Беручи колективне рішення, бджоли-розвідники переконують опонентів замовкнути • Олександр Марков • Новини науки на "Елементи" • Етологія, Біологія, Нейробиология, Ентомологія

Беручи колективне рішення, бджоли-розвідники переконують опонентів замовкнути

Бджолиний рій очікує, поки розвідники оберуть місце для поселення. Фото з сайту www.texasento.net

Механізми прийняття рішень нейронними мережами мозку і колективами громадських тварин багато в чому схожі. В обох випадках відбувається щось на зразок "голосування", результат якого залежить від балансу сил між групами збудливих об'єктів (нейронів або особин), які отримують різну інформацію з навколишнього середовища і голосуючих за одне з декількох можливих рішень. Американські та британські біологи виявили, що ключова особливість нейронних мереж, здатних до прийняття рішень, – взаємне гальмування – характерна і для бджолиного рою, вибирає місце для поселення. Бджоли-розвідники не тільки танцюють, запрошуючи рій летіти в облюбоване ними місце, але і за допомогою спеціальних сигналів "переконують" опонентів (розвідників, які агітують за інше рішення) припинити свій танець. Взаємне гальмування підвищує надійність системи прийняття рішень, допомагаючи рою уникнути ситуації буриданова осла.

Механізми прийняття колективних рішень в останні роки вивчаються досить активно (див. Посилання внизу). В ході цих досліджень виявилося значну схожість принципів прийняття рішень нейронними мережами мозку і колективами громадських організмів.В обох випадках нерідко використовується "демократична" процедура, що нагадує голосування. Різні групи нейронів або особин, збираючи і інтегруючи різнорідну і суперечливу інформацію з навколишнього середовища, "голосують" за одне з декількох можливих рішень. Коли ступінь активації (збудження) однієї з груп перевищує певний пороговий рівень, система робить свій вибір і починає діяти відповідно до прийнятого рішення. Цей принцип використовується навіть в таких складних ситуаціях, як рішення моральних дилем (див .: Почуття справедливості засноване на емоціях, а не на розумі, "Елементи", 03.06.2008).

Характерною особливістю нейронних мереж, здатних до прийняття рішень, є взаємне гальмування. Групи нейронів, "голосують" за взаємно несумісні варіанти дій, посилають один одному гальмують сигнали (найпростіший приклад: нейрони, що керують м'язами-разгибателями кінцівки, при порушенні посилають гальмують сигнали нейронам, керуючим м'язами-сгибателями цієї кінцівки).

Чи використовується взаємне гальмування соціальними тваринами при прийнятті колективних рішень? Американські та британські біологи вирішили перевірити це на бджолах,у яких життя кожної нової колонії починається з прийняття непростого колективного рішення.

Бджолиний рій, що вилітає з рідного гнізда для заснування нової сім'ї, складається з декількох тисяч особин. З їх числа кілька сотень найстаріших і досвідчених бджіл беруть на себе роль розвідниць. Рой повисає ( "прищеплюється") на якому-небудь сучку неподалік від рідного вулика і чекає, поки розвідниці знайдуть місце для нового гнізда.

Розвідниця, яка виявила відповідне дупло або незайнятий вулик, повертається до рою і повідомляє товаришам про місцезнаходження своєї знахідки. Вона робить це за допомогою того ж самого "виляє" танцю (див. Waggle dance), який під час збору нектару і пилку використовується для інформування родичів про місця з багатим взятком. Це може спонукати інших розвідниць відвідати вказане місце, і якщо вони вважатимуть його гідною кандидатурою, то теж почнуть танцювати, агітуючи інших. Щоб рій прийняв колективне рішення і полетів облаштовувати нове житло, загальна інтенсивність танців "за" одне з можливих місць для поселення повинна досягти якогось критичного порога. Момент, коли рішення прийнято, можна відстежити по особливим високочастотним сигналам ( "писку", piping signals), які починають видаватися розвідницями. Сенс цих сигналів – "місце вибрано, розігріваємося і летимо".Якщо підходящих місць знайдено кілька, і за кожне з них "виступає" своя група розвідниць, сперечальники повинні якимось чином прийти до консенсусу – інакше процедура прийняття рішення може надмірно затягнутися, і рій виявиться в положенні буриданова осла. Розділятися рою не можна, тому що матка в ньому, як правило, тільки одна.

Автори припустили, що бджоли можуть використовувати для досягнення консенсусу механізм взаємного гальмування, подібно до того, як це відбувається в нейронних мережах мозку. Раніше було показано, що бджоли-розвідниці використовують особливий "стоп-сигнал", щоб переконати своїх колег припинити танці, що закликають збиральниць нектару і пилку летіти туди, де їх може підстерігати небезпека. Бджола, піддалася атаці бджіл-конкурентів, після повернення у вулик починає за допомогою цих сигналів "переконувати" інших розвідниць припинити танці, направляючі робочих в небезпечне місце (див .: Nieh, 2010. A Negative Feedback Signal That Is Triggered by Peril Curbs Honey Bee Recruitment, PDF, 858 Кб). Стоп-сигнал полягає в тому, що бджола тикається головою в танцюючу розвідницю і дуже швидко (з частотою близько 350 Гц) вібрує крильцями протягом 150-200 мс, видаючи характерне різке дзижчання.Танцорша, що отримала стоп-сигнал, зазвичай не припиняє танець негайно, але очікувана тривалість танцю знижується в міру зростання числа отриманих стоп-сигналів.

