개미 군체는 결정을 내릴 때 신경망처럼 행동합니다

Apr 29, 2023

기온이 상승하고 있으며, 한 개미 집단은 곧 집단적 결정을 내려야 할 것입니다. 각각의 개미는 발 밑에서 뜨거워지는 열기를 느끼지만 평소처럼 계속 나아가다가 갑자기 방향을 바꾸게 됩니다. 전체 그룹이 하나되어 달려갑니다. 대피 결정이 내려졌습니다. 그것은 마치 개미 집단이 더 크고 집단적인 마음을 갖고 있는 것과 같습니다.

새로운 연구에 따르면 실제로 개미 집단은 뇌의 뉴런 네트워크와 유사하게 행동합니다.

Rockefeller의 Daniel Kronauer와 박사후 연구원 Asaf Gal은 개미 군집의 의사 결정을 꼼꼼하게 분석하기 위한 새로운 실험 장치를 개발했습니다. 미국국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 보고된 바와 같이, 그들은 기온 상승으로 인해 군집이 대피할 때 그 결정은 열 증가의 크기와 개미 그룹의 크기에 따라 결정된다는 사실을 발견했습니다.

연구 결과에 따르면 개미는 감각 정보를 그룹의 매개변수와 결합하여 그룹 반응에 도달합니다. 이는 결정을 내리는 신경 계산과 유사한 프로세스입니다.

사회 진화 및 행동 연구소 소장인 크로나우어(Kronauer)는 "우리는 개미 군집을 입력을 인식하고 이를 행동 결과로 변환하는 인지적 시스템으로 이해하는 접근 방식을 개척했습니다."라고 말했습니다. "이것은 곤충 사회가 어떻게 집단 계산에 참여하는지 실제로 이해하기 위한 첫 번째 단계 중 하나입니다."

가장 기본적인 수준에서 의사결정은 이익을 극대화하고 비용을 최소화하기 위한 일련의 계산으로 귀결됩니다. 예를 들어 감각 반응 역치화라고 하는 일반적인 유형의 의사 결정에서 동물은 열과 같은 감각 입력을 특정 수준 이상으로 감지하여 멀어지는 것과 같은 비용이 많이 드는 특정 행동을 생성해야 합니다. 온도 상승이 충분히 크지 않으면 비용을 들일 가치가 없습니다.

Kronauer와 Gal은 그룹 역학이 작용하는 집단 수준에서 이러한 유형의 정보 처리가 어떻게 발생하는지 조사하고 싶었습니다. 그들은 온도 상승을 제어하여 개미 군집을 정확하게 교란시킬 수 있는 시스템을 개발했습니다. 개별 개미와 전체 군집의 행동 반응을 추적하기 위해 그들은 각 곤충에 서로 다른 색상의 점을 표시하고 추적 카메라로 그들의 움직임을 추적했습니다.

연구자들이 예상한 대로, 36마리의 일개미와 18마리의 유충으로 구성된 집단은 기온이 약 34°C에 도달했을 때 믿음직스럽게 둥지에서 대피했습니다. Kronauer는 "너무 불편해지면 떠나기" 때문에 이 발견은 직관적으로 이해가 된다고 말합니다.

그러나 연구자들은 개미가 단순히 온도 자체에만 반응하는 것이 아니라는 사실에 놀랐습니다. 그들이 군집의 크기를 10명에서 200명으로 늘렸을 때, 퇴거 결정을 촉발하는 데 필요한 온도가 증가했습니다. 예를 들어, 200마리의 개체군은 기온이 36°C를 넘을 때까지 버텼습니다. "임계값은 고정되어 있지 않은 것 같습니다. 오히려 그룹 크기에 따라 변경되는 창발적인 속성입니다."라고 Kronauer는 말합니다.

개별 개미는 자신의 군집 크기를 알지 못하는데, 개미의 결정이 어떻게 그것에 달려 있을 수 있습니까? 그와 갈은 그 설명이 개미들 사이에 정보를 전달하는 보이지 않는 메신저인 페로몬이 더 많은 개미가 존재할 때 그 효과를 확장하는 방식과 관련이 있다고 의심합니다. 그들은 그러한 메커니즘이 타당하다는 것을 보여주기 위해 수학적 모델을 사용합니다. 그러나 그들은 더 큰 식민지가 상점을 포장하기 위해 더 높은 온도를 요구하는 이유를 모릅니다. Kronauer는 식민지의 크기가 클수록 재배치가 더 어려워지고 재배치가 발생하는 임계 온도가 높아질 수 있다고 모험합니다.

향후 연구에서 Kronauer와 Gal은 더 많은 매개변수를 간섭하고 곤충이 어떻게 반응하는지 관찰함으로써 개미 군집의 의사 결정 과정에 대한 이론적 모델을 개선하기를 희망합니다. 예를 들어, 그들은 개미 울타리의 페로몬 수준을 조작하거나 온도 변화를 감지하는 다양한 능력을 가진 유전자 변형 개미를 만들 수 있습니다. "지금까지 우리가 할 수 있었던 것은 시스템을 교란시키고 출력을 정확하게 측정하는 것이었습니다."라고 Kronauer는 말했습니다. "장기적으로는 시스템을 리버스 엔지니어링하여 내부 작동 방식을 점점 더 자세히 추론하는 것이 아이디어입니다."