Навигация муравьев: ключ к пониманию мозга и робототехники

Исследование ЕС ANT NAVIGATION, изучавшее навигационное поведение, приближает нас к новому поколению прорывов в нейронауке.

Способность к навигации критически важна для выживания большинства животных, включая человека. Эффективная навигация требует интеграции информации из разных источников (мультимодальная интеграция) и считается индикатором высокого когнитивного функционирования.

Однако исследования показывают, что сложное навигационное поведение может требовать меньше вычислительных ресурсов мозга, чем считалось ранее. Проект ANT NAVIGATION проверил эту гипотезу на примере муравьев. По словам координатора исследования доктора Пола Грэма, ценность изучения муравьев в том, что «поскольку насекомые эволюционировали с ограниченными нейронными ресурсами, они демонстрируют экономичные стратегии решения проблем». Понимание навигации насекомых дает представление об экономичных способах обработки и использования информации мозгом в целом, включая мозг человека.

Мультимодальная интеграция в навигации пустынных муравьев-фуражиров

Команда доктора Грэма исследовала поведение пустынных муравьев-фуражиров в южной Испании и Тунисе. Эти муравьи одиночные и не полагаются на социальные сигналы, а пустынный ландшафт беден визуальными ориентирами, что создает уникальную возможность для изучения навигационных техник.

Традиционно считалось, что основная стратегия, позволяющая муравьям возвращаться в гнездо после поиска пищи, — это Path Integration (интеграция пути). Этот метод сравнивают с морской навигацией, когда непрерывно обновляется расстояние от точки старта и направление движения.

Одним из вкладов проекта стало тщательное отслеживание движений и скорости муравьев на ранних этапах обучения. Это позволило предположить, что муравьи следуют встроенному правилу: их скорость коррелирует со значимостью локации. Таким образом, в ключевых точках они дают себе время для усвоения более качественной визуальной информации. Как утверждает доктор Грэм: «Это захватывающе, потому что показывает, как муравьи балансируют относительные достоинства разных источников информации, не "думая" о ценности этой информации».

Синтез знаний для большого скачка вперед

По словам доктора Грэма, более глубокое понимание вычислений, лежащих в основе навигационных стратегий насекомых, может улучшить дизайн небольших автономных роботов. «Мы тесно сотрудничаем с инженерами, чтобы идеи наших биологических исследований можно было перенести в робототехнику».

Для следующего шага в науке необходима синтез поведенческой науки с нейронаучными знаниями. «Мы надеемся вскоре манипулировать нейронными цепями навигации у муравьев и соотнести наши находки с детальными знаниями о ключевых нейронных цепях у мух. Это будет большой скачок вперед в нейронауке и даст надежду на создание по-настоящему автономных небольших роботов для таких применений, как наблюдение после катастроф и мониторинг в сельском хозяйстве».