22.10.2021 Nová studie MIT naznačuje, že náš mozek ve skutečnosti není optimalizován pro výpočet takzvané „nejkratší cesty“ při pěší navigaci. Na základě datové sady více než 14 000 lidí, kteří se věnují svému každodennímu životu, tým MIT zjistil, že místo toho si chodci vybírají cesty, které se zdají směřovat nejvíce přímo k jejich cíli, i když jsou tyto trasy nakonec delší. Říkají tomu „nejsmyslnější cesta“.
Tato strategie, známá jako vektorová navigace, byla také pozorována ve studiích na zvířatech, od hmyzu po primáty. Tým MIT navrhuje, aby se navigace na bázi vektorů, která vyžaduje méně mozkových schopností, než ve skutečnosti vypočítat nejkratší trasu , vyvinula, aby mozek mohl věnovat více energie jiným úkolům.
„Zdá se, že existuje kompromis, který umožňuje, aby výpočetní výkon v našem mozku byl použit pro jiné věci – před 30 000 lety, abychom se vyhnuli lvu, nebo nyní, abychom se vyhnuli nebezpečnému SUV,“ říká Carlo Ratti, profesor městských technologií v Oddělení urbanistických studií a plánování MIT a ředitel Senseable City Laboratory. „Vektorová navigace nevytváří nejkratší cestu, ale je dostatečně blízko nejkratší cestě a je velmi jednoduché ji vypočítat.“
Ratti je hlavním autorem studie, která se dnes objevuje v Nature Computational Science . Christian Bongiorno, docent na Université Paris-Saclay a člen MIT’s Senseable City Laboratory, je hlavním autorem studie. Joshua Tenenbaum, profesor výpočetní kognitivní vědy na MIT a člen Centra pro mozky, mysli a stroje a Laboratoře počítačových věd a umělé inteligence (CSAIL), je také autorem článku. Předtištěná verze této studie byla zveřejněna na arXiv.org začátkem tohoto roku.
Vektorová navigace
Před dvaceti lety, když byl Ratti postgraduálním studentem na Cambridgeské univerzitě, téměř každý den procházel cestu mezi svou kolejí a kanceláří katedry. Jednoho dne si uvědomil, že ve skutečnosti jel dvěma různými cestami – jednou cestou do kanceláře a trochu jinou cestou zpět.
„Jedna trasa byla jistě efektivnější než druhá, ale já jsem se dostal do adaptace dvou, jedné pro každý směr,“ říká Ratti. „Byl jsem důsledně nekonzistentní, malé, ale frustrující zjištění pro studenta, který svůj život zasvětil racionálnímu myšlení.“
V laboratoři Senseable City Laboratory je jedním z výzkumných zájmů společnosti Ratti používání velkých datových sad z mobilních zařízení ke studiu toho, jak se lidé chovají v městském prostředí. Před několika lety laboratoř získala datový soubor anonymizovaných signálů GPS z mobilních telefonů chodců, kteří procházeli Bostonem a Cambridge v Massachusetts po dobu jednoho roku. Ratti se domníval, že tato data, která zahrnují více než 550 000 cest, kterými se vydalo více než 14 000 lidí, by mohla pomoci odpovědět na otázku, jak si lidé vybírají své trasy, když se pohybují po městě pěšky.
Analýza dat výzkumným týmem ukázala, že chodci místo nejkratších tras zvolili trasy, které byly o něco delší, ale minimalizovaly jejich úhlovou odchylku od cíle. To znamená, že si vybírají cesty, které jim umožňují přímější přístup ke svému koncovému bodu, když začínají trasu, i když cesta, která začala tím, že mířila více doleva nebo doprava, může být ve skutečnosti kratší.
„Místo výpočtu minimálních vzdáleností jsme zjistili, že nej prediktivnějším modelem nebyl ten, který našel nejkratší cestu , ale místo toho ten, který se snažil minimalizovat úhlové posunutí – mířil co nejvíce přímo k cíli, i když cestování ve větších úhlech by být skutečně efektivnější,“ říká Paolo Santi, hlavní vědecký pracovník v laboratoři Senseable City Lab a v Italské národní výzkumné radě a odpovídající autor článku. „Navrhli jsme tomu říkat nejsmyslnější cesta.“
To platilo pro chodce v Bostonu a Cambridge, které mají spletitou síť ulic, a v San Franciscu, které má uspořádání ulic ve stylu mřížky. V obou městech vědci také pozorovali, že lidé měli tendenci volit různé trasy, když dělali zpáteční cestu mezi dvěma destinacemi, stejně jako Ratti v dobách své postgraduální školy.
„Když se rozhodujeme podle úhlu k cíli, pouliční síť vás přivede na asymetrickou cestu ,“ říká Ratti. „Na základě tisíců chodců je zcela jasné, že nejsem jediný: Lidské bytosti nejsou optimálními navigátory.“
Pohyb po světě
Studie chování zvířat a mozkové aktivity, zejména v hippocampu, také naznačují, že navigační strategie mozku jsou založeny na výpočtu vektorů. Tento typ navigace se velmi liší od počítačových algoritmů používaných vaším chytrým telefonem nebo zařízením GPS, které dokážou téměř bezchybně vypočítat nejkratší trasu mezi libovolnými dvěma body na základě map uložených v jejich paměti.
Bez přístupu k těmto druhům map musel zvířecí mozek přijít s alternativními strategiemi pro navigaci mezi místy, říká Tenenbaum.
„Nemůžete mít do mozku staženou podrobnou mapu založenou na vzdálenosti, tak jak jinak to uděláte? Přirozenější by mohlo být použití informací, které jsou nám z naší zkušenosti dostupnější,“ říká. „Myšlení z hlediska referenčních bodů, orientačních bodů a úhlů je velmi přirozený způsob, jak budovat algoritmy pro mapování a navigaci v prostoru na základě toho, co se naučíte ze své vlastní zkušenosti s pohybem ve světě.“
„Vzhledem k tomu, že chytré telefony a přenosná elektronika stále více spojují lidskou a umělou inteligenci, je stále důležitější lépe porozumět výpočetním mechanismům, které používá náš mozek, a jejich vztahu k těm, které používají stroje,“ říká Ratti.
Další informace: Paolo Santi, Vektorová pěší navigace ve městech,
Nature Computational Science (2021). www.nature.com/articles/s43588-021-00130-y
Informace o časopise: Nature Computational Science
https://techxplore.com/news/2021-10-brain-cities-wired-shortest-path.html