Comprendere meglio la sofisticatezza alla base della navigazione delle formiche
Quando si osservano le formiche, la loro capacità di trasportare collettivamente oggetti di gran lunga più grandi di loro, o la capacità di un singolo individuo di funzionare meglio di un GPS quando si tratta di trovare la strada attraverso il suolo di una foresta fino al proprio formicaio, la domanda nasce spontanea. Come fanno quei piccoli cervelli a elaborare tutte le informazioni che confluiscono nelle loro risposte? In alcune specie di formiche, le bottinatrici si avventurano fuori dal formicaio in solitaria alla ricerca di cibo. Non utilizzano scie chimiche, ma si affidano principalmente alla visione e all’apprendimento. «Le formiche possono sviluppare e memorizzare lunghi percorsi visivi che si snodano nella complessità del loro ambiente naturale, arrivando in alcune specie a percorrere fino a cento metri di distanza dal formicaio. Non si perdono mai, e fanno tutto questo con un cervello più piccolo di una testa di spillo e con occhi a bassa risoluzione. Possedere tali capacità di navigazione, con un hardware così parsimonioso, è la prova che abbiamo molto da imparare da questi insetti», spiega Antoine Wystrach, del Centro nazionale per la ricerca scientifica francese (CNRS). Per comprendere meglio queste competenze, Wystrach ha creato EMERG-ANT, con l’aiuto del Consiglio europeo della ricerca.
Formiche in un mondo virtuale
Per provare a ricreare la risposta delle formiche nelle simulazioni, il team ha sviluppato un ambiente di realtà virtuale che comprende sfere galleggianti, immerse in un array cilindrico di LED a 360°. «In questo modo abbiamo potuto dedurre, registrando il movimento della palla, quali sarebbero stati i movimenti della formica», osserva Wystrach. I movimenti sono stati reinseriti nella scena visiva, dando alla formica l’impressione che stesse navigando, controllando così l’esperienza visiva e motoria dell’insetto mentre svolgeva i suoi compiti di navigazione. «Questo metodo apre le porte a un numero infinito di potenziali manipolazioni. Le risposte delle formiche possono rivelarsi molto istruttive e possono servire a testare i nostri modelli cerebrali, osservando la risposta del nostro agente simulato quando viene sottoposto alle stesse manipolazioni delle formiche reali.»
Sviluppare una simulazione robotica che riproduca i comportamenti delle formiche
È un momento interessante per essere un neurobiologo degli insetti. Le descrizioni dei circuiti nei cervelli degli insetti sono sempre più precise e sono stati sviluppati i diagrammi completi delle connessioni cerebrali di alcuni insetti, come i moscerini della frutta. «Questi diagrammi possono essere fonte di ispirazione per i modelli neurali che sviluppiamo per comprendere la navigazione delle formiche. I nostri modelli sono quindi vincolati, da un lato, dai diagrammi delle connessioni e, dall’altro, dai comportamenti delle formiche. Nelle condizioni sperimentali, l’agente dotato di un cervello modello dovrebbe riprodurre il comportamento delle formiche reali», aggiunge. Per garantire la modellizzazione corretta, il team ha preso l’iterazione più raffinata e l’ha inserita in un piccolo robot dotato di una telecamera a bassa risoluzione. «Il robot è diventato un navigatore straordinario, in grado di apprendere e seguire percorsi di diverse centinaia di metri in modo molto solido e con una potenza di calcolo e uno spazio di memoria molto ridotti.»
Capire l’organizzazione e l’immagazzinamento delle informazioni nel cervello degli insetti
Il team ha scoperto diverse cose sul modo in cui le informazioni sono organizzate e immagazzinate nel cervello degli insetti. In particolare, il modo in cui le oscillazioni autogenerate e il feedback dei movimenti sono fondamentali per farlo. Ma forse la lezione più significativa è la consapevolezza di quanto ci sia ancora da scoprire. «Abbiamo a malapena scalfito la superficie di questa complessità. Le formiche rimangono navigatori molto migliori dei nostri modelli, più plastici, più adattabili. E tutta questa intelligenza, al di là della nostra comprensione, risiede in una quantità così piccola di materia. È una lezione di rispetto e umiltà», conclude Wystrach.
Parole chiave
EMERG-ANT, formiche, navigazione, simulazione robotica, cervelli di insetti, modelli neurali, bottinatrice
