Tutti gli animali, dagli insetti agli umani, fanno affidamento sui propri sensi come uno degli strumenti più importanti per la sopravvivenza. Gli organi sensoriali come occhi, orecchie e naso vengono utilizzati durante la ricerca di cibo o il rilevamento di minacce. Tuttavia, la posizione e l’orientamento effettivi degli organi di senso non sono intuitivi e le teorie attualmente utilizzate non sono in grado di fare previsioni sulla posizione e l’orientamento.
Ora le cose stanno cambiando con i nuovi sviluppi che vengono dalla Northwestern University. Un team di ricercatori ha escogitato una nuova teoria che è in grado di prevedere il movimento degli organi sensoriali di un animale, in particolare quando quell’animale è alla ricerca di qualcosa di importante come il cibo.
La ricerca è stata pubblicata il 22 settembre sulla rivista eLife .
Scommesse proporzionali con vincoli energetici
La nuova teoria, denominata scommessa proporzionale con vincoli energetici, è stata applicata a quattro diverse specie di animali e ha coinvolto tre diversi sensi, tra cui la vista e l’olfatto. Il team ha dimostrato come la teoria potrebbe prevedere il comportamento di rilevamento osservato di ogni animale.
Questa nuova teoria potrebbe avere implicazioni nel campo della robotica, probabilmente migliorando le prestazioni del robot quando si tratta di raccogliere informazioni. Potrebbe anche fare la differenza nello sviluppo di veicoli autonomi, migliorando in particolare la loro risposta all’incertezza.
Malcolm A. Maclver ha guidato la promettente ricerca. È anche professore di ingegneria biomedica e meccanica presso la McCormick School of Engineering della Northwestern, nonché professore di neurobiologia presso il Weinberg College of Arts and Sciences.
“Gli animali si guadagnano da vivere attraverso il movimento”, ha detto Maclver. “Per trovare cibo e compagni e per identificare le minacce, hanno bisogno di muoversi. La nostra teoria fornisce informazioni su come gli animali scommettono su quanta energia spendere per ottenere le informazioni utili di cui hanno bisogno “.
La nuova teoria fa luce sui diversi movimenti degli organi sensoriali e l’algoritmo risultante ha generato movimenti degli organi sensoriali simulati. Questi movimenti generati concordavano con i movimenti degli organi sensoriali della vita reale di pesci, mammiferi e insetti.
Chen Chen è uno studente di dottorato nel laboratorio di Maclver e il primo autore, mentre Todd D. Murphey, professore di ingegneria meccanica presso McCormick, è un coautore.
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Il movimento costa molta energia per gli animali e spendono quell’energia mentre giocano che i luoghi in cui si stanno spostando saranno informativi. La quantità di energia derivata dal cibo che sono disposti a spendere è proporzionale al valore atteso di quei luoghi, secondo i ricercatori.
“Mentre la maggior parte delle teorie prevede come si comporterà un animale quando in gran parte sa già dove si trova qualcosa, la nostra è una previsione per quando l’animale sa molto poco – una situazione nella vita e fondamentale per la sopravvivenza”, dice Murphey.
La ricerca si è concentrata sul pesce elettrico gimnotide del Sud America e gli esperimenti sono stati eseguiti nel laboratorio di Maclver. Tuttavia, non erano tutti nuovi dati, poiché il team ha utilizzato i set di dati pubblicati in passato sulla talpa cieca dell’America orientale, lo scarafaggio americano e il colibrì hawkmoth.
I tre sensi su cui ci si è concentrati includono l’elettrosenso con il pesce elettrico, la visione con la falena e l’odore con la talpa e lo scarafaggio.
La teoria di nuova concezione porta a risparmiare più energia e tempo quando ci si sposta per raccogliere informazioni. Allo stesso tempo, ci sono informazioni sufficienti per guidare il monitoraggio e altri comportamenti esplorativi comuni tra gli animali.
“Quando guardi le orecchie di un gatto, le vedrai spesso ruotare per campionare diverse posizioni dello spazio”, ha detto Maclver. “Questo è un esempio di come gli animali posizionano costantemente i loro organi sensoriali per aiutarli ad assorbire le informazioni dall’ambiente. Si scopre che stanno succedendo molte cose sotto la superficie nel movimento degli organi di senso come orecchie, occhi e naso “.
