Как настоящие

Вскоре после 11 сентября 2001 года в Министерстве здравоохранения США стало расти беспокойство в связи с участившимися случаями заражения оспой. Остановить эпидемию очень непросто. Обычно умирает около 30% заразившихся этим вирусом. Массовая вакцинация — не самое желательное решение. Вакцина против оспы эффективна, но опасна: человека с ослабленным иммунитетом она может убить, а страдающих экземой, угревой сыпью и другими заболеваниями кожи — изуродовать. Проводить точечную вакцинацию, когда прививают только тех, кто имел контакт с зараженным человеком, чрезвычайно сложно, особенно в больших городах.

И тогда правительство обратилось к специалисту по компьютерным симуляторам из Института Брукингса Джошуа Эпстейну. Эпидемиологи давно используют сложные уравнения при прогнозировании того, как будут распространяться заболевания. Но у этих моделей есть серьезный недостаток: все индивиды в них считаются идентичными, тогда как реальное распространение болезни во многом зависит от уникальности каждого участника цепочки зараженных.

Модели Эпстейна работают иначе. Вместе с Доналдом Бурком, ныне деканом Питтсбургского института здравоохранения, он создал виртуальный мир, населенный 800 уникальными «людьми». Киберлюди ходили на работу, отвозили детей в школу и на всех парах мчались в больницу, подхватив оспу от другого «киборга». Опробовав разные тактики и тысячи моделей эпидемии, ученые пришли к выводу, что самый эффективный способ борьбы с оспой — превентивная вакцинация больничного персонала, изоляция больных с подтвердившимся диагнозом и прививки от оспы членам их семей.

Эпстейн — пионер компьютерного моделирования, в котором используются искусственно созданные миры, населенные автономными виртуальными агентами. Агентов наделяют определенными характеристиками — например, зрением, системой обмена веществ и продолжительностью жизни. Взаимодействия агентов друг с другом и с окружением фиксируются. Полученные результаты демонстрируют, что из простых исходных данных возникают поразительно сложные процессы.

Философию подобных компьютерных ролевых игр можно свести к фразе «Ты не сможешь объяснить то, что создано не тобой». Эпстейн уверен в том, что сложную проблему, возникшую в реальном мире, можно понять, только разложив ее на простые факторы, взаимодействие которых и породило проблему. Выявив факторы, можно встроить их в компьютерную модель и экспериментировать с ними сколько душе угодно.

Первая виртуальная модель Эпстейна, которую он создал вместе с экономистом Робертом Экстеллом из Университета Джорджа Мейсона, называлась «Сахарный мир». Модель должна была показать, как формируются реальные сообщества, развиваясь от простого к сложному. Помимо агентов в симуляторе был предусмотрен и возобновляемый ресурс — «сахар», который в разных концентрациях был рассредоточен по различным точкам виртуального ландшафта. По мере того как Эпстейн и Экстелл дополняли симулятор новыми вводными — половым размножением, наследственностью, сражениями, торговлей, — в виртуальном мире стало возникать все больше самых разных феноменов реального мира, в том числе экологические проблемы и неравенство в распределении дохода.

Загрузив в модель реалистичные данные, Эпстейн и Экстелл создали правдоподобную картину развития цивилизации, которую они назвали «протоистория». Сконструированный ими мир очень походил на историю племени анасази — одной из индейских народностей, населявшей территорию Аризоны на протяжении тысяч лет, но таинственным образом исчезнувшей около 1350 года.

«Несколько археологов выдвинули гипотезу о том, что причиной гибели анасази стала война. Другая группа археологов считала, что анасази вымерли из-за какой-то болезни. Были и те, кто считал, что земля, на которой жили анасази, больше не могла их прокормить, — рассказывает Эпстейн. — Вот мы и подумали: а что если проверить эти гипотезы, создав модель с агентами?» В модель ввели все имеющиеся исторические сведения, и компьютер показал, что на территории анасази было достаточно ресурсов, которые могли бы поддерживать их существование еще очень долго. Анасази исчезли по каким-то другим причинам — скорее всего, из-за того, что их численность сократилась настолько, что стало невозможным поддерживать такие культурные институты, как свадебные обряды и религиозные церемонии. Разгадав эту историческую головоломку, Эпстейн создал новую научную дисциплину — вычислительную археологию.

Эпстейн не первый, кто использовал в общественных науках моделирование на основе агентов. Лавры первооткрывателя принадлежат нобелевскому лауреату по экономике Томасу Шеллингу, который в 1969 году с помощью одноцентовых и пятицентовых монет, помещенных на лист миллиметровой бумаги, продемонстрировал, что даже незначительные предпочтения в пользу соседей «своего» цвета могут привести к тотальной сегрегации. Шеллинг был очень впечатлен достижениями Эпстейна в моделировании, который создал «Сахарный мир» еще до того, как познакомился с трудами нобелевского лауреата. «Мне никогда не приходило в голову, что с помощью этого метода можно проследить «путь» бактерии во время вспышек инфекционных заболеваний», — добавляет Шеллинг.

Жизненный путь самого Эпстейна вряд ли удалось бы смоделировать на компьютере. Уроженец Нью-Йорка, он в конце 1960-х бросил школу из-за увлечения музыкой. Три года обучался по классу фортепиано в Университете Массачусетса, после чего поступил в колледж Амхерста, где заинтересовался математикой. В Массачусетском технологическом институте (MIT) он защитил диссертацию по политологии.

Cвою первую виртуальную модель Эпстейн разработал в MIT, где с помощью дифференциальных уравнений исследовал вопросы гонки вооружений. В Институте Санта-Фе он вместе с биологами создавал модели, имитирующие рост лесов и коралловых рифов.

Сегодня основной предмет исследований Эпстейна — инфекционные заболевания. Больше всего его интересует поведенческая эпидемиология. По словам Эпстейна, большинство эпидемиологических моделей не принимают в расчет реакцию человека на заболевание: «Согласно этим моделям в основе развития эпидемии лежит взаимодействие между людьми, которое продолжается даже тогда, когда в этот процесс вмешиваются болезнетворные микробы, — говорит ученый. — На самом деле это, естественно, не так. В городе, охваченном эпидемией, люди перестанут общаться с зараженными, запретят детям ходить в школу, попрячутся по подвалам, просто сбегут, наконец».

Эпстейн имеет в виду инцидент, имевший место 16 лет назад в индийском Сурате. Тысячи людей начали покидать город, спасаясь от легочной чумы, хотя не было выявлено ни одного случая заболевания, подтвержденного по критериям ВОЗ. Кроме того, различные группы населения могут совершенно по-разному относиться к вакцинации. Например, после того как осенью 2001 года несколько офисов в Вашингтоне получили письма, зараженные спорами сибирской язвы, многие почтовые служащие отказались принимать в профилактических целях антибиотик ципрофлоксацин, тогда как сотрудники конгресса выстаивали по несколько часов в очереди, чтобы получить свою дозу лекарства.

В июле Эпстейн основал при Университете Джонса Хопкинса собственный Центр передового моделирования в сферах социологии, поведенческой психологии и здравоохранения. Ученый рассчитывает превратить его в «Мекку для всех, кто занимается моделированием для исследования самых разных проблем — от пандемий гриппа до насилия в обществе и финансовых паник». «Эти модели способны совершить революцию в экономике, — говорит Эпстейн. — Если существуют виртуальные эпидемии, почему не могут существовать виртуальные экономики?» Его соавтор Экстелл тоже с оптимизмом смотрит в будущее. «В 2050-м, от силы в 2100 году, — предсказывает он, — общественными науками будут заниматься только таким методом».