Estudo mostra os mesmos padrões de movimento usados ​​por uma ampla gama de organismos, com implicações para a cognição e a robótica

Um peixe-faca elétrico balança na água pela mesma razão que um cachorro fareja ou um humano olha ao redor de um novo lugar – para entender o que está ao seu redor. Pela primeira vez, os cientistas demonstram que uma vasta gama de organismos, até mesmo micróbios, realizam o mesmo padrão de movimentos para sentir o mundo.

“As amebas nem sequer têm sistema nervoso, mas adotam um comportamento que tem muito em comum com o equilíbrio postural de um ser humano ou com peixes escondidos num tubo”, disse o autor Noah Cowan, professor de engenharia mecânica na Johns Hopkins. “Estes organismos estão bastante distantes uns dos outros na árvore da vida, sugerindo que a evolução convergiu para a mesma solução através de mecanismos subjacentes muito diferentes”.

A pesquisa, que tem implicações para a cognição e a robótica, é publicada em Inteligência da Máquina da Natureza.

As descobertas resultam dos esforços da equipa para descobrir o que o sistema nervoso faz quando os animais se movem para melhorar a sua percepção do mundo, e se esse comportamento pode ser traduzido em sistemas de controlo robóticos.

Enquanto observavam peixes-faca eléctricos num tanque de observação, os investigadores notaram que, quando estava escuro, os peixes balançavam para a frente e para trás com uma frequência significativamente maior. Quando as luzes estavam acesas, os peixes balançavam suavemente, apenas com rajadas ocasionais de movimento rápido.

Os peixes-faca na natureza são programados para encontrar refúgio e evitar predadores. Eles emitem descargas elétricas fracas para detectar sua localização e encontrar abrigo. O movimento rápido permite que eles sintam ativamente o ambiente ao seu redor, especialmente em águas escuras. Na luz, eles ainda fazem movimentos rápidos, mas com muito menos frequência.

“Descobrimos que a melhor estratégia é mudar brevemente para o modo de exploração quando a incerteza for muito alta e depois voltar para o modo de exploração quando a incerteza diminuir”, disse o primeiro autor Debojyoti Biswas, pesquisador de pós-doutorado da Johns Hopkins.

Esta é a primeira vez que os cientistas decifraram esta estratégia de mudança de modo em peixes. É também a primeira vez que alguém relaciona esse comportamento entre espécies.

A equipe criou um modelo que simula os principais comportamentos sensoriais e, usando trabalhos de outros laboratórios, detectou os mesmos movimentos sensoriais dependentes em outros organismos. As criaturas que compartilhavam o comportamento com os peixes incluíam amebas, mariposas, baratas, toupeiras, morcegos, ratos e humanos.

“Nenhum estudo que encontramos na literatura violou as regras que descobrimos nos peixes elétricos, nem mesmo organismos unicelulares como a ameba que detectam um campo elétrico”, disse Cowan.

Os cientistas estão apenas começando a entender como os animais controlam os movimentos sensoriais inconscientemente. A equipe suspeita que todos os organismos tenham cálculos cerebrais que gerenciam a incerteza.

“Se você for a um supermercado, notará que as pessoas na fila mudam entre ficar paradas e se movimentar enquanto esperam”, disse Cowan. “Achamos que é a mesma coisa que está acontecendo, que para manter um equilíbrio estável você realmente precisa se mover ocasionalmente e excitar seus sensores como o peixe-faca. Descobrimos que as características estatísticas desses movimentos são onipresentes em uma ampla gama de animais, incluindo humanos .”

A equipe espera que as descobertas possam ser usadas para melhorar drones de busca e resgate, veículos espaciais e outros robôs autônomos.

Em seguida, eles testarão se seus insights são verdadeiros para outros seres vivos – até mesmo para plantas.

Os autores incluem Andrew Lamperski, da Universidade de Minnesota, Minneapolis; Yu Yang, da Universidade Johns Hopkins; Kathleen Hoffman, da Universidade de Maryland, Condado de Baltimore; John Guckenheimer, da Universidade Cornell; e Eric S. Fortune do Instituto de Tecnologia de Nova Jersey.