Une étude menée par des scientifiques de l'Université Johns Hopkins a observé que des créatures allant des micro-organismes et poissons aux chiens et humains affichent des schémas de mouvement similaires pour comprendre leur environnement. En particulier, les poissons-couteaux électriques qui vivent dans le bassin amazonien modifient leurs schémas de mouvement en fonction des niveaux de lumière afin de mieux percevoir leur environnement. L’étude a révélé que ce comportement sensoriel est cohérent entre les organismes allant des amibes aux chauves-souris en passant par les humains.
Des scientifiques de l'Université Johns Hopkins ont découvert que des organismes allant des micro-organismes aux humains ont des mouvements sensoriels cohérents qui ont des applications potentielles en robotique.
La raison pour laquelle un poisson-couteau se déplace dans l'eau est la même raison pour laquelle un chien renifle ou une personne regarde autour de lui dans un nouvel endroit pour en savoir plus sur son environnement. Les scientifiques ont démontré pour la première fois que divers organismes, même des micro-organismes, utilisent les mêmes schémas de mouvement pour percevoir le monde.
"Les amibes n'ont même pas de système nerveux, mais leur comportement a beaucoup en commun avec celui des humains en équilibre postural ou avec celui des poissons cachés dans des tubes", a déclaré l'auteur Noah Cowan, professeur de génie mécanique à l'université Johns Hopkins. "Le fait que ces organismes soient si éloignés les uns des autres dans l'arbre de vie suggère que l'évolution a convergé vers la même solution à travers des mécanismes sous-jacents très différents."
Cette recherche, qui a des implications importantes pour la cognition et la robotique, a été publiée dans Nature Machine Intelligence.
Les résultats découlent des efforts de l'équipe de recherche visant à comprendre ce que fait le système nerveux des animaux lorsqu'ils bougent afin d'améliorer leur perception du monde, et si ce comportement pourrait être traduit en systèmes de contrôle robotisés.
En observant le poisson-couteau électrique dans l'aquarium, les chercheurs ont remarqué que le poisson-couteau électrique se balançait beaucoup plus souvent lorsque la lumière était faible. Lorsque la lumière s'allume, les poissons se balancent doucement et effectuent parfois des mouvements rapides.
Les poissons-couteaux dans la nature ont des gènes câblés pour chercher refuge contre les prédateurs. Ils émettent une faible électricité pour détecter leur emplacement et chercher un abri. Des mouvements rapides leur permettent de détecter activement leur environnement, en particulier dans les eaux sombres. Sous la lumière, ils effectuent encore ces mouvements rapides, mais beaucoup moins fréquemment.
"Nous avons constaté que la stratégie optimale consiste à passer brièvement en mode exploration lorsque l'incertitude est trop élevée, puis à revenir en mode exploitation lorsque l'incertitude retombe", a déclaré le premier auteur Debojyoti Biswas, chercheur postdoctoral à l'Université Johns Hopkins.
C’est la première fois que des scientifiques découvrent cette stratégie de changement de mode chez les poissons. C’est également la première fois que quelqu’un associe ce comportement à une espèce différente. L'équipe a créé un modèle qui simule les comportements perceptuels clés et, en utilisant les travaux d'autres laboratoires, a découvert les mêmes actions perceptuellement dépendantes dans d'autres organismes. Les créatures qui partagent des comportements avec les poissons comprennent les amibes, les papillons de nuit, les cafards, les taupes, les chauves-souris, les souris et les humains.
"Nous n'avons trouvé aucune étude dans la littérature qui violait les règles que nous avons trouvées chez les poissons électriques, pas même les organismes unicellulaires comme l'amibe qui détectent les champs électriques", a déclaré Cowan.
Les scientifiques commencent tout juste à comprendre comment les animaux contrôlent inconsciemment leurs mouvements sensoriels. L’équipe de recherche soupçonne que tous les êtres vivants disposent de calculs cérébraux qui gèrent l’incertitude.
"Si vous allez dans une épicerie, vous verrez des gens faire la queue alterner entre rester immobiles et bouger", a déclaré Cowan. "Nous pensons que c'est la même chose : pour maintenir un équilibre stable, vous devez bouger un peu de temps en temps, comme un poisson-couteau, pour activer vos capteurs. Nous avons constaté que ces signatures statistiques de mouvement sont communes à une variété d'animaux, y compris les humains."
L’équipe espère que les résultats pourront être utilisés pour améliorer les drones de recherche et de sauvetage, les rovers spatiaux et autres robots autonomes. Ensuite, ils testeront si leurs connaissances s’appliquent à d’autres organismes, même aux plantes.