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近日，天美av 韩战钢课题组博士生林国政（已毕业），与法国图卢兹第三大学动物认知研究中心、理论物理实验室的研究人员共同开展研究，揭示鱼群快速响应环境变化的内在机理。这一研究采用间歇性变化的灯光对红鼻剪刀鱼群施加环境压力，发现鱼群会调整彼此之间相互作用的强度，从而使群体向“临界”状态靠近，在这一状态下，集群系统具有最强的环境感知能力和应对变化的响应能力。该研究结果为生物集群的“临界性假说（Criticality Hypothesis）”提供了有力证据。

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（见图1）。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，如图2（仅作为示意图）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。

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（见图2）。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。

该研究还表明，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，可以为具有真正自适应能力的集群机器人系统设计提供启发。

这一研究发表在《PRX Life》期刊上。Lin, G., Li, X., Xue, T., Escobedo, R., Han, Z., Sire, C., Guttal, V. & Theraulaz, G. 2025. Experimental evidence of stress-induced critical state in schooling fish. PRX Life ( //journals.aps.org/prxlife/abstract/10.1103/nr7p-m4ff  ).

图1. 鱼群对于光强度变化的响应。

图2.系统“相图”（仅为示意图）。

供稿：韩战钢

编辑：郝林青

审核：李   辉