Эта страница была автоматически переведена с английского языка. Посмотреть оригинал на английском.

Исследователи, энтомологи и сотрудники Института, заинтересованные в применении активного вывода к нейробиологии насекомых, коллективному поведению и роевой робототехнике.

Активная инференция и энтомология

Как муравьиные колонии, сбор опыления пчелами и нервные системы насекомых проверяют принцип свободной энергии как живую, управляемую область.

Энтомология предлагает необычайно богатую и экспериментально доступную среду для тестирования активного вывода и принципа свободной энергии, от вычислений в отдельных нейронах у насекомых до коллективного интеллекта на уровне колонии и робототехники, вдохновленной насекомыми. Социальные насекомые проявляют сложные восприятие, навигацию и социальное поведение, которые развиваются под сильным наблюдательным контролем, с большим объемом данных, полученных от отслеживания поведения, электрофизиологии и молекулярной биологии. На этой странице синтезируется существующая литература, связывающая активный вывод с муравьиными колониями, поиском пищи пчелами и нейробиологией насекомых, различая рецензируемые эмпирические исследования от симуляций и теории.

Почему домен подходит

Насекомые демонстрируют всё больше свидетельств сходимости предсказательного кодирования и моделей "вперед": эффекерентно-копирующие механизмы модулируют оптические реакции на моторику у саранчи, а препринт от 2026 года дрозофилы сообщает об интернализированных осцилляторах и предсказательном кодировании как об эволюционно древних признаках мозга насекомых, сохранившихся более чем за 350 миллионов лет. Социальные насекомые также проявляют еусоциальное, распределённое познание — муравьи и пчёлы координируют действия с помощью феромонов и танцев способами, которые были смоделированы как "бернуллианские суперорганизмы", выполняющие распределённую выборку. В сочетании с десятилетиями доступных, хорошо оснащённых моделей поиска пищи и навигации (танец пчелы-медоноса, лабиринты муравьёв, кооперативные маршруты транспортировки) и современными инструментами видеоотслеживания и нейрозаписи, энтомология предоставляет активному инференции как нейронные, так и коллективные точки доступа, которые редко доступны вместе в одном таксономическом виде.

Обзор литературы

Наиболее прямое применение — это «Активные инференты: структура Active Inference для поведения колоний муравьев» (Фридман, Чанц, Рамстед, Фристон и Констант, 2021, рецензировано в Frontiers in Behavioral Neuroscience), которая моделирует поиск пищи муравьями в чередующемся Т-образном лабиринте как дискретный марковский процесс принятия решений с выбором политики на основе ожидаемой свободной энергии, используя один феромон для воспроизведения формирования следа и сопоставления вероятностей. Эта работа основана на серии «Байесовский суперорганизм» (Journal of the Royal Society Interface), которая моделировала колонии муравьев и пчел с помощью выборки методом Монте-Карло по цепям Маркова и экстернализованных феромонных воспоминаний, а также на работе «Федеративный вывод и обмен убеждениями» (Фристон, Парр, Филдс и коллеги), которая явно связывает обмен убеждениями между несколькими агентами с аффилиацией в энтомологии и нематологии. Дополнительная работа на уровне роя («Модель коллективного интеллекта Active Inference», «Коллективная фазовая динамика в осцилляторе роя Active Inference») остается в значительной степени теоретической и неспецифичной для насекомых, в то время как данные предиктивного кодирования из оптомоторных записей дрозофилы, модуляции усиления оптической доли мухи и зависимых от сна реакций на отклоняющиеся стимулы обосновывают нейронную сторону картины.

Ключевые проекты и инструменты

Active InferAnts» — это пакет Python, разработанный Active Inference Institute для моделирования фуражировки муравьиных колоний с использованием настраиваемых генеративных моделей и схем выбора политики, непосредственно вдохновленных статьей «Active Inferants»; он доступен на GitHub, а выпуск PyPI планируется. Эмпирическое обоснование получено из таких ресурсов, как «Экспериментальная энтомология в эпоху видео» (протоколы видеоотслеживания и поведенческой аннотации) и набор данных BAU-Insectv2 для распознавания насекомых и анализа поведения. В области прикладной робототехники статьи «Навигация роботов как иерархический активный вывод» и статья в Nature о навигации роботов, вдохновленной полетом медоносных пчел, демонстрируют управление на основе генеративных моделей, вдохновленное насекомыми, при поддержке собственного Active Inference Института в области робототехники и модулей базы знаний по стигмергии муравьиных колоний и апидологии (фуражировка и опыление пчел).

Открытые проблемы

Строгие эмпирические тесты все еще редки: текущие нейронные данные показывают предиктивное модулирование и эфферентные копии, но не тестируют напрямую вариационное минимизации свободной энергии, и в этой области необходимо ответить на критику, такую как «миф о байесовском мозге», путем создания проверяемых, механизм-специфических прогнозов вместо метафорических соответствий. Разрабатываются многоуровневые модели, связывающие молекулярные/физиологические состояния с фенотипами колонии, а также количественные генеративные модели коммуникации насекомых (танцы «ваггеля», феромонные коды) в качестве механизмов обмена убеждениями. В литературе также не хватает стандартизированных задач оценки и общего инструментария, сравнимого с теми, что используются в компьютерном зрении или обучении с подкреплением — существующие парадигмы, такие как T-maze, задача геокэшинга и навигация пчел, еще не были консолидированы в общих средах оценки.

Опорный каркас

Karl J. Friston (2010). The free-energy principle: a unified brain theory? Nature Reviews Neuroscience. DOI: 10.1038/nrn2787. Giovanni Pezzulo, Francesco Rigoli, Karl J. Friston (2017). Active Inference, homeostatic regulation and adaptive behavioural control. Progress in Neurobiology. DOI: 10.1016/j.pneurobio.2017.08.001. Maxwell J. D. Ramstead, Karl J. Friston, Axel Constant, Lancelot Da Costa, Casper Hesp, Beren Millidge, Alexander Tschantz (2023). On Bayesian Mechanics: A Physics of and by Beliefs. arXiv. Daniel Ari Friedman, Alec Tschantz, Maxwell J. D. Ramstead, Karl J. Friston, Axel Constant (2021). Active Inferants: An Active Inference Framework for Ant Colony Behavior. Frontiers in Behavioral Neuroscience. DOI: 10.3389/fnbeh.2021.647732. Lancelot Da Costa, Thomas Parr, Noor Sajid, Sebastijan Veselic, Victorita Neacsu, Karl J. Friston (2020). Active inference on discrete state-spaces: A synthesis. Journal of Mathematical Psychology. DOI: 10.1016/j.jmp.2020.102447.

Ключевые поверхности

Active Inference и энтомология с первого взгляда

Муравьиные колонии как агенты

Активные инференты” (Friedman et al., 2021, Frontiers in Behavioral Neuroscience) моделируют поведение муравьев как дискретное активное инференционное процесс с использованием одного феромона для воспроизведения формирования дорожек и сопоставления вероятностей.

Байесовский суперорганизм ссылка

Серия рецензируемых байесовских суперорганизмов рассматривает феромонные следы как внешнее хранилище памяти, позволяющее распределенное семплирование типа МКМС, что прямо указано как предшественник явных моделей активного вывода для колоний.

Теория перед доказательством

Значительная часть этой области — модели с осциллятором «корсет», робототехника, вдохновленная пчелами, коммуникация насекомых как федеральное умождение — является симуляцией или концептуальным аналогом, а прямые нейронные тесты минимизации свободной энергии у насекомых еще предстоит разработать.

Связанные ресурсы

Публичные ссылки для этой страницы