Verhaltensforschung mit GPUs: Demokratie braucht Deppen

In San Jose hat der Verhaltensforscher Iain Couzin gezeigt, wie sich die Simulation von Schwarmverhalten mit GPUs in Einklang mit realen Experimenten bringen lässt. Die Ergebnisse bieten auch einen Einblick in menschliches Verhalten.

Artikel veröffentlicht am ,
Iain Couzin vor einem Modell des menschlichen Gehirns
Iain Couzin vor einem Modell des menschlichen Gehirns (Bild: Nico Ernst/Golem.de)

Wenn ein Schwarm Fische im Ozean von einem Räuber angegriffen wird, flüchten die Tiere in Sekundenbruchteilen - aber wie machen sie das so schnell und geordnet? Das ist eine der Fragen, denen der vielfach ausgezeichnete Verhaltensforscher Iain Couzin von der Princeton-Universität nachgeht.

Inhalt:
  1. Verhaltensforschung mit GPUs: Demokratie braucht Deppen
  2. Wissende und Unwissende

In den 1940er und 50er Jahren dachten die Wissenschaftler Couzin zufolge noch, dass Fische das mit spontaner Gedankenübertragung erreichen. Telepathie wurde damals ernsthaft als Möglichkeit diskutiert. Heute weiß man, dass die Fische, unter anderem durch Sicht und Druckveränderungen im Wasser, wahrnehmen, was ihre Nachbarn gerade tun. Auch mit einem anderen Mythos räumte Couzin auf.

Fische mit gutem Gedächtnis

"Glauben Sie nicht, was so oft geschrieben wird - Fische haben nicht nur ein Erinnerungsvermögen von 8 Sekunden. Das ist ein Mythos, sie können sich Tage, Wochen, Monate und Jahre an etwas erinnern", sagte der Forscher.

Dass Fische durch die seitlich am Kopf angebrachten Augen vor allem sehen, was um sie herum - aber nicht vor ihnen - vorgeht, war einer der Schlüssel bei der Erforschung von Schwarmverhalten. Hilfreich waren dabei Simulationen, bei denen nicht nur die Richtung, sondern auch das Sichtfeld der Tiere in Animationen dargestellt wurde. Für die Blickrichtung wurde dabei Raycasting eingesetzt.

  • Das Ziel von Schwarmverhalten
  • Couzins Cluster mit Nvidia-GPUs für die Simulationen
  • Videoanalyse von Blick und Richtung bei Menschen
  • Diese Arbeit brachte Couzin die GTC-Keynote ein.
  • Ein Schwarm von 32.000 Fischen lässt sich per GPU simulieren.
  • Das Verhalten lässt sich mit solchen Gleichungen beschreiben.
  • Fischschwarm mit Erregungszuständen und Richtungen (Fotos: Nico Ernst)
  • Der linke Fisch will weg - was tun die anderen?
  • Je größer der Schwarm, desto weniger Informationsträger sind im Verhältnis nötig.
  • Plagen durch Heuschreclen sind ein ungelöstes Problem.
  • Den Versuchstieren wird ein Nerv gekappt, damit sie Bisse nicht mehr spüren.
  • Ein Gewaltmarsch, der durch Artgenossen erzwungen wird
  • Der Zwang zu marschieren sinkt, wenn Bisse nicht mehr helfen.
  • Iain Couzin vor einem Modell des menschlichen Gehirns
Fischschwarm mit Erregungszuständen und Richtungen (Fotos: Nico Ernst)

Aufwendige Videoauswertung

Stellenmarkt
  1. Java Entwickler (m/w/d)
    ilum:e informatik ag, Mainz
  2. IT-Mitarbeiter Application MES (m/w/d)
    Craemer GmbH, Herzebrock-Clarholz
Detailsuche

Ebenso war es erst mit steigender Rechenleistung von Computern möglich, Videos von realen Fischen in Echtzeit auszuwerten. Couzin zeigte dazu in seinem Vortrag auf der GPU Technology Conference einige Videos von eigenen Arbeiten und von Forschungen anderer Wissenschaftler, die ihre Modelle im Rechner sehr nah an Vorgänge in der Natur angepasst hatten.

