Les chercheurs utilisent des métriques avancées pour décrire le comportement des poissons ayu

Des chercheurs de l'Université de Tsukuba ont utilisé des mesures avancées de la théorie de l'information pour décrire le comportement collectif de petits bancs de poissons ayu.

Ils ont constaté que la dynamique globale était sensiblement différente pour des groupes de trois personnes ou plus, par rapport à des groupes plus petits, même sur des délais très courts.

Ces travaux peuvent aider à mettre en lumière des problèmes fondamentaux de la théorie de la complexité et aider au développement de robots coopératifs d'essaimage biomimétique.

Aujourd'hui, certaines des questions les plus difficiles en science traitent de la même question fondamentale: comment des dynamiques complexes peuvent-elles naître d'interactions locales simples?

Par exemple, les bancs de poissons et les volées d'oiseaux peuvent se déplacer et tourner en synchronie presque parfaite sans aucun contrôle descendant d'un leader.

Pour tenter de progresser sur cette question, la théorie de l'information intégrée (IIT) a été utilisée pour fournir un cadre mathématique permettant de mesurer la façon dont les informations circulent entre les individus et le groupe dans son ensemble.

Une équipe comprenant le professeur Takayuki Niizato de l'Université de Tsukuba a étudié la natation d'Ayu, qui sont de petits poissons liés aux éperlans. Les Ayu ont été choisis au hasard et placés dans un aquarium en groupes de 2, 3, 4 ou 5 poissons.

Le professeur Niizato explique: « La trajectoire de chaque poisson a été suivie et un ordinateur a calculé trois paramètres binaires pour chaque poisson à chaque pas de temps. »

« Ces paramètres étaient les suivants: si le poisson en question était proche d'un autre poisson, si le poisson tournait et si un autre poisson était dans son champ de vision. »

« Nous avons constaté que, sur des périodes allant de 40 millisecondes à une seconde, un groupe de trois poissons agissait très différemment d'une paire. »

Dans cette étude, les «informations intégrées» ont quantifié dans quelle mesure la cause et l'effet d'un système peuvent être expliqués par les répertoires de ses composants.

Et «l'information conceptuelle intégrée» a été utilisée comme expression de l'action collective du groupe de l'école de poissons, à peu près à quel point le comportement des membres individuels dépend du comportement du groupe.

Le but de l'IIT est d'essayer de faire passer le paradigme de «ce qu'un système fait» à «ce qu'est un système». Le premier essaie d'analyser le système sur la base d'un comportement observable, tandis que le second essaie de déterminer sa structure causale intrinsèque, « 

Takayuki Niizato, professeur, Université de Tsukuba

Ce travail peut aider à percer certaines questions vraiment difficiles entourant la dynamique de groupe qui émergent naturellement lorsque des composants simples se rejoignent pour former un groupe complexe.

Cela peut également aider au développement de robots «grouillants» qui, comme les bancs de poissons ou les colonies de fourmis, utilisent ce principe pour atteindre des objectifs complexes.

La source:

Référence de la revue:

Niizato, T et al. (2020) Quatre types d'intégrité de groupe induite par l'IIT Plecoglossus altivelis. Entropie. doi.org/10.3390/e22070726.

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