Мысленный GPS червей помогает им находить пищу

Когда животные ищут пищу ("фуражировка"), они могут использовать стратегию, похожую на поиск потерянного телефона: сначала интенсивно исследуют локальную область, где ожидают найти цель, а затем переключаются на более глобальный поиск.

Ученые из Института Солка разработали математическую теорию, основанную на поведении круглых червей C. elegans, которая предсказывает, как животные принимают решение о переходе от локального к широкому поиску. Эта теория может помочь объяснить поведение животных более унифицированно и заложить основу для общих правил поведения, что позволит понять сложные или неустойчивые формы поведения, связанные с вниманием, например, синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ).

Как работает поиск без химических следов

Когда черви и другие животные не могут следовать по химическому следу (например, по запаху), они переключаются на поиск по информации ("инфотаксис"), который происходит в более дискретных локальных и глобальных стадиях.

"Удивительно, что эти простые организмы с очень маленькой нервной системой выполняют — или приближаются к — довольно сложным, многоступенчатым стратегиям долгосрочного планирования", — говорит Татьяна Шарпи, старший автор статьи, опубликованной в eLife 9 декабря 2014 года.

Стратегия сбора информации

Поиск информации о цели часто эффективнее, чем поиск самой цели. Это можно сравнить с поиском друга на многолюдном пляже под синим зонтом: вы не броситесь к первому же синему зонту, а сначала проведете глобальный обзор сцены, исключив области, где синего цвета нет. Если друга нет, вы расширите поиск.

"И что подтверждает эта работа в теоретической модели, так это то, что для выполнения таких поисков с переключением с локального на глобальный не нужно много нейронов — можно аппроксимировать это, используя всего три нейрона, как у круглого червя C. elegans", — говорит соавтор работы Шрикант Чаласани.

Эксперименты и моделирование

Ранее было показано, что черви C. elegans проводят интенсивный поиск в области, где, по их мнению, находится пища. Примерно через 15 минут они начинают поворачивать реже и исследуют более обширную территорию.

Используя данные экспериментальных исследований Чаласани, лаборатория Шарпи создала виртуальные симуляции червей, чтобы смоделировать их поведение. Хотя эта теория максимизации информации была проверена лишь на нескольких типах поведения, ученые полагают, что она может лечь в основу более крупной, унифицированной системы для понимания различных типов поведения у разных видов.

Дальнейшие планы

В дальнейшем исследователи планируют выяснить, может ли круглый червь — и в какой степени — поддерживать мысленную карту своего поиска пищи, а также изучить энергетические затраты и преимущества поиска информации.