(a) Illustration d'un agent (représenté ici comme un poisson) à une orientation aléatoire au premier pas de temps (=0, bleu) et passer à l'état de sursaut (=1, rouge). Lorsqu'ils sont directement surpris par une menace, les agents réagissent en se réorientant instantanément vers une direction de référence, avec un peu de bruit (2). Sans perte de généralité, la direction de référence est fixée à zéro degré. (b) Illustration de deux agents. Lorsqu'ils sont surpris indirectement par des signaux sociaux, les agents se déplacent dans la direction moyenne de leurs voisins surpris. Dans cette illustration, seule la différence d'orientation entre deux agents est représentée, avec le bruit (1) qui s'ajoute à la différence d'orientation, qui représente le bruit dans la capacité de l'agent à détecter l'orientation de son voisin. Crédit :Institut américain de physique (AIP)
Alors que la panique se répand, un banc entier (collectif) de poissons répond à une menace entrante en quelques secondes, apparemment comme un seul corps, changer de cap et échapper à un prédateur menaçant. Pendant ces quelques secondes, l'information infusée de panique - plus techniquement connue sous le nom de réponse de sursaut - se propage dans le collectif, avertir les poissons du groupe qui, autrement, n'auraient aucun moyen de détecter une telle menace. Les modes de diffusion de cette information et le rôle joué par la dynamique de position peuvent nous aider à mieux planifier les urgences.
Amanda Chicoli est biologiste post-doctorale à la Carnegie Institution for Science à Baltimore, et elle a fait équipe avec Derek Paley, professeur au département de génie aérospatial de l'Université du Maryland, Parc du Collège, étudier et modéliser cette transmission d'informations. Leur travail apparaît dans le le chaos .
"L'idée de départ de ce projet est née de ma thèse de doctorat en comportement collectif, ma propre expertise en biologie sensorielle des poissons, et l'expertise du Dr Paley dans les systèmes d'oscillateurs couplés, " a déclaré Chicoli. Systèmes d'oscillateurs couplés, comme des pendules captifs ou des ressorts connectés par exemple, sont souvent utilisés pour modéliser des systèmes plus complexes en science, des molécules aux bancs de poissons.
Superficiellement, un seul banc de poissons - ou même juste un réseau de sources assorties - peut sembler simple. Mais les facteurs jouant un rôle dans la réponse du groupe peuvent devenir complexes très facilement. Dans cette étude, Chicoli et Paley ont examiné l'orientation des poissons dans la collection, et l'influence qu'il peut avoir sur la façon dont le groupe tout entier échappe à une menace.
"L'un des principaux objectifs de cette étude était d'étudier le rôle de la polarisation (alignement) sur la transmission d'informations et la réponse collective à une menace. Le modèle prédit une propagation plus rapide des informations sur les menaces dans des groupes fortement alignés, et des réponses plus lentes mais plus précises dans les groupes qui ne s'alignent qu'après qu'une menace a été détectée, " dit Chicoli.
En réalité, c'est cet alignement (en nageant) qui caractérise un rassemblement social de poissons, ou un banc de poissons, comme banc de poissons. Bien qu'il puisse sembler intuitif qu'un banc de poissons ait un alignement commun à des fins telles que l'évasion rapide, mais prouver que ce n'est pas si clair.
« L'alignement des bancs de poissons est généralement considéré comme impliqué dans la défense des prédateurs, Cependant, il est difficile de tester directement cela avec des méthodes expérimentales, " dit Chicoli, décrivant leurs méthodes. « Le modèle intègre plusieurs processus théoriques de prise de décision :la décision sur la direction à prendre, s'il faut répondre à une menace, et avec qui interagir."
Le modèle spécifique utilisé, appelé modèle susceptible-infecté-éliminé (SIR), était en fait une méthode plus couramment utilisée pour calculer la propagation des maladies et s'est avérée s'appliquer avec précision aux bancs de poissons.
"Le modèle SIR a été choisi car il s'agit d'un modèle probabiliste de transmission de la maladie (ou de l'information) à travers un groupe. De nombreux processus biologiques, y compris la sursaut d'un prédateur, sont de nature probabiliste, " Chicoli a dit. " Il y a une certaine probabilité de remarquer le prédateur, une certaine probabilité de répondre, et une certaine probabilité de s'échapper. Ces probabilités peuvent également être observées expérimentalement aux niveaux comportementaux physiologiques. »
« A ma connaissance… c'est la première étude à modéliser directement la transmission de l'information à l'école, " Chicoli a également déclaré. " Les résultats des tests de notre modèle suggèrent que le degré d'alignement dans les groupes de poissons peut impliquer un compromis vitesse-précision; ils pourraient aussi être interprétés en termes de processus de prise de décision en groupe.
Spécifiquement, leurs travaux ont révélé et quantifié la relation entre diverses configurations d'orientation et la précision et la vitesse des réponses. Ils ont trouvé des corrélations surprenantes.
"Nous ne nous attendions pas à trouver des réponses plus précises dans les groupes initialement orientés au hasard. Nous ne nous attendions pas non plus à ce que la probabilité la plus élevée de répondre à la menace externe étudiée corresponde à moins d'individus répondant, " a déclaré Chicoli. " Ce résultat est dû à la nature de notre modèle de sursaut, qui est basé sur la propagation de la maladie. Puisque les individus ne sursautent pas, si trop d'agents surprennent sans diffuser l'information, les sursauts s'éteignent avant de se propager et moins d'individus réagissent globalement."
Quant à l'impact potentiel pour les personnes, notamment dans les situations d'urgence, ces résultats et ceux à venir peuvent fournir des informations précieuses lors de la conception et de la planification de tels événements.
Chicoli a dit, " Surtout, le modèle peut être pertinent pour étudier comment les individus réagiront au mouvement des autres dans un groupe afin de décider quelle direction prendre ou quelle voie de sortie suivre. Par exemple, si vous aviez une grande foule qui se dirigeait tous vers une porte de sortie, lorsque deux portes sont disponibles, un individu suivrait-il le groupe ou choisirait-il la porte disponible sans foule ?"
Envie de continuer à travailler, la relative simplicité du modèle offre de nombreuses façons de le mettre à l'échelle et de l'améliorer, à la fois dans le contexte des bancs de poissons et plus largement en termes de comportement animal. Informations, après tout, est la monnaie la plus fondamentale de la nature.
"Dans les versions futures, il serait utile d'inclure les capacités sensorielles et les limitations pour différentes espèces d'intérêt pour évaluer comment cela affecte les résultats, et de sonder le rôle des différentes modalités sensorielles dans la transmission de l'information, ", a déclaré Chicoli.
"Le modèle peut être utilisé pour faire varier la taille du groupe et le nombre d'individus informés sur l'espace des paramètres pour évaluer les conditions dans lesquelles les individus bien informés ont le plus d'influence. Il a déjà été démontré qu'un petit nombre d'individus bien informés suscitent une réponse à la fois de la petite et grand."
À une époque où l'on se concentre de plus en plus sur l'augmentation du volume d'informations disponibles, mais aussi à la manière dont ces informations circulent, il se peut qu'il y ait encore plus de potentiel d'application de ces efforts à venir.
