Todos los animales, grandes y pequeños, viven todos los días en un mundo incierto. Ya seas un ser humano o un insecto, confías en tus sentidos para ayudarte a navegar y sobrevivir en tu mundo. Pero, ¿qué impulsa esta sensación esencial?
Como era de esperar, los animales mueven sus órganos sensoriales, como ojos, oídos y narices, mientras están buscando. Imagínese un gato girando sus orejas para capturar sonidos importantes sin necesidad de mover su cuerpo. Pero la posición y orientación precisas que toman estos órganos de los sentidosa lo largo del tiempo durante el comportamiento no es intuitivo, y las teorías actuales no predicen bien estas posiciones y orientaciones.
Ahora, un equipo de investigación de la Universidad Northwestern ha desarrollado una nueva teoría que puede predecir el movimiento de los órganos sensoriales de un animal mientras busca algo vital para su vida.
Los investigadores aplicaron la teoría a cuatro especies diferentes que involucraban tres sentidos diferentes incluidos la visión y el olfato y encontraron que la teoría predijo el comportamiento sensorial observado de cada animal. La teoría podría usarse para mejorar el rendimiento de los robots que recopilan información y posiblementeaplicada al desarrollo de vehículos autónomos donde la respuesta a la incertidumbre es un gran desafío.
"Los animales se ganan la vida a través del movimiento", dijo Malcolm A. MacIver, quien dirigió la investigación. "Para encontrar comida y parejas e identificar amenazas, necesitan moverse. Nuestra teoría proporciona información sobre cómo los animales juegan con la cantidad de energíagastar para obtener la información útil que necesitan ".
MacIver es profesor de ingeniería biomédica y mecánica en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern y profesor de neurobiología nombramiento de cortesía en la Facultad de Artes y Ciencias de Weinberg.
La nueva teoría, llamada apuestas proporcionales con restricción de energía proporciona una explicación unificadora de muchos movimientos enigmáticos de órganos sensoriales que se han medido previamente. El algoritmo que se deriva de la teoría genera movimientos de órganos sensoriales simulados que muestran una buena concordancia con los movimientos de órganos sensoriales realesde peces, mamíferos e insectos.
El estudio fue publicado hoy 22 de septiembre por la revista eLife . La investigación proporciona un puente entre la literatura sobre el movimiento animal y los enfoques energéticos y basados en la teoría de la información para la detección.
MacIver es el autor correspondiente. Chen Chen, estudiante de doctorado en el laboratorio de MacIver, es el primer autor, y Todd D. Murphey, profesor de ingeniería mecánica en McCormick, es coautor.
El algoritmo muestra que los animales intercambian la operación energéticamente costosa del movimiento para apostar a que las ubicaciones en el espacio serán informativas. La cantidad de energía en última instancia, alimentos que necesitan comer que están dispuestos a apostar, muestran los investigadores, es proporcional a lainformatividad esperada de esos lugares.
"Si bien la mayoría de las teorías predicen cómo se comportará un animal cuando en gran parte ya sabe dónde está algo, la nuestra es una predicción para cuando el animal sabe muy poco, una situación común en la vida y fundamental para la supervivencia", dijo Murphey.
El estudio se centra en peces eléctricos gimnótidos sudamericanos, utilizando datos de experimentos realizados en el laboratorio de MacIver, pero también analiza conjuntos de datos publicados anteriormente sobre el topo ciego del este de América, la cucaracha americana y la polilla de halcón colibrí. Los tres sentidos eran electrosensibles pez eléctrico, visión polilla y olor topo y cucaracha.
La teoría proporciona una solución unificada al problema de no gastar demasiado tiempo y energía moviéndose para obtener información de muestra, mientras se obtiene suficiente información para guiar el movimiento durante el seguimiento y los comportamientos exploratorios relacionados.
"Cuando miras las orejas de un gato, a menudo lo verás girando para tomar muestras de diferentes ubicaciones del espacio", dijo MacIver. "Este es un ejemplo de cómo los animales colocan constantemente sus órganos sensoriales para ayudarlos a absorber información de losambiente. Resulta que están sucediendo muchas cosas debajo de la superficie en el movimiento de los órganos de los sentidos como los oídos, los ojos y la nariz ".
El algoritmo es una versión modificada de uno que Murphey y MacIver desarrollaron hace cinco años en su trabajo de robótica bioinspirada. Tomaron observaciones de estrategias de búsqueda de animales y desarrollaron algoritmos para que los robots imitaran esas estrategias de animales. Los algoritmos resultantes dieron a Murphey y MacIverpredicciones concretas sobre cómo los animales podrían comportarse cuando buscan algo, lo que lleva al trabajo actual.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Northwestern . Original escrito por Megan Fellman. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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