Une nouvelle théorie prédit le mouvement de différents animaux en utilisant la détection pour rechercher –

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  • Tous les animaux, petits et grands, vivent chaque jour dans un monde incertain. Que vous soyez un être humain ou un insecte, vous comptez sur vos sens pour vous aider à naviguer et à survivre dans votre monde. Mais qu’est-ce qui motive cette sensation essentielle?

    Sans surprise, les animaux bougent leurs organes sensoriels, tels que les yeux, les oreilles et le nez, pendant qu’ils cherchent. Imaginez un chat faisant pivoter ses oreilles pour capturer les sons importants sans avoir à bouger son corps. Mais la position et l’orientation précises que ces organes sensoriels prennent au fil du temps pendant le comportement ne sont pas intuitives, et les théories actuelles ne prédisent pas bien ces positions et orientations.

    Maintenant, une équipe de recherche de l’Université Northwestern a développé une nouvelle théorie qui peut prédire le mouvement des organes sensoriels d’un animal tout en recherchant quelque chose de vital pour sa vie.

    Les chercheurs ont appliqué la théorie à quatre espèces différentes qui impliquaient trois sens différents (y compris la vision et l’odorat) et ont découvert que la théorie prédisait le comportement de détection observé de chaque animal. La théorie pourrait être utilisée pour améliorer les performances des robots collectant des informations et éventuellement appliquée au développement de véhicules autonomes où la réponse à l’incertitude est un défi majeur.

    «Les animaux gagnent leur vie grâce au mouvement», a déclaré Malcolm A. MacIver, qui a dirigé la recherche. “Pour trouver de la nourriture et des compagnons et pour identifier les menaces, ils doivent se déplacer. Notre théorie donne un aperçu de la façon dont les animaux jouent sur la quantité d’énergie à dépenser pour obtenir les informations utiles dont ils ont besoin.”

    MacIver est professeur de génie biomédical et mécanique à la McCormick School of Engineering du Northwestern et professeur de neurobiologie (nomination de courtoisie) au Weinberg College of Arts and Sciences.

    La nouvelle théorie, appelée paris proportionnel à énergie contrainte, fournit une explication unificatrice de nombreux mouvements énigmatiques des organes sensoriels qui ont été précédemment mesurés. L’algorithme qui découle de la théorie génère des mouvements d’organes sensoriels simulés qui montrent un bon accord avec les mouvements d’organes sensoriels réels des poissons, des mammifères et des insectes.

    L’étude a été publiée aujourd’hui (22 septembre) par la revue eLife. La recherche établit un pont entre la littérature sur les mouvements et l’énergétique des animaux et les approches de détection basées sur la théorie de l’information.

    MacIver est l’auteur correspondant. Chen Chen, un Ph.D. étudiant dans le laboratoire de MacIver, est le premier auteur, et Todd D. Murphey, professeur de génie mécanique à McCormick, est co-auteur.

    L’algorithme montre que les animaux échangent l’opération énergétiquement coûteuse du mouvement pour parier que les emplacements dans l’espace seront informatifs. La quantité d’énergie (en fin de compte la nourriture dont ils ont besoin pour manger) qu’ils sont prêts à jouer, montrent les chercheurs, est proportionnelle à l’informativité attendue de ces lieux.

    “Alors que la plupart des théories prédisent comment un animal se comportera quand il sait déjà en grande partie où se trouve quelque chose, la nôtre est une prédiction pour le moment où l’animal en sait très peu – une situation courante dans la vie et essentielle à la survie”, a déclaré Murphey.

    L’étude se concentre sur les poissons électriques gymnotidés d’Amérique du Sud, en utilisant des données d’expériences réalisées dans le laboratoire de MacIver, mais analyse également des ensembles de données déjà publiés sur la taupe aveugle de l’Est américain, la blatte américaine et le colibri hawkmoth. Les trois sens étaient l’électrosense (poisson électrique), la vision (papillon de nuit) et l’odorat (taupe et gardon).

    La théorie fournit une solution unifiée au problème de ne pas passer trop de temps et d’énergie à se déplacer pour échantillonner des informations, tout en obtenant suffisamment d’informations pour guider le mouvement pendant le suivi et les comportements exploratoires associés.

    “Lorsque vous regardez les oreilles d’un chat, vous les verrez souvent pivoter pour échantillonner différents endroits de l’espace”, a déclaré MacIver. “C’est un exemple de la façon dont les animaux positionnent constamment leurs organes sensoriels pour les aider à absorber les informations de l’environnement. Il se trouve qu’il se passe beaucoup de choses sous la surface dans le mouvement des organes sensoriels comme les oreilles, les yeux et le nez.”

    L’algorithme est une version modifiée d’un Murphey et MacIver développé il y a cinq ans dans leur travail de robotique bio-inspiré. Ils ont observé des stratégies de recherche d’animaux et développé des algorithmes pour que les robots imitent ces stratégies animales. Les algorithmes qui en résultent ont donné à Murphey et MacIver des prédictions concrètes sur la façon dont les animaux pourraient se comporter lors de la recherche de quelque chose, menant au travail actuel.

    Source de l’histoire:

    Matériaux fourni par Université du nord-ouest. Original écrit par Megan Fellman. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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