Короткий адрес страницы: fornit.ru/71586 

Скопировано!

Относится к сборнику статей теори МВАП https://t.me/thinking_cycles

Модель гомеостата насекомого

Модель программной организации гомеостатической основы, описанная в статье “Принципы формирования эмоций у искусственных живых существ” (fornit.ru/71550) с примером реализации кода (emotion_code.docx), является общей основой для всех видов живых существ любой сложности организации. Для простых насекомых она лишается эволюционных надстроек вроде жизненных параметров (виталов) вроде “Потребность в общении” и ориентирована на полноценную адаптацию к условиям обитания за счет наследуемых реакций и в онтогенезе – условных рефлексов.

Поэтому показ наиболее простой основы и взаимодействия в ней принципов адаптивного поддержания жизни наиболее понятен как начальный этап освоения всех более сложных моделей, где включается социальные механизмы передачи опыта.

Никакие социальные механизмы воспитания инфантильного беспомощного существа с социальным уровнем передачи опыта - не применимы. Насекомое сразу имеет полный набор необходимых для выживания реакций и приспосабливается к отдельным особенностям среды обитания с помощью условных рефлексов.

Выберем примерный набор жизненных параметров насекомого:

VitalsArr = {

  Id=1, importance=90   // Гипоксия / кислородный дефицит

  Id=2, importance=80   // Обезвоживание / водный дефицит

  Id=3,  importance=70   // Перегрев

  Id=4,  importance=60   // Переохлаждение

  Id=5,  importance=60   // Голод (дефицит энергии)

  Id=6,  importance=30   // Стресс (консолидация защитных систем организма)

  Id=7,  importance=20   // Гон (половая активность)

  Id=8,  importance=50   // Самосохранение

  Id=9,  importance=100  // Повреждения

}

Это соответствует ключевым гомеостатическим потребностям насекомых, выделенным в научной литературе. Все параметры имеют прямые физиологические корреляты и вызывают адаптивные поведенческие реакции, задокументированные в энтомологии.

У всех виталов увеличение значения от нуля (нормы) означает ухудшение параметра.

Первые 5 отражают потребности в порядке уменьшения их значимости, что обеспечивает приоритетность действий по восстановлению нормы.

Обоснованность и соответствие данным

Выход витала за критическую границу вызывает активацию стиля поведения, который предназначен для реакций возвращения в норму.

Этот механизм соответствует рефлекторно-инстинктивному уровню регуляции у животных, включая насекомых:

• Голод → Пищевой + Поиск — направлен на локализацию и потребление ресурса.
• Перегрев → Поиск (тени) + Защита — направлен на снижение тепловой нагрузки.
• Повреждения → Защита + стресс — минимизация дальнейшего ущерба.

Эти реакции зависят от восприятия особенностей текущих условий, что для активного стиля поведения является уточняющим реакцию фактором.Внешние стимулы (запах, температурный градиент, влажность) в сочетании с активным виталом (голод, перегрев, обезвоживание) уточняют целевой объект поиска. Т.е. уточняющим фактором может быть не только внешний признак восприятия, но и внутренняя рецепция виталов.

Итак, система постоянно отслеживает величину отклонения от нормы или возврата в норму (DeviationFromNorm) для каждого витала. При превышении порогового значения (DeviationFromNorm[id] < -Threshold), витал помечается как "активный драйвер".

Каждый "активный драйвер" жестко связывается с одним или несколькими базовыми контекстами (BasicContexts), чья эволюционная функция — компенсировать именно это отклонение.

Действие продолжается до тех пор, пока:

a) Отклонение витала не будет устранено (DeviationFromNorm вернется в норму).

b) Активность не будет прервана драйвером с более высоким приоритетом (например, активация витала Угроза тормозит Пищевой контекст).

Определим базовые стили поведения, характерные для насекомых и соответствующие уже определенному массиву виталов.

BasicContexts = {

    id=1,  importance=90   # Вентиляция / Очистка дыхалец

    # Реакция на Id=1 (Удушье). Активное вентилирование трахей,

    # очистка дыхалец конечностями, выход из зоны с плохой газовой средой

    id=2,  importance=80   # Водопоглощение 

    # Реакция на Id=2 (Обезвоживание). Поиск и потребление воды:

    # питье капель, поглощение влаги через покровы, потребление соков

    id=3,  importance=70   # Терморегуляция: охлаждение

    # Реакция на Id=3 (Перегрев). Поиск тени, закапывание в субстрат,

    # ночная активность, испарительное охлаждение (для некоторых видов)

    id=4,  importance=70   # Терморегуляция: обогрев

    # Реакция на Id=4 (Переохлаждение). Принятие солнечных ванн,

    # мышечная термогенез (вибрация крыльев), выбор прогретых участков

    id=5,  importance=60   # Пищедобывание

    # Реакция на Id=5 (Голод). Фуражировка, питание:

    # потребление нектара, хитинированных объектов, соков растений

    id=6,  importance=30   # Замирание (танатоз)

    # Реакция на Id=6 (Стресс). Полная неподвижность при кратковременной

    # угрозе - реакция на тень, вибрацию субстрата

    id=7,  importance=20   # Репродуктивное поведение

    # Реакция на Id=7 (Гон). Поиск партнера, брачные демонстрации,

    # спаривание, откладка яиц

    id=8,  importance=50   # Избегание угрозы

    # Реакция на Id=8 (Самосохранение). Активное бегство, уход в укрытие,

    # принятие защитных поз

    id=9,  importance=100  # Иммобилизация и зализывание ран

    # Реакция на Id=9 (Повреждения). Минимизация движений для

    # снижения потерь гемолимфы, очистка раны ротовыми аппаратами

    id=10, importance=30   # Активность/Покой по циклу (Циркадный ритм), Дневная/ночная активность.

