アリのコロニーは意思決定時にニューラルネットワークのように動作する

Apr 29, 2023

気温は上昇しており、アリの 1 つのコロニーは間もなく集団的な決定を下さなければなりません。 各アリは足元の熱の上昇を感じますが、いつものように行動を続けますが、突然アリが進路を逆転します。 グループ全体が一つになって飛び出します。 避難が決定されました。 それはあたかもアリのコロニーがより大きな集合的な精神を持っているかのようです。

新しい研究は、実際、アリは集団として脳内のニューロンのネットワークと同様に行動することを示唆している。

ロックフェラーのダニエル・クロナウアーと博士研究員アサフ・ガルは、アリのコロニーにおける意思決定を注意深く分析するための新しい実験装置を開発した。 米国科学アカデミー紀要で報告されているように、気温の上昇によりコロニーが避難する場合、その決定は熱の上昇の大きさとアリのグループの規模の両方の関数であることがわかりました。

この研究結果は、アリが感覚情報とグループのパラメータを組み合わせてグループの反応に到達すること、つまり意思決定を生み出す神経計算に似たプロセスを行っていることを示唆している。

「私たちは、アリのコロニーを、入力を認識して行動出力に変換する認知に似たシステムとして理解するアプローチを開拓しました」と、社会進化行動研究所所長のクロノウアー氏は言う。 「これは、昆虫の社会が集団的な計算にどのように関与しているかを実際に理解するための最初のステップの 1 つです。」

最も基本的なレベルでは、意思決定は、利益を最大化し、コストを最小限に抑えることを目的とした一連の計算に要約されます。 たとえば、感覚反応閾値処理と呼ばれる一般的なタイプの意思決定では、動物は、遠ざかるなどのコストのかかる行動を起こすために、熱などの感覚入力を一定のレベルを超えて検出する必要があります。 温度上昇が十分に大きくなければ、コストに見合う価値はありません。

クロナウアーとガルは、この種の情報処理が集団レベルでどのように行われ、グループの力学が作用するかを調査したいと考えていました。 彼らは、温度上昇を制御してアリのコロニーを正確に撹乱できるシステムを開発した。 個々のアリとコロニー全体の行動反応を追跡するために、彼らはそれぞれの昆虫を異なる色の点でマークし、追跡カメラでその動きを追跡しました。

研究者らの予想通り、36匹の働きバチと18匹の幼虫という設定サイズのコロニーは、気温が約34℃に達すると確実に巣から避難した。 クロナウアー氏は、「不快になりすぎると、その場を離れてしまう」ため、この発見は直観的に理にかなっていると述べた。

しかし、研究者たちは、アリが単に温度そのものに反応しているわけではないことを発見して驚いた。 コロニーのサイズを 10 匹から 200 匹に増やすと、立ち退きの決定を引き起こすのに必要な温度が上昇しました。 たとえば、200 匹のコロニーは、気温が 36 ℃を超えるまで持ちこたえました。 「閾値は固定されていないようです。むしろ、それはグループの規模に応じて変化する新たな特性です」とクロナウアー氏は言います。

個々のアリは自分たちのコロニーの大きさを知りません。では、彼らの決定はコロニーの大きさにどのように依存するのでしょうか? 彼とガルは、その説明が、アリ間で情報を伝達する目に見えないメッセンジャーであるフェロモンが、より多くのアリが存在するときにその効果を拡大する方法に関係しているのではないかと疑っている。 彼らは数学モデルを使用して、そのようなメカニズムがもっともらしいことを示しています。 しかし、より大きなコロニーが店を詰めるのになぜより高い温度が必要になるのか、彼らは知りません。 クロノアウアー氏は、単純にコロニーの規模が大きくなればなるほど、移転するのが難しくなり、移転が起こる臨界温度が上昇するのではないかと考えている。

将来の研究では、クロナウアーとガルは、より多くのパラメータを干渉し、昆虫がどのように反応するかを観察することによって、アリのコロニーにおける意思決定プロセスの理論モデルを改良したいと考えています。 たとえば、アリの囲い内のフェロモンのレベルを改ざんしたり、温度変化を検出する異なる能力を持つ遺伝子改変アリを作成したりすることができます。 「これまでに私たちができたことは、システムに摂動を加えて出力を正確に測定することです」とクロナウアー氏は言います。 「長期的には、システムをリバース エンジニアリングして、内部の仕組みをより詳細に推定することが考えられます。」

- このニュースリリースはもともとロックフェラー大学のウェブサイトに掲載されたものです。