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当脚下的温度正在上升，一个蚁群将不得不做出集体决定，每只蚂蚁都能感到脚下的温度，但它们仍然像往常一样继续行进着，突然，它们集体改变了方向。整个团队几乎在一瞬间往一个方向撤退，因为一个撤离的群体决定已经做出。 蚁群的行为看起来不像是几百只蚂蚁，而像是一只动物单体。你可能会说，有指挥官就行了呀，只要指挥官一声令下，整个蚁群该往哪走就往哪走，多简单。
但是蚂蚁之间的信息传递主要是靠信息素，而不是靠听觉或视觉，信息素虽然在蚁群中传播，但蚂蚁们不能分辨出单只蚂蚁（比如指挥官，如果有的话）的信息素，更不可能在几百只蚂蚁散发的信息素迷雾中解读单只蚂蚁的信息素。也有人做过实验，把几只、十几只、几十只蚂蚁随机放到一起，它们都能做出有效的群体决策，指挥官的存在的可能性可以排除。
最近发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的一项新研究指出，蚂蚁作为一个群体，其行为类似于我们大脑重的神经元网络。上千亿个神经元组成我们的大脑，而我们的大脑只会做出一个有效的决策，比如在学习和玩游戏之间选择其一，不可能几百个神经元选择玩游戏，另外几百个神经元选择学习，还有几百个神经元选择弃权……蚂蚁的行为也是类似的，它们一个群体只会做出一个决策。
在这项研究重，丹尼尔·克罗纳博士（Daniel Kronauer）和他的同事们开发了一种新的实验装置，用于分析蚁群中的决策。他们发现，当一个蚁群由于温度升高而疏散时，蚁群的决定是热量增加幅度和蚁群规模大小的一个函数结果。 研究结果表明，蚂蚁将感官信息与群体参数相结合，形成群体反应，这一过程类似于神经计算，从而产生决策。“我们开创了一种方法，将蚁群理解为一个类似认知的系统，感知输入，然后将其转换为行为输出，”克罗纳博士说。“这是真正理解昆虫社会如何参与集体计算的第一步。”
在最基本的层面上，决策可以归结为一系列计算，旨在最大限度地提高效益和降低成本。例如，在一种称为感官反应阈值的常见决策类型中，动物必须检测感官输入，如超过一定水平的热量，就会产生某种代价高昂的行为，如放弃食物而撤退——如果温度上升幅度不够大，那就不值得了。 研究人员想研究这种类型的信息处理是如何在集体层面上发生的，在集体层面上，群体动态发挥了作用。他们开发了一个系统，在该系统中，他们可以通过控制温度升高来精确影响蚁群的行为。为了跟踪单个蚂蚁和整个蚁群的行为反应，他们用不同的彩色点标记每只蚂蚁，并用跟踪摄像机跟踪它们的运动。
正如研究人员所预期的那样，当温度达到34摄氏度左右时，由36名工蚁和18只幼虫组成的群体确实撤离了它们的巢穴。克罗纳博士说，这一发现有直观的意义，因为“如果你变得太不舒服，你就会离开。” 然而，研究人员惊讶地发现蚂蚁不仅仅对温度有反应。当他们将蚁群的大小从10个个体增加到200个个体时，触发撤离决定所需的温度会升高。例如，200个个体组成的群体一直坚持到温度超过36度。克罗纳博士说：“这个阈值似乎不是固定的。相反，它是一个随群体规模而变化的属性。”
个体蚂蚁不知道自己群体的大小，所以他们的决定如何产生？研究人员怀疑，这种解释与信息素有关，信息素是一种在蚂蚁之间传递信息的无形信使，当有更多的蚂蚁在场时，它会扩大其影响。他们使用数学模型来证明这种机制确实是合理的。但他们不知道为什么更大的蚁群能忍受更高的温度。这可能只是因为蚁群的规模越大，重新安置的难度就越大，从而推高了重新安置的临界温度。
在未来的研究中，研究人员希望通过干扰更多参数并观察昆虫的反应来完善蚁群决策过程的理论模型。例如，他们可以篡改蚂蚁外壳中信息素的水平，或者创造出具有不同检测温度变化能力的转基因蚂蚁。研究人员希望从中学习到更多关于动物群体决策的知识，以在将来改进机器人的神经网络。 |
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