新的理论预测了不同动物利用感应来搜索的运动

所有的动物，无论大小，每天都生活在一个变幻莫测的世界里。无论你是人类还是昆虫，你都依靠你的感官来导航并在你的世界中生存。但是，是什么驱动着这种重要的感知呢?

不出所料，动物在搜寻过程中会移动它们的感觉器官，比如眼睛、耳朵和鼻子。想象一只猫不需要移动身体就可以转动耳朵捕捉重要的声音。但是，这些感觉器官在行为过程中所占据的确切位置和方向并不是凭直觉的，目前的理论也不能很好地预测这些位置和方向。

现在，美国西北大学的一个研究小组开发了一种新的理论，该理论可以预测动物在寻找对其生命至关重要的东西时感觉器官的运动。

研究人员将这一理论应用到四种不同的动物身上，它们拥有三种不同的感官(包括视觉和嗅觉)，发现这一理论预测了每一种动物的感知行为。该理论可用于提高机器人收集信息的性能，并可能应用于自主车辆的发展，其中应对不确定性是一个重大挑战。

maciver sensing 存在

“动物通过运动来生存，”这项研究的负责人马尔科姆·a·马基弗(Malcolm A. MacIver)说。“为了寻找食物、配偶和识别威胁，它们需要移动。我们的理论让我们了解到，动物们是如何用多少精力来获得它们需要的有用信息的。”

MacIver是西北大学麦考密克工程学院生物医学和机械工程教授，温伯格文理学院神经生物学教授。

这个被称为“能量限制比例打赌”的新理论为之前测量的许多神秘的感觉器官运动提供了统一的解释。该算法遵循的理论生成模拟的感觉器官运动显示良好的一致实际的感觉器官运动从鱼，哺乳动物和昆虫。

这项研究今天(9月22日)发表在eLife杂志上。该研究为动物运动和能量学以及基于信息理论的传感方法之间的文献提供了桥梁。

MacIver是通讯作者。陈晨，MacIver实验室的博士生，是第一作者，Todd D. Murphey，麦考密克机械工程教授，是合著者。

该算法表明，动物们为了赌上空间中的位置将会提供信息，而放弃了移动过程中耗费精力的操作。研究人员表示，它们愿意冒险的能量(最终是它们需要吃的食物)与这些地方预期的信息量成正比。

墨菲说:“大多数理论预测的是动物在基本上已经知道某物在哪里时的行为，而我们的理论预测的是动物知之甚少时的行为——这种情况在生活中很常见，对生存至关重要。”

当你观察猫的耳朵时，你经常会看到它们旋转着对空间的不同位置进行采样。事实证明，在表面之下，像耳朵、眼睛和鼻子这样的感觉器官有很多活动。机械和生物医学工程师Malcolm MacIver

这项研究主要关注南美的gymnotid electric fish，使用的数据来自MacIver的实验室，但也分析了之前发表的关于美洲盲鼹鼠、美洲蟑螂和蜂鸟鹰蛾的数据集。这三种感官分别是电感(电鱼)、视觉(飞蛾)和嗅觉(鼹鼠和蟑螂)。

该理论统一解决了不需要花费太多的时间和精力去移动样本信息，同时获得足够的信息来指导跟踪和相关探究行为。

“当你观察猫的耳朵时，你经常会看到它们旋转着对空间的不同位置进行采样，”MacIver说。“这是一个例子，说明了动物如何不断定位它们的感觉器官，以帮助它们从环境中吸收信息。事实证明，在表面之下，耳朵、眼睛和鼻子等感觉器官的运动中有很多活动。”

该算法是墨菲和麦克弗五年前在他们的仿生机器人工作中开发的一个算法的改进版本。他们观察了动物的搜索策略，并开发了算法，让机器人模仿动物的搜索策略。由此产生的算法为墨菲和麦克弗提供了具体的预测，预测了动物在寻找某种东西时的行为，从而促成了当前的工作。

这篇论文的题目是“不确定世界中感应的调优运动”。

这项研究得到了美国国家科学基金会(grant iss -1427419)的支持。

主题:大脑，生命科学，麦考密克工程学院，研究

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