Modeling the effects of Interaction Network in Ant Colony inferred by Video Tracking System in Dynamics of Task Allocation

任务分配动力学中视频跟踪系统推断的蚁群交互网络效应建模

• 批准号: 22K17971
• 负责人: 白石 允梓
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Meiji University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K17971/
• 关键词: 分業; 社会性昆虫; 自己組織化; ネットワーク; 数理モデル; 行動解析; 分業; 社会性昆虫; 自己組織化; ネットワーク; 数理モデル; 行動解析

本年度は、数理モデルによる反応閾値モデルにおけるワーカー同士の相互作用の効果についての数値解析による研究、在来種の大型ありであるクロオオアリを用いた行動計測実験と、新たな計測システム構築のためのシステム開発を行った。数理モデルによる理論研究では、アリを含む社会性昆虫の労働分業を説明する数理モデルである反応閾値モデルは実際にどんな物理量が定量化できてワーカーの行動に関係するかは明らかになっていない。本研究では実際の現象との対応に着目し、ワーカー同士が情報を得るために個体間の相互作用を導入した。まず、既存の反応閾値モデルを大域結合系として捉えて、相互作用を導入したモデルと比較し、拡張モデルで相互作用を決定するネットワーク構造の影響をGini係数を用いて定量化した。Gini係数は経済学で富の不平等を定量化する指標で、ここではコロニー内での労働量の分配の偏りを定量化する指標として導入した。Gini係数によりネットワーク構造として2次元格子型では分業が起こりにくくなり、Scale-freeネットワークでは一部のより分業化が促され、Small-worldネットワークではさらに分業化が促されうることが示唆された。この点をより詳しく見るために餌を与えた後の行動変化を観測し、餌についての情報がどのように伝えられているかを明らかにするための行動計測を行い実際の黒大アリのコロニーにおいての個体間相互作用ネットワークの計測を試みている。また、現在のところ共同研究者での実験装置を利用しているが、さらに大規模なデータ解析を進めるために新しい計測システムの開発にも取り組んでいる。研究成果についての公表は、行動計測実験とシステム開発については行えていないが、数理モデルについての研究は、国内学会、国際学会での口頭発表を行い、国際研究集会において発表した内容を発展させ関連論文誌において発表を行った。

今年，我们使用数学模型对工人之间的相互作用进行了数值分析，使用数学模型，使用大型天然物种，黑蚂蚁进行行为测量的实验以及建立新测量系统的系统的开发。使用数学模型的理论研究并未揭示实际上可以量化哪些物理量，并且与响应阈值模型中的工人行为有关，这是一种数学模型，该模型解释了包括蚂蚁在内的社会昆虫中的劳动分裂。这项研究的重点是它们如何与实际现象相对应，并引入了个人之间的相互作用，以便工人获得信息。首先，与引入相互作用的模型相比，现有的反应阈值模型被视为全局耦合系统，以及使用GINI系数量化了确定扩展模型中相互作用的网络结构的影响。 Gini系数是量化经济学中财富不平等的指标，并在此引入是作为量化殖民地劳动分配的偏见的指标。 Gini系数表明，在二维晶格网络结构中，劳动分工不太可能发生，而无规模的网络将鼓励更多的劳动分工，而小型世界网络也将鼓励更多的劳动分工。为了更详细地了解这一点，我们观察到喂食后的行为变化，我们试图通过进行行为测量值来阐明如何传达有关喂养信息的信息，从而测量大型黑蚂蚁实际菌落中的个体间相互作用网络。目前，该公司正在使用合作者使用实验设备，但也正在努力开发新的测量系统，以进一步推进大规模数据分析。尽管研究结果尚未在行为衡量实验和系统开发方面发表，但在国内和国际会议上进行了数学模型的研究，并在国际研究会议上介绍的内容已在相关期刊上开发和介绍。