Coordinación y estructura de red

Coordinación y Liderazgo en Conjuntos Humanos
Por Francesco Alderisio y Mario di Bernardo | SIAM News


Un importante problema abierto en el comportamiento humano es la comprensión de cómo la coordinación emerge en los conjuntos humanos. Los investigadores rara vez han estudiado este problema cuantitativamente en la literatura existente, en contraste con las situaciones de interacción dual, en las que dos individuos coordinan el movimiento del otro. Ejemplos de coordinación en grupos humanos incluyen deporte (por ejemplo, remar en equipo, patinaje sobre hielo, baile), multitudes ambulantes, audiencias que aplauden, conjuntos musicales y actuaciones colectivas.

Las principales preguntas abiertas buscan entender lo siguiente:

1. Si el patrón de interacciones entre las personas afecta el nivel de coordinación del grupo
2. Si un líder emerge espontáneamente para organizar el inicio de la coordinación
3. Si se puede desarrollar un modelo matemático para captar la coordinación grupal

Abordar estos desafíos es fundamental en una serie de aplicaciones, incluyendo, el desarrollo de agentes virtuales para la rehabilitación de los trastornos sociales [3, 4], o el uso de la robótica social para programar agentes artificiales para interactuar mejor en un grupo de seres humanos.

1. En nuestro estudio, recientemente aceptado para su publicación en Scientific Reports - Nature, se analizó la coordinación motora (o sincronización) en un grupo de individuos. Se utilizó un caso paradigmático de estudio, en el que se pidió a los participantes que coordinaran visualmente un movimiento oscilatorio de la mano. Hemos probado por separado dos grupos de siete participantes cada uno, así como diferentes patrones de acoplamiento visual (es decir, quién mira a quién).

Por medio de los métodos de análisis de datos estadísticos, se muestra por primera vez, experimental y computacionalmente, que diferentes patrones de interacción visual en el grupo afectan el nivel de coordinación alcanzado por sus miembros, medido por el índice de sincronización de grupos, Ρg, tomando valores en el rango [Error de procesamiento matemático] [0,1] ([Error de procesamiento matemático] 0 correspondiente a ausencia de coordinación y [Error de procesamiento matemático] 1 para perfecta sincronización entre los participantes). Además, desarrollamos los efectos sobre la sincronización de grupos de heterogeneidades en las características individuales de movimiento de los participantes (medido en términos de la frecuencia intrínseca de oscilación que generan de forma aislada). Específicamente, mostramos que el nivel de coordinación alcanzado por los miembros del grupo está influenciado por la acción combinada de las características que caracterizan su movimiento en forma aislada (es decir, su frecuencia natural de oscilación) y las interconexiones específicas (es decir, estructura topológica) entre los jugadores. Por otra parte, encontramos que algunas topologías (por ejemplo, todo a todos) dan lugar a mayores niveles de sincronización independientemente de las diferencias individuales, mientras que para otras topologías (por ejemplo, las díadas consecutivas), una mejor sincronización se logra a través de una mayor homogeneidad en la Dinámicas individuales.



Resultados similares sobre los efectos de la estructura de los acoplamientos visuales entre los jugadores en su nivel de coordinación también se han obtenido en la ausencia de interacción social a través de un nuevo equipo basado en la puesta en marcha, como se ha sugerido recientemente en [2].

2. Otra cuestión importante y abierta es comprender si uno o más individuos del grupo asumen el papel de líder, dirigiendo el comportamiento de los demás hacia la sincronización. Para investigar esto, se desarrolló una metodología para reconstruir (a partir de datos de movimiento) una red ponderada dirigida que representa la interacción líder-seguidor entre los miembros del grupo [1]. Nuestros resultados preliminares sugieren que el surgimiento del liderazgo es un proceso muy sofisticado. Actualmente estamos investigando ese proceso en profundidad.

3. Finalmente, encontramos que al realizar nuestros experimentos de coordinación, el grupo se comporta como una red de osciladores heterogéneos acoplados no linealmente, a pesar de la complejidad de las interacciones sociales inevitables. El modelo también reproduce la dependencia del nivel de coordinación de cada individuo en el grupo sobre las propiedades intrínsecas de sus miembros y la estructura de interacción entre ellos, a pesar de los complejos mecanismos neuronales detrás del surgimiento de tal coordinación.

Nuestros hallazgos sobre la sincronización de grupos humanos son relevantes para cualquier actividad que requiera la coordinación de varias personas -como la música, el deporte o las situaciones en el lugar de trabajo- y puede extenderse para dar cuenta de otras formas perceptivas de interacción, tales como el sonido o la sensación. Por otra parte, la disponibilidad de una descripción matemática de la dinámica de los jugadores puede ser instrumental en el diseño de mejores arquitecturas conduciendo a agentes virtuales (por ejemplo, robots, avatares de computadora) para coordinar su movimiento dentro de grupos de humanos, así como para predecir la fuerza de acoplamiento necesaria para Restaurar la sincronización basada en el conocimiento inicial de la consistencia individual, la varianza del grupo y la topología.

Referencias

[1] Alderisio, F., Fiore, G., & di Bernardo, M. (2017). Reconstructing the structure of directed and weighted networks of nonlinear oscillators. Physical Review E, 95(4), 042302.
[2] Alderisio, F., Lombardi, M., Fiore, G., & di Bernardo, M. (2017), A Novel Computer-Based Set-Up to Study Movement Coordination in Human Ensembles. Frontiers in Psychology, 8(967).
 [3] [Słowiński, P., Alderisio, F., Zhai, C., Shen, Y., Tino, P., Bortolon, C.,…,Tsaneva-Atanasova, K.  (2017), Unravelling socio-motor biomarkers in schizophrenia. npj Schizophrenia, 3(8).
[4] [Słowiński, P., Zhai, C., Alderisio, F., Salesse, R., Gueugnon, M., Marin, L.,…,Tsaneva-Atanasova, K. (2016), Dynamic similarity promotes interpersonal coordination in joint action. Journal of The Royal Society Interface, 13(116), 20151093.