کلونی مورچه ها هنگام تصمیم گیری مانند شبکه های عصبی رفتار می کنند

20 جولای 2022 -توسط دانشگاه راکفلر-کلنی مورچه ها لانه خود را به دنبال اختلال دما تخلیه می کنند. اعتبار: دانیل کرونوئر

دما در حال افزایش است و یک کلنی مورچه به زودی باید تصمیم جمعی بگیرد. هر مورچه گرمای بالارونده را زیر پای خود احساس می کند، اما طبق معمول حرکت می کند تا زمانی که ناگهان مورچه ها مسیر خود را برعکس می کنند. تمام گروه با عجله بیرون می آیند – تصمیم برای تخلیه گرفته شده است. تقریباً انگار کلنی مورچه ها ذهن جمعی و بزرگتری دارد.

یک مطالعه جدید نشان می دهد که در واقع، مورچه ها به عنوان یک گروه شبیه به شبکه های عصبی در مغز رفتار می کنند.

دانیل کرونور از راکفلر و آساف گال، دانشیار فوق دکترا، یک مجموعه آزمایشی جدید را برای تجزیه و تحلیل دقیق تصمیم گیری در کلنی مورچه ها ایجاد کردند. همانطور که در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم گزارش شده است، آنها دریافتند که وقتی یک کلنی به دلیل افزایش دما تخلیه می شود، تصمیم آن تابعی از بزرگی افزایش گرما و اندازه گروه مورچه ها است.

یافته‌ها نشان می‌دهد که مورچه‌ها اطلاعات حسی را با پارامترهای گروه خود ترکیب می‌کنند تا به یک پاسخ گروهی برسند – فرآیندی شبیه به محاسبات عصبی که منجر به تصمیم‌گیری می‌شود.

Kronauer، رئیس آزمایشگاه تکامل اجتماعی و رفتار می‌گوید: «ما پیشگام رویکردی برای درک کلونی مورچه‌ها به‌عنوان یک سیستم شناختی مانند بودیم که ورودی‌ها را درک می‌کند و سپس آنها را به خروجی‌های رفتاری ترجمه می‌کند». این یکی از اولین گام‌ها به سوی درک واقعی چگونگی مشارکت جوامع حشرات در محاسبات جمعی است.

یک پارادایم جدید

در ابتدایی ترین سطح خود، تصمیم گیری به مجموعه ای از محاسبات خلاصه می شود که به منظور به حداکثر رساندن منافع و به حداقل رساندن هزینه ها انجام می شود. به عنوان مثال، در یک نوع رایج تصمیم گیری به نام آستانه پاسخ حسی، یک حیوان باید ورودی حسی مانند گرما را که از یک سطح معین گذشته است تشخیص دهد تا رفتار پرهزینه خاصی مانند دور شدن ایجاد کند. اگر افزایش دما به اندازه کافی بزرگ نباشد، ارزش آن را نخواهد داشت.

کرونوئر و گال می خواستند بررسی کنند که چگونه این نوع پردازش اطلاعات در سطح جمعی رخ می دهد، جایی که پویایی گروه وارد عمل می شود. آنها سیستمی را توسعه دادند که در آن می‌توانستند با افزایش دمای کنترل‌شده، کلنی مورچه‌ها را به طور دقیق مختل کنند. برای ردیابی واکنش‌های رفتاری مورچه‌ها و کل کلنی، آن‌ها هر حشره را با نقاط رنگی مختلف علامت‌گذاری کردند و حرکات آنها را با دوربین ردیاب دنبال کردند.

همانطور که محققان انتظار داشتند، کلنی هایی با اندازه مجموعه ای از 36 کارگر و 18 لارو به طور قابل اعتمادی لانه خود را هنگامی که دمای هوا به حدود 34 درجه سانتیگراد رسید، تخلیه کردند. کرونوئر می‌گوید این یافته حس شهودی دارد، زیرا “اگر خیلی ناراحت شوید، ترک می‌کنید.”

با این حال، محققان از این که دریافتند مورچه ها فقط به خود دما واکنش نشان نمی دهند شگفت زده شدند. هنگامی که آنها اندازه کلنی را از 10 به 200 نفر افزایش دادند، دمای لازم برای تصمیم گیری برای تخلیه افزایش یافت. برای مثال، کلنی 200 نفری، تا زمانی که دمای هوا از 36 درجه بالاتر رفت، ایستادگی کردند. Kronauer می گوید: “به نظر می رسد که آستانه ثابت نیست. بلکه یک ویژگی اضطراری است که بسته به اندازه گروه تغییر می کند.”

مورچه‌های منفرد از اندازه کلنی خود بی‌اطلاع هستند، پس چگونه تصمیم‌گیری آنها می‌تواند به آن بستگی داشته باشد؟ او و گال گمان می‌کنند که این توضیح مربوط به روشی است که فرومون‌ها، پیام‌رسان‌های نامرئی که اطلاعات را بین مورچه‌ها ارسال می‌کنند، در زمانی که مورچه‌های بیشتری حضور دارند، اثر خود را افزایش می‌دهند. آنها از یک مدل ریاضی استفاده می کنند تا نشان دهند که چنین مکانیزمی واقعاً قابل قبول است. اما آنها نمی‌دانند که چرا کلنی بزرگ‌تر به دمای بالاتری برای بسته‌بندی نیاز دارند. کرونوئر می‌گوید که هر چه اندازه مستعمره بزرگ‌تر باشد، جابه‌جایی آن سخت‌تر است و دمای بحرانی که جابجایی‌ها برای آن اتفاق می‌افتد را بالا می‌برد.

در مطالعات آتی، کروناور و گال امیدوارند مدل نظری خود را از فرآیند تصمیم‌گیری در کلنی مورچه‌ها با تداخل در پارامترهای بیشتر و مشاهده نحوه واکنش حشرات اصلاح کنند. به عنوان مثال، آنها می توانند سطح فرمون ها را در محفظه مورچه ها دستکاری کنند یا مورچه های تغییر یافته ژنتیکی با توانایی های مختلف برای تشخیص تغییرات دما ایجاد کنند. Kronauer می‌گوید: «کاری که ما تاکنون انجام داده‌ایم، ایجاد اختلال در سیستم و اندازه‌گیری دقیق خروجی است. در درازمدت، ایده مهندسی معکوس سیستم برای استنتاج عملکرد درونی آن با جزئیات بیشتر و بیشتر است.

.https://phys.org