Логічно припустити, що при виборі місця для поселення бджоли можуть використовувати стоп-сигнали для взаємного гальмування. Спостереження за п'ятьма роями за допомогою відеокамер і чутливих мікрофонів показали, що розвідниці, які вибирають місце для заснування колонії, дійсно користуються стоп-сигналами в спілкуванні один з одним. Як це відбувається, можна побачити в доданому до обговорюваної статті відеофільмі: там показано, як танцює розвідниця, позначена блакитною та жовтою фарбою, отримує три стоп-сигналу від розвідниці з рожевою міткою.

Статистична обробка результатів спостережень підтвердила, що стоп-сигнали і в цьому випадку, як і при зборі нектару і пилку, цілком ефективні: ймовірність дострокового припинення танцю достовірно зростає в міру зростання числа отриманих стоп-сигналів.

Тепер потрібно було з'ясувати, чи дійсно стоп-сигнали використовуються конкуруючими партіями розвідниць для того, щоб вгамувати опонентів (і, відповідно, підвищити шанси своєї точки зору на перемогу в "голосуванні").Для цього автори випускали бджолиний рій на ізольованому острові, де не було відповідних природних притулків, але було два однакових штучних вулика. Розвідниць, що прилітали до кожного з вуликів, мітили кольоровими мітками. Поведінка розвідниць на поверхні рою, як і в попередніх дослідах, записували на відео.

Виявилося, що розвідниці по-різному використовують стоп-сигнали до і після прийняття роєм колективного рішення. У фазі "пошуку і вибору", поки загальне рішення ще не прийнято, розвідниці в більшості випадків подають стоп-сигнали саме своїм опонентам, тобто бджолам, що закликає летіти до іншого вулика. Це підтверджує гіпотезу про взаємне гальмуванні. Після прийняття колективного рішення, в фазі "розігріву перед польотом до вибраного вулика", стоп-сигнали подаються вже безвиборочно (і дуже активно) всім бджолам, які ще продовжують танцювати. Сенс цих дій, ймовірно, в тому, щоб все розвідниці припинили розвідувальні польоти, були на місці і не загубилися, коли рій нарешті зніметься з місця й полетить до вибраного вулика.

Розподіл стоп-сигналів в процесі вибору роєм місця для поселення (при наявності двох однакових порожніх вуликів). Дві діаграми (верхня і нижня) відображають спостереження за двома роями. за горизонтальній осі – час. Вертикальними синіми стрілками показаний момент прийняття колективного рішення, який маркується початком "писку" (piping signals). У верхній частині кожної з діаграм – графіки, що показують кількість стоп-сигналів, отриманих танцюристами з жовтою міткою (вгорі) І з рожевою міткою (внизу). Танці без стоп-сигналів відзначені маленькими вертикальними рисками, Танці зі стоп-сигналами – кольоровими стовпчиками. Видно, що до прийняття спільного рішення жовті танцюристи отримують стоп-сигнали переважно від рожевих розвідників і навпаки; після прийняття рішення ця вибірковість зникає. У нижній частині кожної діаграми показано загальне число piping signals (чорні лінії) І позначених розвідників (жовті і червоні лінії). Малюнок з обговорюваної статті в Science

У заключній частині статті автори показують за допомогою математичного моделювання, що взаємне гальмування радикально знижує ймовірність того, що рій "зависне" між двома рівноцінними альтернативами і не зможе прийти ні до якого рішення. Таке "зависання", тобто стійку рівновагу сил між сперечаються партіями розвідників, в моделі виникає, наприклад, в тому випадку,якщо бджоли в ході "дебатів" подають стоп-сигнали іншим розвідниця безвиборочно або подають їх занадто рідко. Взаємне гальмування забезпечує швидке досягнення кворуму в будь-якій ситуації. Якщо альтернативи абсолютно рівноцінні (за кожен з двох вуликів спочатку голосує рівне число розвідниць), то рішення в підсумку приймається випадковим чином. Якщо ж одна з партій хоч трохи перевершує іншу, вона неминуче перемагає.

Таким чином, робота показала, що схожість механізмів прийняття рішень громадськими комахами і нейронними мережами мозку ще глибше, ніж думали до цих пір. Їх об'єднує не тільки спільний принцип "демократичного голосування" конкуруючих партій, але і алгоритм взаємного гальмування. На думку авторів, дивовижну схожість функціональної організації двох абсолютно різних систем: мозку, зробленого з нейронів, і рою, зробленого з бджіл, пояснюється тим, що в ході еволюції обидві системи були оптимізовані відбором для надійного та ефективного прийняття оптимальних рішень.

джерело: Thomas D. Seeley, P. Kirk Visscher, Thomas Schlegel, Patrick M. Hogan, Nigel R. Franks, James A. R. Marshall. Stop Signals Provide Cross Inhibition in Collective Decision-Making by Honeybee Swarms // Science. 2012. V. 335. P. 108-111.

Див. Також про прийняття колективних рішень:

1) "Почуття кворуму": прийняття колективних рішень в макро- і мікросвіті, "Елементи", 02.04.2009.
2) Таргани прийняли роботів в свій колектив з правом вирішального голосу, "Елементи", 16.11.2007.
3) Риби допомагають один одному вибрати правильне рішення, "Елементи", 11.02.2011.
4) Вимірювання "колективного інтелекту" виявилося можливим, "Елементи", 03.11.2010.

Олександр Марков


Like this post? Please share to your friends:
Залишити відповідь

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: