的に適応する行動の集積から生じることを提唱する。
• 都市および地域計画の事例を通じて、共進化的ダイナミクスを明示的にモデル化することで、下位互換性のMEが適用可能であることを図示する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 共進化を複雑系における形態形成プロセスと正式に結びつける方法は何か？
• RQ2 共進化的ニッチが形態形成システムの基本的構成要素として果たす役割は何か？
• RQ3 形態形成工学は、領域的・都市的システムのような社会的・技術的システムへどの程度拡張可能か？
• RQ4 都市のような分散的・共進化的環境にMEを適用するにあたり、概念的・方法論的転換はどのようなものが必要か？
• RQ5 共進化的ダイナミクスをどのように活用することで、下位互換性のメカニズムを通じて、よりレジリientで適応的な領域的システムを設計できるか？

主な発見

• 形態形成システムは、形と機能のフィードバックによって共進化するコンポーネントを含む共進化的ニッチの組み合わせとして、概念的に同等である。
• 共進化的視点は、生物学的・技術的システムを超えて形態形成工学を拡張するにあたり、強固で多分野的基盤を提供する。
• 都市ネットワークのような領域的システムは、都市と地域との間で強い共進化的ダイナミクスを示しており、MEの適用に自然な対象である。
• 共進化をMEに統合することで、複雑系における発生的・分散的機能をよりよく捉える下位互換性のデザイン論理が可能になる。
• 形態形成と共進化プロセスをスケールにわたって一致させることで、MEが社会的・技術的システムに有効であることを概念的フレームワークが正当化する。
• 本稿は、形態形成と共進化の間の明示的かつ初の概念的リンクを確立し、複雑かつ適応的システムにおけるMEの新たな理論的アプローチを提供する。