Муравьиные колонии функционируют так же, как нейронные сети, показало новое исследование

Колонии муравьев действуют подобно нейронным сетям, показало новое исследование: группы насекомых взвешивают внешние данные и внутренние правила при принятии решений о том, что делать коллективно.

В данном конкретном исследовании команда изучала, когда и как муравьиные колонии эвакуируются из своих гнезд, когда температура становится слишком высокой. В какой-то момент коллектив вычислял решение, приходя к выводу, что гнездо следует покинуть.

Говоря иначе, муравьи действовали как единая система, подобно тому, как нейроны действуют как единый мозг, когда все работает в унисон. Это классическая парадигма: выгода (продолжение работы) против затрат (перегрев и потеря членов колонии).

"Мы впервые применили подход к пониманию муравьиной колонии как когнитивно-подобной системы, которая воспринимает входные сигналы, а затем переводит их в поведенческие результаты", - говорит Даниэль Кронауэр, возглавляющий лабораторию социальной эволюции и поведения в Университете Рокфеллера в Нью-Йорке.

"Это один из первых шагов к пониманию того, как сообщества насекомых участвуют в коллективных вычислениях".

Экспериментальная лаборатория включала в себя гнездо с регулируемой температурой, камеру слежения и муравьев, помеченных метками. Исследователи отметили, что при размерах колонии из 36 рабочих муравьев и 18 личинок, гнездо эвакуировалось, когда температура достигала 34 градусов по Цельсию.

Однако с увеличением размера колонии увеличивался и температурный порог, который заставлял их покинуть гнездо - в колониях из 200 муравьев насекомые оставались там до тех пор, пока температура не превышала 36 градусов по Цельсию.

Предполагается, что стимулирующие и тормозящие факторы, вероятно, вступают в борьбу между муравьями, как в нейронной сети. С помощью математического моделирования команда смогла показать, что порог коллективной сенсорной реакции муравьев основан на балансе между этими двумя факторами, а не просто на индивидуальных предпочтениях каждого муравья.

"Похоже, что порог не является фиксированным", - говорит Кронауэр.

"Скорее, это эмерджентное свойство (в теории систем — появление у системы свойств, не присущих её элементам в отдельности; несводимость свойств системы к сумме свойств её компонентов), которое меняется в зависимости от размера группы".

Из этого исследования неясно, почему размер группы должен влиять на то, насколько муравьи стремятся эвакуироваться при повышении температуры. Сами муравьи не могли знать размер группы, значит, происходит что-то другое.

Одна из гипотез, выдвинутых исследователями, заключается в том, что феромоны - или химические мессенджеры - проходящие между муравьями, усиливают свое воздействие, когда муравьев становится больше. Другое соображение может заключаться в том, что перемещение большей группы муравьев представляет собой более сложную задачу, поэтому расчет выгоды по сравнению с затратами меняется.

Исследование предлагает надежную, измеримую основу для наблюдения за муравьями на коллективном уровне. В будущих исследованиях можно будет добавить больше параметров, а затем манипулировать ими, чтобы получить более полное представление о коллективном принятии решений.

"На данный момент мы смогли воздействовать на систему и точно измерить результат", - говорит Кронауэр.

"В долгосрочной перспективе идея заключается в реинжиниринге системы, чтобы понимать ее внутреннюю работу все более и более подробно".

Исследование было опубликовано в журнале PNAS.