Laboratoire de Physique Théorique
Toulouse - UMR 5152

Les mécanismes qui gouvernent les déplacements collectifs de bancs de poissons, de nuées d’oiseaux ou de troupeaux de mammifères restent encore mystérieux. Comment les individus interagissent au sein de ces groupes pour coordonner leurs mouvements et quels types d’informations utilisent-ils pour cela ? Pour aborder ces questions, des chercheurs du CRCA et du LPT à Toulouse, du Centre sur les Sciences de Complexité de Bristol, de l’Université de Roehampton à Londres et de l’Université Normale à Pékin ont étudié comment des poissons s’influencent mutuellement lorsqu’ils effectuent collectivement des changements spontanés de direction. Les résultats publiés dans Plos Computational Biology, montrent que pour coordonner leurs déplacements les poissons interagissent avec un petit nombre de leurs voisins et changent régulièrement les individus sur lesquels ils portent leur attention.

Les déplacements collectifs de groupes d’animaux constituent un des phénomènes les plus spectaculaires observés dans la nature. Ces mouvements collectifs résultent d’interactions locales entre les individus et s’accompagnent de la formation de structures spatiales et temporelles à grande échelle. Ces comportements collectifs jouent un rôle fondamental dans la défense du groupe, améliorant ainsi la capacité de survie des individus. Pour comprendre les propriétés de ces mouvements collectifs, il est important de caractériser la dynamique des interactions entre individus. Pour cela les chercheurs ont étudié une petite espèce de poisson tropical le nez rouge (Hemigrammus rhodostomus) dont le comportement de nage en banc est très prononcé. Les déplacements de chaque individu dans un groupe étaient suivis automatiquement au moyen d’un logiciel. Pour caractériser la dynamique des interactions entre les poissons lorsqu’ils changent collectivement de direction, les chercheurs ont développé un algorithme qui analyse les trajectoires individuelles et détermine pour chaque poisson et à chaque instant quels sont parmi ses voisins ceux qui influencent son déplacement. Ces expériences ont montré que lorsqu’un groupe de poissons change collectivement de direction, les individus alternent des phases au cours desquelles ils copient la direction de déplacement d’un ou parfois deux voisins simultanément, et des phases au cours desquelles ils se déplacent sans être influencés par leurs voisins. Pour coordonner leurs nages et prendre collectivement des décisions, chaque poisson ajuste donc ses déplacements sur un très petit nombre de ses voisins et change régulièrement l’attention qu’il porte aux autres poissons situés dans le voisinage. L’analyse permet ainsi de retracer comment le changement de comportement d’un des membres du groupe se propage aux autres individus et détermine les changements collectifs de la direction du déplacement du groupe.

La compréhension des mécanismes de traitement collectif de l’information chez les animaux vivant en groupe ou en sociétés plus organisées comme les insectes sociaux, ouvre des perspectives pour le développement d’algorithmes bio-inspirés permettant le contrôle distribué de systèmes artificiels comme des essaims de drones, qui pourraient être de plus en plus fréquemment utilisés pour des opérations des surveillance et de sauvetage.

Référence : Jiang L, Giuggioli L, Perna A, Escobedo R, Lecheval V, Sire C, et al. (2017) Identifying influential neighbors in animal flocking. PLOS Computational Biology 13(11) : e1005822. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1005822 ; « une » de PLOS du 21/11/2017 ;

Communiqué de presse de la revue PLOS Computational Biology (en anglais)

Actualité scientifique de l’Institut des Sciences Biologiques (INSB) du CNRS

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