NW/1: Kollektive Informationsverarbeitung – Von individueller sensorischer Verarbeitung zum Schwarmverhalten und kollektiven Entscheidungsprozessen

Das Hauptziel des Projektes ist die Entwicklung und Untersuchung neuer individuum-basierter mathematischer Modelle für Schwarmverhalten, die explizit den proximaten Mechanismus der sozialen Interaktion – die sensorische Wahrnehmung – mit beschreiben. Dieser Ansatz repr?sentiert einen Paradigmenwechsel gegenüber den bisher vorherrschenden mathematischen Modellen kollektiver Bewegung, die auf Interaktionen von Agenten über sogenannte soziale Kr?fte basieren. Diese Modelle beschr?nken sich oft auf Modellierung bestimmter experimenteller Beobachtungen über eine entsprechende Wahl von Wechselwirkungen und Parametern, haben aber oft nur eingeschr?nkte Vorhersagekraft in Bezug auf ?nderungen des experimentellen Systems. Ein m?glicher Grund hierfür ist, dass die angenommenen paarweisen Wechselwirkungen bisher nur unzureichend die sensorische Wahrnehmung von Individuen berücksichtigen. An dieser Stelle setzt unser Modellierungsansatz an. Wir planen eine systematische Untersuchung der M?glichkeiten und Einschr?nkungen von sensorischer Wahrnehmung beim Informationstransfer innerhalb von Schw?rmen um so unser Verst?ndnis von kollektiven Verhalten in der Natur zu verbessern und mathematische Modelle mit besserer Vorhersagekraft zu entwickeln. Das Projekt hat einen Schwerpunkt auf Modellierung, mathematischer Analyse und numerischen Simulationen, soll aber gleichzeitig mit empirischen Untersuchungen an zwei experimentellen Modellorganismen verknüpft werden: Wüstenheuschrecken und Fische (Guppies/Golden Shiners). Das Forschungsvorhaben ist dazu in zwei Teile gegliedert: (I) Entstehung von kollektiver Bewegung durch visuelle Wahrnehmung, und (II) Kollektive Entscheidungsprozesse unter sensorischen Einschr?nkungen. Im ersten Teil sind Heuschrecken das prim?re experimentelle System, und das langfristige Ziel ist die Entwicklung eines mathematischen Modells, dass explizit die neuronaler Verarbeitung von sozialen visuellen Stimuli mit einbezieht. Der zweite Teil legt hingegen den Schwerpunkt auf biologisch funktionelles Verhalten im Sinne kollektiver Entscheidungsprozesse anhand von Fischen als Modellorganismus. Hier ist die zentrale Forschungsfrage, wie robuste, nahe-zu optimale kollektive Entscheidungen unter sensorischen Einschr?nkungen zu Stande kommen k?nnen.