    # Этот стиль активируется не от состояния виталов, а внешними циклами (смена дня/ночи) и выступает как глобальный модулятор, принудительно переводящий систему в энергосберегающий режим, в котором подавляются все не-критические активности. По аналогии со стилем Сон в базовом коде примера.

}

Как зачатки социального поведения, можно было бы добавить характерные для муравьев, пчел, термитов стили:

id=12, importance=40   # Трофаллаксис (социальное кормление)

# Реакция на голод сородичей. Передача пищи mouth-to-mouth

id=13, importance=60   # Аллогруминг (взаимная чистка) 

# Реакция на загрязнение покровов. Очистка тела сородича

id=14, importance=70   # Защита гнезда

# Коллективная реакция на угрозу жилищу. Мобилизация рабочих особей

Но это излишне усложнит модель и ее демонстрацию.

У насекомых нет формирования базового самоощущения, которое характерно для организмов с психикой, поэтому нет состояний Плохо, Норма, Хорошо. Соответственно, активные стили (массив BasicContextsActived) определяются только при распознавании критического выхода витала из нормы (DeviationFromNorm – процент отклонения от нормы - негативное значение).

Хотя нет состояния Хорошо, но его непосредственная функция удержания действия, восстанавливающего норму, должна быть реализована: пока норма восстанавливается продолжается выполнение реакции, обеспечивающей это. В программной модели условно норма может восстанавливаться мгновенно при запуске реакции и поэтому необходимость такой функциональности в модели насекомых отсутствует.

Функция активации базовых контекстов поведения может быть следующей:

func getActiveBasicContexts() {

  // Сброс всех контекстов, КРОМЕ специальных (сон, циркадный покой)

  for i = 1 to 10 {

if i == 10 // Циркадныйритмнесбрасываем

            break

    BasicContextsActived[i] = false

  }

// Повреждения (Id=9)

  if DeviationFromNorm[9] < -50 {

    BasicContextsActived[9] = true  // Иммобилизацияизализываниеран

   return// все остальное неактуально

  }

  // Гипоксия (Id=1)

  if DeviationFromNorm[1] < -20 {

    BasicContextsActived[1] = true  // Вентиляция

    return// все остальное неактуально при гипоксии

  }

  // Обезвоживание (Id=2)

  if DeviationFromNorm[2] < -30 {

    BasicContextsActived[2] = true  // Водопоглощение

    return// все остальное неактуально

  }

  // Перегрев (Id=3)

  if DeviationFromNorm[3] < -40 {

    BasicContextsActived[3] = true  // Охлаждение

   return// все остальное неактуально

  }

  // Переохлаждение (Id=4)

  if DeviationFromNorm[4] < -50 {

    BasicContextsActived[4] = true  // Обогрев

   return// все остальное неактуально

  }

//Насекомые в состоянии покоя НЕ теряют реакцию на нехватку кислорода, но их сторожевые функции (реакция на стресс, угрозу) могут быть значительно снижены. Принцип: в состоянии покоя подавляются все целенаправленные активные поведения, требующие перемещения и значительных энергозатрат, но сохраняются автоматические защитные реакции на непосредственную угрозу жизни.

ifBasicContextsActived[10] { // активен Покой — активируется извне

    // ПОДАВЛЕНИЕ ЭНЕРГОЗАТРАТНЫХ АКТИВНОСТЕЙ

    return// все остальное неактуально

} 

  // Голод (Id=5)

  if DeviationFromNorm[5] < -60 {

    BasicContextsActived[5] = true  // Пищедобывание

   return// все остальное неактуально

  }

  // Стресс (Id=6)

  if DeviationFromNorm[6] < -50 {

    BasicContextsActived[6] = true  // Замирание

    BasicContextsActived[8] = false // Несовместимосизбеганием

   return// все остальное неактуально

  }

  // Гон (Id=7)

  if DeviationFromNorm[7] < -70 {

    BasicContextsActived[7] = true  // Репродуктивноеповедение

   return// все остальное неактуально

  }

  // Самосохранение (Id=8)

  if DeviationFromNorm[8] < -50 {

    BasicContextsActived[8] = true  // Избеганиеугрозы

   return// все остальное неактуально

  } 

}

Такую модель сможет реализовать любой программист средней квалификации на любом удобном языке, и она не потребует особых ресурсов компьютера, легко работая даже на слабом ПК. Отказ от эмуляции нейронов (fornit.ru/art10) позволяет создавать работающие в реальном масштабе времени и с минимальными ресурсами сложные адаптивные системы.

Это — минималистичная, но полноценная модель рефлекторно-инстинктивного поведения, соответствующая как биологической реальности, так и инженерной практичности.

Для всех базовых контекстов BasicContexts теперь нужно прикрепить реакции для возврата в норму, которые срабатывают в условиях признаков восприятия, предусмотренных наследственно.

Пример базовых реакций:

Эти реакции жёстко закодированы и не требуют обучения.

Для этапа развития в онтогенезе, учитывающего конкретные признаки восприятия окружения необходимо создать структуру условного рефлекса и функцию его актуализации.

Вот пример реализации базовой модели:  emotion_code_insects.docx