Comportement collectif | Vers l'IA

Pêcher pour mieux comprendre

Le comportement collectif peut être vu tout autour de nous. Ce qui définit vraiment les modèles de comportement collectifs, c'est qu'il n'y a pas d'orchestrateur global qui dirige un pouvoir, mais plutôt de nombreux agents individuels communiquant ou interagissant localement, ce qui leur permet de se synchroniser ou de se coordonner avec la population.

Le comportement collectif peut commencer à être modélisé selon deux modes, le lagrangien et le eulérien. Pour le modèle lagrangien, la stratégie de modélisation est basée individuellement, les mouvements de chaque individu étant simulés sur la base de règles simples pour leurs interactions: termes de distances entre les membres du groupe. Cela permet alors d'observer les mouvements collectifs émergents. Les recherches antérieures sur la migration et le mouvement des poissons, axées sur des modèles génétiquement fixés, ont été fortement influencées par cette forme de modélisation. Presque tous les environnements de la planète comptent des habitants qui dépendent fortement de leur environnement physique. environnements qui sont sujets à divers degrés de changement et qui favorisent fortement les personnes qui ont la capacité d’apprendre.

L’approche de modélisation eulérienne pour l’agrégation, combinée à la simulation projective (le précédent article de blog parle de cela), a été utilisée pour étudier les mouvements acridiens. Cela portait principalement sur l'évolution des densités animales à l'aide d'équations similaires à la mécanique statistique ou à la dynamique des fluides. Les résultats de l'étude sur les criquets ont montré que «l'état solitaire des criquets est devenu instable lorsque la densité de population a atteint une valeur critique». Cela peut être extrêmement bénéfique pour comprendre comment gérer les espèces envahissantes telles que les invasions d'insectes.

Mais pourquoi?

«Comprendre comment l'influence sociale façonne les processus biologiques est un défi central, essentiel pour progresser dans divers domaines allant de l'organisation et de l'évolution d'une action collective coordonnée entre cellules, ou animaux, à la dynamique de l'échange d'informations dans les sociétés humaines."

«Pendant les invasions, le criquet pèlerin pourrait nuire aux moyens de subsistance d’un dixième de la population mondiale.» (Organisation des Nations Unies pour l’alimentation et l’agriculture)

La modélisation statistique à l'aide de nouvelles techniques d'IA peut fort bien éclairer les mécanismes cachés derrière le comportement collectif. Ils permettent l’élargissement des études empiriques utiles et ayant abouti au développement de nouvelles mathématiques et à l’amélioration des algorithmes de simulation numérique.

La suite de ce blog mettra en lumière les recherches effectuées par le département de comportement collectif de Max Planck, basé à l'université de Constance, dans le sud de l'Allemagne. Ils ont actuellement trois laboratoires dirigés par Iain Couzin, directeur du département, Damien Farine et Alex Jordan. Rapide flex pour leur réputation, "La société Max Planck jouit d'une réputation mondiale parmi les 33 prix Nobel attribués à ses scientifiques."

Je me concentrerai sur les travaux du Dr Iain Couzin et des recherches de son équipe sur les bancs de poissons: «ses travaux visent à révéler les principes fondamentaux qui sous-tendent le comportement collectif évolué."

École de poisson

Système utile pour étudier depuis:

  • Ils doivent résoudre de nombreux problèmes dans un environnement imprévisible.
  • Chaque individu prend en compte des données sensorielles et réagit en particulier des mouvements qui coïncident avec la population.

Les animaux coordonnent leurs mouvements pour éviter les prédateurs. Les prévisions sont difficiles pour le comportement collectif car il y a beaucoup de propriétés émergentes. Certains ou la plupart peuvent être des propriétés inattendues des composants individuels. C'est pourquoi les bancs de poissons, organisation simple, sont encore si mystérieux pour nous.

Quelles règles utilisent-ils pour traduire les indices sensoriels?

Défis et configuration du laboratoire

Il devient assez difficile d'essayer de suivre des poissons qui bougent en quelques fractions de seconde! La technologie moderne leur a permis, avec des caméras à très haute fréquence d'images, de suivre les mouvements de chaque individu des centaines de fois par seconde.

Elle a été réalisée dans un grand réservoir intérieur rempli de poissons. Ils ont utilisé quatre caméras montées sur le toit synchronisées dans le temps, puis ont cousu les flux de manière graphique pour créer une vue d'ensemble du réservoir.

L'objectif était d'utiliser des techniques mathématiques et informatiques pour déterminer comment les individus exploitent des informations sensorielles complexes et les transforment en mouvements en quelques fractions de seconde.

Insight de laboratoire

Prouve et révèle quantitativement pour la première fois comment les comportements collectifs émergents résultent des interactions des mouvements des agents individuels au sein d’un système. Grâce à des centaines d’essais présentés à des poissons de neuf familles, l’équipe du Dr Couzin a réussi à montrer que les décisions en matière d’évasion des poissons sont régies par un ensemble de règles de prise de décisions conservées.

Comment le comportement d'un individu affecte-t-il le comportement du groupe?

Collecte et test de données du monde réel

L'étude a eu lieu dans la mer Rouge, en particulier chez les demoiselles.

Groupes de 3 à 4 individus jusqu'à 20 ou 30, car il est difficile de suivre les données avec des animaux sauvages et l'ajout d'un comportement collectif ajoute à la complexité. De plus petits groupes permettent de meilleurs détails et visualisations.

Trois caméras ont été installées autour de la tête de corail où vivent des demoiselles. Les caméras ont tiré à 120 ips car les poissons peuvent tous retourner dans le corail en 5 à 6 images.

  • Ensuite, des caractéristiques ont été appliquées à chaque poisson, qu'il s'agisse d'un homme ou d'une femme, petit ou grand, dominant ou subordonné…

Comment ces caractéristiques peuvent-elles affecter le comportement du groupe lors de la réaction à un stimulus?

  1. Un Ipad qui clignote (stimulus)
  2. QUI réagit en premier, en second, en troisième?
  3. QUI a un accès visuel au stimulus?
  4. QUI voit quelles autres personnes (informations sociales)?

Une fois la technologie suffisamment avancée, l’équipe a pour objectif d’étudier des groupes de centaines de milliers d’individus, tout en sachant exactement de quel individu il s’agit.

Aperçu du monde réel

En regardant les collectifs d'animaux, l'ignorance et le manque d'informations sont en fait une chose très positive. Les individus non informés ont en quelque sorte réussi à démocratiser le comportement du groupe en empêchant les individus extrémistes d’exercer une influence disproportionnée sur le groupe.

Désinformation

Les médias, où la même information est diffusée à des millions d'individus.

  1. La capacité d’intelligence collective, qui repose essentiellement sur le fait de ne pas savoir ce qu’il faut penser, mais plutôt sur les preuves trouvées par chaque individu afin de résoudre le problème.
  2. Nous trouvons encore et encore dans les groupes d'animaux qu'ils ont élaboré des stratégies pour éviter d'avoir des informations trop corrélées.

Mais dans la société humaine, reposons-nous éventuellement trop sur l’information?

Ouvrages cités