蚁群决策神经网络

温度上升,,一群蚂蚁就会集体决策。每只蚂蚁感觉它脚下的热量上升但是照和往常一样,直到突然,蚂蚁扭转。整个集团冲了出去——决定撤离。就好像是蚂蚁的殖民地更大,集体精神。

一个新的研究表明,事实上,蚂蚁作为一个群体的行为类似于大脑的神经元网络。

洛克菲勒的丹尼尔Kronauer和博士后Asaf加开发了一种新的实验装置在蚁群精心分析决策。报道的美国国家科学院院刊》上,他们发现当一个殖民地由于气温升高,其决定是一个函数增加热量的大小和蚁群的规模。

研究结果表明,蚂蚁把感觉信息的参数组到达一组回应过程类似于神经计算引起的决定。

“我们开创了一种方法来理解感知的蚁群cognitive-like系统输入,然后将它们转换为行为输出,“Kronauer说,实验室负责人社会进化和行为。“这是第一个步骤真的了解昆虫社会参与集体计算。”

一个新的范例

在最基本的层面上,决策归结为一系列的计算效益最大化和最小化成本。例如,在一个叫感官反应的常见的一种决策阈值,一个动物必须检测等感官输入热量过去一定水平产生一定的成本行为,就像远离。如果温度上升不足够大,它不会是值得的。

Kronauer加想研究这种类型的信息处理发生在集体层面,集团动力发挥作用的地方。他们开发了一个系统,他们可以精确地扰乱一个蚁群控制温度上升。跟踪单个蚂蚁的行为反应和整个殖民地,他们用不同颜色的点标记每个昆虫和跟踪摄影机跟随他们的动作。

随着研究人员预期,殖民地的一组大小36工人和18幼虫值得信任地撤离他们的巢,当温度达到34摄氏度左右。Kronauer说,这一发现直观的意义,因为“如果你太不舒服,你离开。”

然而,研究人员惊奇地发现,蚂蚁不仅仅是应对温度本身。当他们殖民地的大小从10增加到200个人,引发所需的温度决定搬出增加。殖民地的200人,例如,直到温度上升过去36度。“看来阈值不是固定的。相反,它是一种自然属性,根据集团大小变化,”Kronauer说。

单个蚂蚁都不知道他们的殖民地的大小,那么他们的决定取决于如何呢?他和加怀疑的解释与信息素,蚂蚁之间传递信息的无形的使者,他们的规模效应时存在更多的蚂蚁。他们用一个数学模型来展示了这种机制确实是合理的。但他们不知道为什么大殖民地需要更高的温度带。Kronauer企业它可能仅仅是殖民地的规模越大,越繁重的搬迁,推高了搬迁发生的临界温度。

在未来的研究中,Kronauer和加希望改进决策过程的理论模型在蚁群通过干扰参数和看到昆虫如何回应。例如,他们可以篡改蚂蚁的信息素水平的外壳或创建转基因蚂蚁与不同的能力来检测温度变化。“我们已经能够做的到目前为止是扰乱系统和测量输出精确,”Kronauer说。“从长远来看,这样做是为了逆向工程系统来推断其内部运作越来越多的细节。”

参考:加,Kronauer DJC。一个集体的出现在蚁群感官反应阈值。Proc。国家的。学会科学。2022;119 (23):e2123076119。doi:10.1073 / pnas.2123076119

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