研究概要：
生物集群研究的一个关键问题是，集群在缺少中心控制和全局信息的情况下，如何做到快速响应环境变化。为了探究这一点，研究团队选择具有强社会性的红鼻剪刀鱼进行实验。通过光照强度的突然变化，模拟中等程度的环境压力。研究团队采集鱼群运动轨迹数据并利用数据驱动的机制模型，精确描述了鱼群如何游动和进行社会性交互。基于模型构建了系统“相图”来描绘群体行为，展现了不同的运动模式：协调的单向游动、圆形涡旋运动及无序的群集。揭示鱼群快速响应环境变化的内在机理。
结果表明：在较大规模的群体中，感受到压力的鱼会调整其相互作用强度以使群体更接近临界状态。系统处于临界态时，对刺激反应敏感，易于在不同状态之间切换。这种行为有助于鱼群在保持有序性的同时快速应对突发威胁。研究发现，即使没有外部压力，较小规模的群体也往往始终保持在临界状态附近，这表明在小群体中，压力是持续存在的。研究还表明，鱼群适应环境的底层机制极其简单高效：每条鱼通过局域感知，调整与邻居的相互作用强度，使用最低水平的认知负荷即可达到集体适应性。这些发现为理解社会性生物如何涌现集体智慧提供了新的见解，为生物集群的“临界性假说（Criticality Hypothesis）”提供了有力证据，并为具有真正自适应能力的集群机器人系统设计提供启发。
鱼群对于光强度变化的响应
系统“相图”（仅为示意图）
核心PI
韩战钢 |
北京师范大学
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1、01/2011-12/2013，信息共享对群体合作的作用及人类行为实验验证，国家自然科学基金，项目号：61074116，主持；
2、2011，人类行为系统实验教学项目，北京师范大学，主持；
3、06/2009-12/2009，第十四届异质相互作用主体经济学国际会议，国家自然科学基金对外交流与合作项目，项目号：60910306018，主持；
4、2009-2011，软件工程双语课程，北京师范大学，主持；
5、01/01/2008-12/31/2010, Agent合作与基于朋友分布的信任模型，国家自然科学基金，项目号: 60774085，主持；
6、2007-2009，多主体系统与演化算法, 北京高等教育精品教材建设项目，北京市教委，主持；
7、01/01/2000-12/31/2003, 遗传算法收敛和收敛复杂性及在科学发现中的应用，国家自然科学基金，项目号: 60003018，主持；
文章信息：
上述研究成果发表于国际权威期刊《PRX Life》。北京师范大学系统科学学院博士生林国政为文章第一作者，法国图卢兹第三大学动物认知研究中心Guy Theraulaz教授为论文通讯作者。
论文发表：
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