Uit een onderzoek uitgevoerd door wetenschappers van de Johns Hopkins Universiteit is gebleken dat wezens variërend van micro-organismen en vissen tot honden en mensen vergelijkbare bewegingspatronen vertonen om hun omgeving te begrijpen. Met name elektrische mesvissen die in het Amazonegebied leven, veranderen hun bewegingspatronen op basis van het lichtniveau om hun omgeving beter te kunnen waarnemen. Uit de studie bleek dat dit sensorisch afhankelijke gedrag consistent is bij organismen, variërend van amoeben tot vleermuizen en mensen.
Wetenschappers van de Johns Hopkins Universiteit hebben ontdekt dat organismen, variërend van micro-organismen tot mensen, consistente sensorisch-afhankelijke bewegingen hebben die potentiële toepassingen in de robotica hebben.
De reden dat een mesvis in het water rondscharrelt, is dezelfde reden waarom een hond snuffelt of iemand op een nieuwe plek rondkijkt om meer over zijn omgeving te weten te komen. Wetenschappers hebben voor het eerst aangetoond dat verschillende organismen, zelfs micro-organismen, dezelfde bewegingspatronen gebruiken om de wereld waar te nemen.
"Amoeben hebben niet eens een zenuwstelsel, maar hun gedrag heeft veel gemeen met mensen die posturaal balanceren of met vissen die zich in buizen verstoppen", zegt auteur Noah Cowan, hoogleraar werktuigbouwkunde aan de Johns Hopkins University. "Het feit dat deze organismen zo ver van elkaar verwijderd zijn in de levensboom suggereert dat de evolutie via zeer verschillende onderliggende mechanismen tot dezelfde oplossing is gekomen."
Dit onderzoek, dat belangrijke implicaties heeft voor cognitie en robotica, werd gepubliceerd in Nature Machine Intelligence.
De bevindingen komen voort uit de inspanningen van het onderzoeksteam om erachter te komen wat de zenuwstelsels van dieren doen als ze bewegen om hun perceptie van de wereld te verbeteren, en of dit gedrag kan worden vertaald in robotachtige controlesystemen.
Terwijl ze de elektrische mesvis in het aquarium observeerden, merkten de onderzoekers dat de elektrische mesvis aanzienlijk vaker heen en weer zwaaide als het licht zwak was. Als het licht aangaat, zwaaien de vissen zachtjes en maken af en toe snelle bewegingen.
Mesvissen in het wild hebben genen die vast zitten om hun toevlucht te zoeken tegen roofdieren. Ze zenden zwakke elektriciteit uit om hun locatie te bepalen en onderdak te zoeken. Door snelle schommelingen kunnen ze actief hun omgeving waarnemen, vooral in donker water. Onder licht maken ze nog steeds deze snelle bewegingen, alleen veel minder vaak.
"We ontdekten dat de optimale strategie is om kort over te schakelen naar de exploratiemodus wanneer de onzekerheid te groot is, en vervolgens terug te schakelen naar de exploitatiemodus wanneer de onzekerheid terugvalt", zegt eerste auteur Debojyoti Biswas, een postdoctoraal onderzoeker aan de Johns Hopkins University.
Dit is de eerste keer dat wetenschappers deze mode-switching-strategie bij vissen hebben gekraakt. Dit is ook de eerste keer dat iemand dit gedrag aan een andere soort koppelt. Het team creëerde een model dat belangrijk perceptueel gedrag simuleert en ontdekte, met behulp van werk uit andere laboratoria, dezelfde perceptueel afhankelijke acties in andere organismen. Wezens die gedrag delen met vissen zijn onder meer amoeben, motten, kakkerlakken, mollen, vleermuizen, muizen en mensen.
"We hebben geen enkele studie in de literatuur gevonden die de regels overtrad die we bij elektrische vissen aantroffen, zelfs niet bij eencellige organismen zoals amoeben die elektrische velden waarnemen," zei Cowan.
Wetenschappers beginnen nog maar net te begrijpen hoe dieren onbewust sensorische bewegingen controleren. Het onderzoeksteam vermoedt dat alle levende wezens hersenberekeningen hebben die onzekerheid beheersen.
"Als je naar een supermarkt gaat, zie je mensen in de rij staan, afwisselend stil en bewegend", zegt Cowan. "Wij denken dat het hetzelfde is: om een stabiel evenwicht te behouden, moet je zo nu en dan een klein beetje bewegen, als een mesvis, om je sensoren te activeren. We ontdekten dat deze statistische kenmerken van beweging veel voorkomen bij een verscheidenheid aan dieren, waaronder mensen."
Het team hoopt dat de bevindingen kunnen worden gebruikt om zoek- en reddingsdrones, ruimterovers en andere autonome robots te verbeteren. Vervolgens gaan ze testen of hun inzichten van toepassing zijn op andere organismen, zelfs planten.