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为探究集体运动机制,研究人员对沙漠蝗虫研究发现其不符 “自推进粒子” 模型,挑战传统认知。
大约 20 年前,一项发表于《科学》杂志的关于蝗虫集体运动的研究得出结论:动物集体运动的方式与粒子类似。这一结论为后续诸多关于自然界中此类运动的研究奠定了基调。Sayin 等人(包括原研究的作者)综合野外和实验室研究发现,蝗虫,甚至可能包括其他集体运动的动物,并不遵循 “自推进(self-propelled)” 粒子模型(见 Buhl 和 Simpson 撰写的《视角》一文)。相反,他们发现感觉和认知机制在动物间的相互作用中起调节作用。
集体运动(Collective motion)在自然界中普遍存在,传统上,理论物理学中的 “自推进粒子(self-propelled particle)” 模型用于解释这一现象。研究人员通过野外、实验室以及虚拟现实实验发现,经典的集体行为模型无法解释沙漠蝗虫(Desert locusts)群体行军时集体运动是如何产生的。要知道,沙漠蝗虫的群体活动影响着数百万人的生计。与这些模型的假设不同,蝗虫并不会明确地与邻近个体保持一致行动。虽然个体蝗虫会通过视动反应(optomotor response)对移动的点刺激做出反应,但这种天生的行为并不能调节蝗虫对邻近个体的社交反应。实际上,不同规模的蝗虫行军行为,可以用一个极简认知框架来解释。这个框架纳入了个体对邻近蝗虫方位的神经表征,以及做出方向选择时的内部共识动态机制。该研究结果对长期以来关于动物群体中如何从无序产生有序的观点发起了挑战。