جامعه مورچه ها شبیه به شبکه عصبی مغز است

یک پژوهش جدید نشان می‌دهد که مورچه‌ها به عنوان یک گروه، در واقع شبیه به شبکه‌های عصبی مغز رفتار می‌کنند.

"دانیل کروناور"(Daniel Kronauer)، پژوهشگر "دانشگاه راکفلر"(Rockefeller University) و همکارانش، یک مجموعه آزمایشی جدید را برای تجزیه و تحلیل دقیق روند تصمیم‌گیری در جامعه مورچه‌ها ابداع کرده‌اند. آنها دریافتند که وقتی لانه مورچه‌ها به دلیل افزایش دما تخلیه می‌شود، تصمیم‌گیری در مورد آن، پیامد افزایش گرما و اندازه گروه مورچه‌ها است.

یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهند که مورچه‌ها اطلاعات حسی را با پارامترهای گروه خود ترکیب می‌کنند تا به یک پاسخ گروهی برسند. این فرآیند شبیه به محاسبات عصبی است که به تصمیم‌گیری می‌انجامند.

کروناور گفت: ما پیشگام ارائه روشی برای درک جامعه مورچه‌ها به عنوان یک سیستم شناختی بودیم که ورودی‌ها را مورد بررسی قرار می‌دهد و سپس، آنها را به خروجی‌های رفتاری تبدیل می‌کند.

وی افزود: این یکی از نخستین گام‌ها برای درک واقعی چگونگی مشارکت جوامع حشرات در محاسبات جمعی است.

یک الگوی جدید

تصمیم‌گیری در ابتدایی‌ترین سطح خود، به مجموعه‌ای از محاسبات خلاصه می‌شود که به منظور به حداکثر رساندن منافع و به حداقل رساندن هزینه‌ها انجام می‌گیرند. به عنوان مثال، در یک نوع رایج تصمیم‌گیری به نام "آستانه پاسخ حسی"، یک حیوان باید ورودی حسی مانند گرما را که از یک سطح معین گذشته است، تشخیص دهد تا رفتار خاصی مانند دور شدن را ایجاد کند. اگر افزایش دما به اندازه کافی زیاد نباشد، ارزش این روند تصمیم‌گیری را نخواهد داشت.

کروناور و گروهش می‌خواستند بررسی کنند که این نوع پردازش اطلاعات چگونه در سطح جمعی رخ می‌دهد؛ جایی که پویایی گروه وارد بازی می‌شود. آنها سیستمی را ابداع کردند که در آن می‌توانستند با افزایش دمای کنترل‌شده، جامعه مورچه‌ها را به طور دقیق مختل کنند.

پژوهشگران برای ردیابی واکنش‌های رفتاری مورچه‌ها و کل جامعه، هر مورچه را با نقاط رنگی مختلف علامت‌گذاری کردند و حرکات آنها را با دوربین ردیاب مورد بررسی قرار دادند.

همان طور که پژوهشگران انتظار داشتند، جوامعی متشکل از ۳۶ کارگر و ۱۸ لارو، لانه خود را هنگامی تخلیه کردند که دمای هوا به حدود ۳۴ درجه سلسیوس رسید. کروناور گفت: این یافته‌ها کاملا منطقی هستند زیرا نشان می‌دهند که اگر خیلی ناراحت شوید، مکان را ترک می‌کنید.

با وجود این، پژوهشگران از این که دریافتند مورچه‌ها فقط به خود دما واکنش نشان نمی‌دهند، شگفت‌زده شدند. هنگامی که آنها اندازه جامعه را از ۱۰ به ۲۰۰ نفر افزایش دادند، دمای لازم برای تصمیم‌گیری در مورد تخلیه افزایش یافت. برای مثال، جوامع ۲۰۰ نفری، تا زمانی که دمای هوا از ۳۶ درجه بالاتر رفت، ایستادگی کردند.

کروناور ادامه داد: به نظر می‌رسد که این آستانه ثابت نیست. در عوض، این یک ویژگی اضطراری است که بسته به اندازه گروه تغییر می‌کند.

مورچه‌ها به صورت فردی از اندازه جامعه خود بی‌اطلاع هستند؛ پس چگونه تصمیم‌گیری آنها می‌تواند به جامعه بستگی داشته باشد؟ کروناور و گروهش گمان می‌کنند که این توضیح مربوط به زمانی است که "فرومون‌ها"(pheromones) افزایش می‌یابند. فرومون‌ها، پیام‌رسان‌های نامرئی هستند که اطلاعات را بین مورچه‌ها انتقال می‌دهند و زمانی که مورچه‌های بیشتری حضور دارند، اثر آنها افزایش می‌یابد.

آنها از یک مدل ریاضی استفاده می‌کنند تا نشان دهند که چنین مکانیسمی واقعا قابل قبول است اما آنها نمی‌دانند که چرا جوامع بزرگ‌تر، به دمای بالاتری برای تخلیه کردن لانه نیاز دارند. کروناور گفت: هرچه جامعه بزرگ‌تر باشد، جابه‌جایی آن دشوارتر است و دمای بحرانی را که جابه‌جایی‌ها برای آن اتفاق می‌افتد، بالا می‌برد.

کروناور و گروهش امیدوارند که در پژوهش‌های آینده بتوانند با تداخل در پارامترهای بیشتر و مشاهده نحوه واکنش حشرات، مدل نظری خود را در مورد فرآیند تصمیم‌گیری در جامعه مورچه‌ها اصلاح کنند. به عنوان مثال، آنها می‌توانند سطح فرومون‌ها را در مورچه‌ها تغییر دهند یا مورچه‌های تغییریافته ژنتیکی با توانایی‌های مختلف برای تشخیص تغییرات دما ایجاد کنند.

کروناور اضافه کرد: کاری که ما تاکنون انجام داده‌ایم، این است که سیستم را مختل کنیم و به اندازه‌گیری دقیق خروجی بپردازیم.

این پژوهش، در مجله "PNAS" به چاپ رسید.