Исследователи недавно получили более глубокое понимание множества процессов с помощью теоретико-информационной концепции переноса энтропии. Сегодня ученые могут объяснить связанные динамические системы, такие как функциональные соединительные паттерны в мозге и климатические паттерны по всему миру. Исследователи из отдела машиностроения и аэрокосмической техники Нью-Йоркского университета в Бруклине обнаружили, что этот метод имеет большие перспективы для улучшения нашего понимания поведения животных, особенно в отношении взаимодействия хищник-жертва.
Исследовательская группа под руководством профессора Нью-Йоркского университета Маурицио Порфири провела основанное на робототехнике исследование для контроля потока информации во взаимодействиях хищник-жертва, а также для проверки достоверности переноса энтропии при попытке понять причинные влияния система. На этой неделе они сообщают о своих выводах в журнале Chaos издательства AIP Publishing.
В частности, команда изучила поведенческую реакцию данио-рерио, подвергшуюся вызывающему страх роботизированному стимулу, смоделированному по образцу морфо-физиологии красной тигровой рыбки-оскара. Они запрограммировали роботов-угроз так, чтобы они действовали по определенным траекториям, создавая контролируемый однонаправленный информационный поток. Движение хищника в этом взаимодействии не зависело от реакции жертвы.
«С точки зрения нашего сообщества действительно важно иметь возможность объединить робототехнику и динамические системы для решения вопросов поведения животных», - сказал Порфири.
Как и ожидалось исследователями, перенос энтропии смог выделить причинно-следственную связь, лежащую в основе экспериментальных наблюдений, и они смогли показать однонаправленный информационный поток от стимула к рыбке данио.
Расширяя свою проверку переноса энтропии в управляемой роботизированной установке, исследовательская группа изучила взаимодействие между рыбкой данио и живой красной тигровой рыбой-Оскаром (чью реакцию на рыбку данио нельзя было контролировать). В отличие от взаимодействия на основе робототехники, переносная энтропия не слишком определяла направление потока информации в присутствии живого хищника. Таким образом, не только данио находился под влиянием хищника, но и хищник реагировал на данио в двустороннем взаимодействии.
«На основе необработанных данных мы можем понять, что и хищник, и жертва изменяют свое поведение, когда находятся в присутствии друг друга», - сказал Порфири.
Чтобы обеспечить некоторую биологическую основу наблюдаемой разницы в потоке информации, Порфири и его группа изучили специфические реакции хищника в ответ на присутствие добычи. Хотя их экспериментальная установка не могла полностью воспроизвести среду обитания красного тигрового оскара, они наблюдали основные поведенческие реакции, наблюдаемые в дикой природе, подтверждая, что естественные охотничьи инстинкты рыб по-прежнему играют роль в их реакциях.
Хотя еще многое предстоит понять в отношении поведения добычи и хищников, исследователи продемонстрировали обоснованность переноса энтропии для открытия причинно-следственного процесса, который имеет важные последствия в науке и технике. Это особенно интересно с точки зрения многих потенциальных способов, которыми робототехника может помочь нам понять, как виды обмениваются и используют информацию.