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鮎は4匹以上の群れになるとリーダーが出現する ?統合情報理論を用いて生きた生物の群れの性質を分類する試み?

2020/04/06

筑波大学 システム情報系 新里高行助教らの研究グループは、2匹から5匹までの鮎の群れに、脳科学で注目されている統合情報理論を適用することで、群れのサイズが4匹以上になって初めて、群れの中にリーダーシップをとる個体が現れることを明らかにしました。

これまでの群れの研究の多くは、群れを客観的に観察したときの振る舞いを手がかりに、移動エントロピーなどを用いて、群れの中の個体間の情報がどのようにやりとりされているかに注目してきましたが、この手法では群れがシステムとしてどのように異なっているのかを理解することは困難です。

本研究では、規模の小さい動物の群れ内部の因果構造に注目し、統合情報理論を用いて分析することで、鮎の群れは3匹と4匹との間にシステムとしての分断があることを発見しました。この分断点を詳しく調べたところ、群れを客観的に観察したときに出現するリーダーシップに対応していることがわかりました。さらに興味深いことに、この結果は、BOIDなどの人工的なシミュレーションモデルでは再現できず、実際の群れに特徴的な性質であることが明らかになりました。これは、これまでの研究では指摘されたことがない、新しい知見です。

図 (左図)統合情報量を計算するためのパラメーター設定法、(右図)統合情報量Φの時系列。
Φ値が高いとき、群れは一つの統一体を成している。一方、Φが急激に減少しているときは、群の中でリーダーシップが出現している。さらに、このリーダーに当たる個体とMIP cut注3)の場所には高い相関が見られた。これはリーダーと残り複数のフォロワーの間に非対象な情報の流れが存在していることを意味する。

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