Новая теория предсказывает движение сенсорных органов животных при поиске

Исследователи из Северо-Западного университета разработали новую теорию, способную предсказать, как животные перемещают свои сенсорные органы (глаза, уши, носы) в процессе поиска жизненно важных ресурсов.

Ключевая концепция: "Энергетически ограниченное пропорциональное рисковое вложение" (energy-constrained proportional betting).

Теория объясняет, как животные балансируют между энергетическими затратами на движение и необходимостью получения полезной информации. Количество энергии (в конечном счете, пищи), которое они готовы "поставить на кон", пропорционально ожидаемой информативности различных точек в пространстве.

Применение теории:

Исследователи применили теорию к четырем видам с тремя разными типами чувств:

• Электрорецепция: Южноамериканская рыба-нож (gymnotid electric fish) — данные из лаборатории.
• Зрение: Бражник Macroglossum stellatarum (hummingbird hawkmoth) — опубликованные данные.
• Обоняние: Восточноамериканский крот (Scalopus aquaticus) и американский таракан (Periplaneta americana) — опубликованные данные.

Алгоритм, следующий из теории, генерирует движения сенсорных органов, которые хорошо согласуются с реальными наблюдениями за рыбами, млекопитающими и насекомыми.

Значение работы:

• Теория предсказывает поведение в ситуациях, когда животное знает очень мало — что типично для реальной жизни и критически для выживания.
• Она объединяет подходы из литературы о движении и энергетике животных с подходами, основанными на теории информации.
• Результаты могут быть использованы для улучшения работы роботов, собирающих информацию, и, возможно, в разработке автономных транспортных средств, где реакция на неопределенность является серьезной проблемой.

Происхождение теории:

Алгоритм является модифицированной версией разработки, созданной пять лет назад для биоинспирированной робототехники. Наблюдения за стратегиями поиска у животных легли в основу алгоритмов для роботов, что, в свою очередь, привело к конкретным предсказаниям о поведении животных.

Исследование опубликовано 22 сентября в журнале eLife. Ведущий автор — профессор Малкольм А. МакАйвер, первый автор — аспирант Чен Чен.