Erst mit solchen Modellen, so Couzin, konnten sich die Verhaltensforscher dann an die Beantwortung weiterer Fragen machen. Klar ist, dass es einen oder mehrere Fische geben muss, die den Räuber zuerst bemerken. Sie flüchten dann in eine Richtung, in die die anderen Fische folgen - aber eben nicht alle, vielmehr sehen die angegriffenen Schwärme wie ein Nebel aus, durch den ein Geschoss fliegt. An den Rändern eines großen Schwarms verändert sich fast nichts, und ebenso schnell wie dessen kurzfristige Auflösung findet er wieder zusammen.

Die Regeln des Schwarms

Ein Grund dafür - und auch für die Informationsübermittlung - ist der Individualabstand, bei dem sich die Tiere wohl fühlen. Zu nah an anderen zu sein, ist ihnen ebenso unangenehm, wie von den Artgenossen zu weit entfernt zu sein. Bei panischer Flucht verändern sich diese Abstände so schnell, dass die anderen Tiere darauf ebenso spontan reagieren. Umgekehrt läuft der Prozess ab, wenn die Gefahr nicht mehr vorhanden ist. Das sind die sozialen Regeln, nach denen ein Schwarm funktioniert.

Die einzelnen Tiere können aber nicht wissen, wer gerade eine neue Information hat. Daher reagieren sie zunächst auf jede Veränderung, denn diese könnte ja eine wichtige Information darstellen. Dabei werden die üblichen sozialen Regeln mit denen von panischem Verhalten kombiniert: Plötzliche Veränderungen sind immer wichtiger als die üblicherweise geltenden Regeln.

Bitte aktivieren Sie Javascript.
Oder nutzen Sie das Golem-pur-Angebot
und lesen Golem.de
  • ohne Werbung
  • mit ausgeschaltetem Javascript
  • mit RSS-Volltext-Feed
Wissende und Unwissende 
  1. 1
  2. 2
  3.  


tilmank 11. Jun 2012

https://www.youtube.com/watch?v=YBYU1eayaXs

jorgento 18. Mai 2012

Vielen Dank Herr Ernst! Ich hatte erfolglos gegoogelt. Auf jeden Fall wusste ich das...

Aileron 18. Mai 2012

Vielen Danke ;) danach habe ich gesucht. mfg Aileron

irata 18. Mai 2012

Würde eigentlich auch ganz gut passen ;-)

elcaleuche 18. Mai 2012

...oder einfach im Stau, wo einer ausschert und andere ihm folgen - obwohl er mutmaßlich...



Aktuell auf der Startseite von Golem.de
Corona-Warn-App
Jede geteilte Warnung kostete 100 Euro

Die Bundesregierung hat für die Corona-Warn-App bisher mehr als 130 Millionen Euro ausgegeben. Derzeit gibt es besonders viele rote Warnungen.

Corona-Warn-App: Jede geteilte Warnung kostete 100 Euro
Artikel
  1. Activision Blizzard: Was passiert mit Call of Duty, Diablo und Xbox Game Pass?
    Activision Blizzard
    Was passiert mit Call of Duty, Diablo und Xbox Game Pass?

    Playstation als Verlierer und Exklusivspiele für den Xbox Game Pass: Golem.de über die bislang größte Übernahme durch Microsoft.
    Eine Analyse von Peter Steinlechner

  2. Dice: Update-Roadmap für Battlefield 2042 vorgestellt
    Dice
    Update-Roadmap für Battlefield 2042 vorgestellt

    Ob das reicht? Das Entwicklerstudio Dice hat seine Pläne für Battlefield 2042 vorgestellt. Der Shooter hat extrem niedrige Spielerzahlen.

  3. Energiespeicher: Große Druckluftspeicher locken Investorengelder an
    Energiespeicher
    Große Druckluftspeicher locken Investorengelder an

    Hydrostor bietet eine langlebige Alternative zu Netzspeichern aus Akkus, die zumindest in den 2020er Jahren wirtschaftlich ist.
    Von Frank Wunderlich-Pfeiffer

Du willst dich mit Golem.de beruflich verändern oder weiterbilden?
Zum Stellenmarkt
Zur Akademie
Zum Coaching
  • Schnäppchen, Rabatte und Top-Angebote
    Die besten Deals des Tages
    Daily Deals • LG OLED 55" 120Hz 999€ • MindStar (u.a. NZXT WaKü 129€, GTX 1660 499€) • Seagate Firecuda 530 1TB inkl. Kühlkörper + 20€ PSN-Guthaben 189,90€ • HP Omen Gaming-Stuhl 319€ • Sony Pulse 3D Wireless PS5 Headset 79,99€ • Huawei MateBook 16,1" 16GB 512GB SSD 709€ [Werbung]
    •  /