Výpočtová neuroetológia

Randall Beer založil vo svojej diplomovej práci ( zhrnutej v (Beer et al., 1990)) novy výskumný program, ktorý v oblasti empiricky orientovanej UI zaoberajúcej sa správaním vyvolal osobitú pozornosť a veľa ďalších výskumov, napríklad (Cliff, 1995). Výskumný program spája počítačové simulácie umelého života s neuroetológiou, takže ide o výskum neurálnych základov správania sa. Beer mu preto dal názov výpočtová neuroetológia (Computational Neuroethology).

fotografia Beera , Periplaneta americana a Periplaneta computatrix

Vo svojej diplomovej práci simuloval Beer nervový systém a telo amerického Švába kuchynského. Pokúsil sa pritom integrovať do simulácie toľko z neurobiologických dát o pravých zvieratách ako je možné. Okrem toho sa pokúsil exaktne dosiahnuť krajné fyzikálne situácie pohybu - v rámci možností, musel pozorovať živých jedincov, keď sa pohybovali v rôznych smeroch a napriek tomu chcel dodržať ich rovnakú hmotnosť. Pri simulácii nervového systému sa ukázalo veľa dier v neurobiologických vedomostiach. Pokúsil sa ich korigovať pomocou realistických domnienok v jeho simulácii. Pritom dostal empiricky vyskúšané hypotézy o štruktúre ešte nie bližšie preskúmaných detailov mozgu reálneho hmyzu. Vykonal s jeho simulovaným hmyzom presne tie experimenty, ako s pravým hmyzom. Ukázalo sa, že správanie obidvoch bolo vo viacerých bodoch podobné. Beer ale ukázal aj nedostatok svojej simulácie, napr. pravý hmyz nevie bežať bez únavy. Nato aby bol výsledok týchto výskumov lepšie predstaviteľný, slúži tento príklad:

Cesta simulovaného hmyzu k "zdroju potravy"

Nákres zobrazuje, ako sa snažil dostať simulovaný hmyz k potrave. Potrava vyvolala simulovaný vzruch, ktorý bol intenzívnejší keď sa hmyz priblížil k potrave.

Sekvencie pohybu cez obrazovku :

1. Tu bola spustená simulácia. "Hmyz" "pociťuje hlad", teda pohybuje sa v smere pachu krmiva.
2. Narazí tykadlami do prekážky a začne ju obchádzať. Živý hmyz, ktorého nervový systém je tu simulovaný, sa správa rovnako.
3. "Hmyz" stratí so svojimi tykadlami kontakt so stenou. Pokúsi sa znova nadobudnúť kontakt na nasledujúcej zastávke
4. Avšak nenarazí na stenu, tak začne sa ďalej pohybovať vo vybočenom smere. Simulovaný pach potravy je na tomto mieste veľmi slabý na to, aby bol simulovanými receptormi vnímateľný.
5. "Hmyz cíti" pomocou tykadiel pravú stranu obrazovky a obchádza ju ako stenu.
6. Pritom natrafí na hornú hranicu obrazovky, ktorú takisto obchádza.
7. Na tomto mieste je simulovaný pach opäť vnímateľný.
8. "Hmyz" medzitým spotreboval ešte viac rezerv energie, nasleduje pach až priamo k potrave a tam začne žrať.

Treba si všimnúť, že simulovaný hmyz musel v priebehu cesty rovnako ako skutočný hmyz správne koordinovať svoje nohy, aby sa držal správneho smeru a pritom nestratil rovnováhu ! Výpočtová neuroetológia teda vychádza zo skutočných živočíchov, prirodzene nie iba z ich správania, ale tiež z ich nervového systému. Z nich sú vyabstrahované štruktúry a funkčné detaily, ktoré by mohli byť relevantné na generovanie/vysvetlenie správania sa. Preto, že sa urobia tie isté experimenty so simulovaným a skutočným hmyzom, je možné posúdiť správnosť modelu. Z obrazu modelu vyplývajú okrem toho empiricky preskúmané hypotézy pre neurovedecký výskum. Aj tu teda platí : Empirický výskum a vytváranie modelu pracujú ruka v ruke. Vzťah medzi UI opierajúcu sa o správanie a výskumom umelého života sa pozná najzrozumiteľnejšie, keď sa pozoruje posledné odvetvie výskumu, ktoré Langton pod týmto pojmom subsumoval (Langton, 1989).