Dodano: 28 lipca 2022r.

Kolonie mrówek podczas podejmowania decyzji zachowują się jak sieci neuronów w mózgu

Nowe badania wykazały, że kolonie mrówek podczas podejmowania decyzji o tym, co robić jako kolektyw, wydają się działać bardzo podobnie do sieci neuronów w naszych mózgach. Odkrycia badaczy wskazują, że mrówki łączą informacje sensoryczne z parametrami swojej grupy, aby podjąć reakcję zbiorową. Jest to proces podobny do obliczeń neuronowych, będących podstawą do podejmowania decyzji.

Kolonie mrówek podczas podejmowania decyzji zachowują się jak sieci neuronów w mózgu

 

Nasz mózg to skomplikowana sieć miliardów neuronów (komórek nerwowych). Każdy z neuronów komunikuje się z tysiącami innych przy pomocy synaps. Nowe badania sugerują, że mrówki jako grupa zachowują się bardzo podobnie właśnie do sieci neuronów w mózgu.

Daniel Kronauer i jego współpracownik Asaf Gal z Rockefeller University w Nowy Jorku opracowali zestaw eksperymentów, aby dokładnie przeanalizować proces podejmowania decyzji w koloniach mrówek. Badacze przyglądnęli się, kiedy i jak kolonie mrówek ewakuowały swoje gniazda, gdy temperatura stawała się zbyt wysoka. Gdy temperatura rosła, kolektyw wydawał się przekalkulować decyzję dotyczącą mrowiska i w efekcie porzucał gniazdo. Obserwując owady uczeni doszli do wniosku, że mrówki działały jak jeden system w taki sam sposób, w jaki neurony działają jako cały mózg. Porzucenie mrowiska wyglądało tak, jakby ktoś podjął decyzję o ewakuacji, albo jakby kolonia mrówek miała większy, „zbiorowy umysł”.

Wyniki analiz opisano w czasopiśmie „Proceedings of the National Academy of Sciences” (DOI: 10.1073/pnas.2123076119).

Mrowisko niczym mózg

Odkrycia sugerują, że mrówki łączą informacje sensoryczne z parametrami swojej grupy, aby podjąć reakcję grupową. Jest to proces podobny do obliczeń neuronowych, które dają początek decyzjom.

- Byliśmy pionierami w podejściu do zrozumienia kolonii mrówek jako systemu poznawczego, który odbiera informacje wejściowe, a następnie przekłada je na zachowania - tłumaczy Kronauer. - To jeden z pierwszych kroków w kierunku prawdziwego zrozumienia, w jaki sposób społeczeństwa owadów angażują się w obliczenia zbiorowe – dodaje.

Jak podejmujemy decyzje?

Na najbardziej podstawowym poziomie, podejmowanie decyzji sprowadza się do serii obliczeń mających na celu maksymalizację korzyści i minimalizację kosztów. Na przykład zwierzę musi wykryć sygnał sensoryczny, taki jak ciepło powyżej pewnego poziomu, aby wywołać pewne zachowanie, takie jak oddalenie się. Jeśli wzrost temperatury nie jest wystarczająco duży, nie będzie to opłacalne.

Kronauer i Gal chcieli zbadać, jak ten rodzaj przetwarzania informacji zachodzi na poziomie zbiorowym. W tym celu opracowali eksperyment, w którym mogli kontrolować temperaturę, aby stymulować kolonię mrówek do działania i obserwować każdą osobno oznaczoną mrówkę.

Zgodnie z oczekiwaniami badaczy, kolonie o ustalonej wielkości 36 robotnic i 18 larw zawsze ewakuowały się z gniazda, gdy temperatura osiągała około 34 st. C.

Większa kolonia – wyższa temperatura ucieczki

Mrówki nie reagowały jedynie na samą temperaturę, co zaskoczyło badaczy. Kiedy zwiększyli oni rozmiar kolonii z 10 do 200 osobników, temperatura niezbędna do podjęcia decyzji o opuszczeniu lokalizacji wzrosła. Kolonie składające się z 200 osobników wytrzymywały temperaturę do 36 st. C. - Wydaje się, że próg nie jest stały. Jest to raczej cecha, która zmienia się w zależności od wielkości grupy - mówi Kronauer.

Poszczególne mrówki nie są świadome wielkości swojej kolonii, więc jak ich decyzja może od niej zależeć? Badacze podejrzewają, że wyjaśnieniem zagadki mogą być feromony, dzięki którym mrówki przekazują między sobą informacje. Mogą one spełniać podobne funkcje co synapsy w mózgu. Być może większym koloniom trudniej jest się przemieścić, dlatego są one w stanie wytrzymać wyższe temperatury – sugerują naukowcy.

W przyszłych badaniach Kronauer i Gal mają nadzieję udoskonalić swój model procesu decyzyjnego w kolonii mrówek poprzez zmiany większej liczby parametrów i sprawdzenie, jak reagują owady. Chcą między innymi manipulować poziomem feromonów oraz wykorzystać genetycznie zmutowane mrówki z różnymi zdolnościami do wykrywania zmian temperatury.



Źródło: Rockefeller University, fot. Daniel Kronauer