解耦与建模具有爆发-滑行游泳行为的鱼类交互作用

我们结合广泛的数据分析与建模方法，来测量、解耦并重建红鼻剪刀鱼（Hemigrammus rhodostomus）游泳协调中所涉及交互作用的实际函数形式。这种鱼类表现出爆发-滑行游泳行为，包括突然的航向变化伴随短暂的加速，随后是准被动的直线减速。我们量化了鱼的自发随机行为，以及控制避壁、对邻近鱼的吸引与对齐的交互作用，后者利用了交互作用的一般对称性约束。与以往的实验工作相比，我们发现吸引和对齐行为共同控制着鱼对邻近个体的反应。我们随后利用这些结果构建了一个鱼的自发爆发-滑行游泳与交互作用的模型，所有参数均通过实验估计或直接测量得到。该模型定量地再现了在单鱼和双鱼实验中观察到的运动与空间分布的关键特征。这证明了我们利用大量数据来解耦并全面刻画支配动物群体集体行为的交互作用的方法的威力。此外，我们引入了“哑”与“智能”活性物质的概念，并强调和澄清了它们之间的显著差异。