17:48 2023-02-07
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Cum funcționează școlile de pești într-un mod similar cu creierul
_ Cum pește școlile funcționează în mod similar cu creierul
Ce au în comun creierul și un banc de pești? Ambii sunt capabili de procesare colectivă eficientă a informațiilor, deși fiecare unitate din interiorul lor are acces doar la informații locale.
În creier, stimulii de la 86 de miliarde de neuroni sunt cei care formează baza pentru prelucrarea informațiilor; în banc, sunt deciziile fiecărui individ cu privire la modul de a se muta și de a interacționa cu vecinii. Cu toate acestea, se știe puțin despre modul în care sistemele biologice precum creierul sau un roi de pești reușesc să reunească în mod optim o multitudine de informații individuale din diferite locații.
Există o ipoteză conform căreia cea mai bună performanță a creierului se află la granița dintre ordine și haos, în starea așa-numitei criticități. Cercetătorii Clusterului de Excelență „Science of Intelligence” de la Humboldt-Universität (HU), Universitatea Tehnică din Berlin (TU) și Institutul Leibniz de Ecologie a Apelor Dulci și Pescuit Interioară (IGB) au putut acum să demonstreze această ipoteză pe un banc mare de pesti. Studiul a fost publicat în Nature Physics.
„Comportamentul roiului este adesea despre răspândirea informațiilor ca o avalanșă. În această stare, indivizii reacționează maxim rapid la stimuli externi cu un transfer de informații maxim eficient. Am vrut să investigăm dacă regularitatea criticității, care a fost deja demonstrată pentru rețelele neuronale, descrie această stare”, a explicat liderul studiului Pawel Romanczuk, profesor la Departamentul de Biologie la HU și membru al Clusterului de Excelență.
Informații. procesarea în creier se bazează pe o rețea de aproximativ 86 de miliarde de neuroni. Ele transmit informații sub formă de impulsuri de tensiune. Potrivit unei teze de neurobiologie numită „ipoteza creierului critic”, motivul pentru care creierul nostru este atât de eficient în procesarea informațiilor este că creierul se află permanent într-un punct critic între două stări dinamice, și anume ordinea și haosul, unde ordinea înseamnă că neuronii sunt activ într-o manieră extrem de sincronizată, iar haosul înseamnă că celulele emit impulsuri independent unele de altele.
Conform ipotezei critice a creierului, transmiterea informațiilor în creier funcționează cel mai bine atunci când conexiunile neuronale nu sunt nici prea slabe, nici prea slabe. prea puternic, adică la o stare intermediară între ordine și haos, cunoscută sub numele de criticitate. În această stare, creierul este maxim excitabil și chiar și stimulii mici determină brusc să se declanșeze o multitudine de neuroni, iar informațiile se răspândesc ca o avalanșă și pot fi transmise cu ușurință, chiar și în zone ale creierului care sunt departe de punctul de plecare.
Molii de sulf, care sunt pești mici care trăiesc în izvoarele sulfuroase din Mexic, înoată în bancuri cu sute de mii și prezintă un comportament tipic și neobișnuit: se scufundă în sus și în jos în valuri; din vedere de ochi de pasăre, arată ca un uriaș val mexican care se repetă de mai multe ori. La început, așa cum echipa a arătat deja într-un studiu anterior, peștii mici folosesc comportamentul fluturant pentru a deruta cu succes păsările care atacă.
Dar acest comportament ar putea avea și o funcție diferită: ar putea fi punerea roiului. într-o stare de alertă optimă — într-un mod care seamănă foarte mult cu starea de criticitate a creierului descrisă mai sus. Această atenție de ultimă secundă este necesară deoarece animalele sunt expuse la o presiune mare a prădătorilor.
Cu toate acestea, peștii își fac mișcările valurilor și atunci când nu există păsări care atacă. „Din acest motiv, am vrut să aflăm dacă această mișcare de undă în stadiul de repaus ar putea fi o analogie cu pasul de blocare neuronal al creierului, cum ar fi puține valuri de suprafață când nu atacă păsările, mai puternice și mai multe valuri când atacă păsările. Dacă deci, scufundările colective observate ale roiului ar avea loc într-adevăr la criticitate, cu cea mai mare vigilență posibilă”, a explicat primul autor Luis Gómez-Nava, cercetător la Cluster of Excellence.
Cercetătorii au combinat datele empirice. din studii comportamentale în domeniu cu modele matematice și au reușit, astfel, să arate că dinamica colectivă spațio-temporală a roiurilor mari de molii de sulf imită de fapt un sistem excitabil la criticitate - într-un mod care este similar cu creierul.
Aflarea într-un punct critic permite roiurilor de moli de sulf să se apere în mod constant la perturbările din mediu și să transmită informații despre intensitatea semnalului, chiar și pe distanțe lungi. Acest lucru a fost demonstrat în colaborare cu alți membri ai Clusterului de excelență care lucrează în domeniul inteligenței artificiale, Robert Lange și profesorul Henning Sprekeler.
Ei au folosit algoritmi de învățare automată de ultimă generație pentru a testa răspunsul sistemului la diferite intensități ale perturbărilor din mediu și a concluzionat că, într-adevăr, roiul este capabil să prelucreze eficient informațiile stimulilor externi, cum ar fi păsările care atacă, în avantajul lor.
„În cazul a molilor de sulf, intensitatea stimulului se corelează cu pericolul, deoarece păsările vânătoare intră adesea în apă cu corpul lor, rezultând perturbări vizuale, acustice și hidrodinamice de mare intensitate, în timp ce păsările aflate în survol oferă indicii vizuale reduse. Prin urmare, informațiile despre intensitatea stimulului este foarte important pentru pești să coordoneze răspunsurile adecvate, care ar putea include chiar scufundări repetate timp de câteva minute. În plus, această informație poate fi transmisă pe distanțe lungi. astfel încât peștii să poată acționa chiar și atunci când nu se află în zona de pericol — ca un mecanism de prevenire”, a explicat primul autor Luis Gómez-Nava, cercetător la Cluster of Excellence.
„Și acest lucru este similar. la modul în care funcționează creierul”, a concluzionat el.
Cu toate acestea, există și diferențe importante între roiul de pești și sistemele neuronale. În sistemele neuronale, structura rețelei de interacțiune între elementele individuale (neuroni) se modifică la o scară de timp mult mai lentă decât comportamentul dinamic în bancul de pești.
„Structura dinamică a grupului și parametrii comportamentali individuali precum deoarece viteza individuală sau atenția față de conspecifici au efecte puternice asupra comportamentului colectiv și pot duce la mecanisme alternative de autoorganizare către criticitate prin modularea comportamentului individual. Aici, multe întrebări rămân deschise și continuăm să investigăm", a spus coautorul Jens. Krause, profesor la HU, IGB și în Cluster of Excellence.
Asemănarea dintre comportamentul de scufundare al peștilor și activitatea neuronală din creier ar putea oferi perspective asupra unei mai bune înțelegeri a sistemelor colective din natură, de asemenea oferind indicii cu privire la cât de departe modelele complexe afișate de grupuri de animale ar putea fi interpretate ca un fel de „minte colectivă”.
Comentarii:
Adauga Comentariu