Fem myror minns sämre än fyra elefanter.

We must bear in mind that neither a compass, nor the north star, nor any other such sign, suffices to guide a man to a particular spot through an intricate country, or through hummocky ice, when many deviations from a straight course are inevitable, unless the deviations are allowed for, or a sort of "dead reckoning" is kept.

Charles Darwin ägnade stora delar av år 1873 åt att gräla i Nature om hur myror hittar hem. Jag gillar också myror. De har konstig genetik. Vissa arter har samhällen baserade på organiserat lemlästande. It Came From the Desert var ett jättebra spel. Jag kallar till och med min dotter för Myran. Men det är inte alla som håller med mig.


Den här utläggningen roar mig, inte bara för att den är ett nästan ordagrant eko av Darwin, utan för att Anders föreslår en modell för hur myrors hjärnor fungerar. Han verkar också förstå att det är en felaktig modell. Omfattningen av hur felaktig den är råkar också vara av betydelse för våra modeller av betydligt mer komplicerade hjärnor än myrors, som t.ex. min eller rentav Anders. Men det är kanske bäst att börja från början.

Insikten att myror markerar vägen till platser är ett av etologins definierande ögonblick, först publicerat i en publikation 1962 av E.O. Wilson himself. I den beskriver Wilson hur flera av en viss myrarts sociala beteenden styrs av feromoner och hur myror, ibland slaviskt, följer ett feromonspår till dess slut. Eftersom insekter inte är begåvade med så stora hjärnor antogs det därför under ett par decennier att det var så de hittade i världen. Teorin att myror antingen vandrar planlöst på jakt efter byte eller följer spår för att hitta tillbaka kunde användas för att göra ganska tillfredsställande modeller av myrbeteende.

Men inte alltid. En grupp forskare studerade hur en ökenlevande myra i Tunisien letade efter föda genom att måla upp ett koordinatsystem på den kala, platta marken runt myrornas bo.


Vägen från boet (N) till maten (F) var mycket riktigt lång och krokig, utritad på bilden med en heldragen svart linje. I exemplet virrar det stackars puckot inte mindre än 347 meter innan han hittar fram. Om nu Anders och E.O Wilsons teori stämmer så borde myran antingen gå samma väg tillbaka, eller virra lika planlöst tills dess att den råkar snubbla på boet. Men den väg myran valde, den prickade linjen på kartan, gick nästan raka vägen till boet. Detta gällde för alla myror av denna art som studerades. Myror är uppenbarligen inte bara korkade, de har slarvat med sin etologi också.

Så hur hittar myrorna tillbaka, då? Myrorna kan upprepa det här tricket i en miljö helt utan riktmärken, så åtminstone denna art använder något annat knep än att helt enkelt se sig om. Uppenbarligen kan myran hålla någon slags "karta" (vilket för övrigt bara är ett annat ord för modell) i huvudet och utnyttja den för att hitta hem. En möjlighet är ju att myror integrerar avstånden de går med vinklarna på svängarna de gör med lite enkel trigonometri. Om svenska gymnasieungdomar klarar det så kan det ju inte vara så svårt. Detta borde ju kunna testas experimentellt!


Forskarna lät myror springa från boet L till maten F genom en serie gångar A, B och C. På detta sätt kunde de vara helt säkra på att myrorna inte hade tillgång till någon annan information än längden de sprungit och svängarna de gjort. Resultatet anges av staplarna runt målet F. De flesta myror siktade ungefär rätt när de skulle tillbaka, vilket motsvaras av de största staplarna på gradskivan, även om bara en lyckades helt. Om detta stämmer skulle man ju kunna jävlas med myror bara genom att plocka upp dem och flytta dem en bit när de vill hem!


Sweet! Myror som flyttades en bit sprang parallellt med vägen hem, precis som de borde om de bildat sig en karta som saknar koppling till omgivningen. Bara för att man kan göra C-matte i huvudet betyder det inte att man är smart. Vet ni vad som skulle vara ännu taskigare?


Att förlänga eller förkorta benen på de stackars myrorna. Okej att limma på grishår på benen för att förlänga dem (grattis till doktoranden som fick den toppenuppgiften, förresten), men att förkorta benen genom att klippa av dem verkar jättetaskigt. Frågan denna gång var alltså hur myrorna kunde veta hur långa avstånd var när de skulle hitta hem? Genom att låta dem hitta maten och sedan ändra längden på myrornas ben när de skulle tillbaka till boet testade forskarna om myror helt enkelt räknar sina steg när de är ute på upptäcksfärd.


Wehey, det är precis det de gör! Myror som fick för långa ben sprang helt sonika förbi boet, men rätt antal steg, och myror med för korta ben stannade förvånat innan de kommit fram till boet och förväntade sig en ingång. Det är kul att jävlas med myror.

I verkligheten är det förstås inte så här enkelt. På närmare håll använder myrorna sitt luktsinne istället och det är inte omöjligt att de relativt dåliga resultaten bland myrorna som sprang i tunnlar beror på avsaknaden av dofter. Detta hade precis visats i försök från ett labb jag hade förmånen att vara gästdoktorand hos för ett par år sedan. Frågan var hur myror som levde i miljöer med fler landmärken än en öken gör, som till exempel de myror som Anders har problem med. Så någon släppte ner vår hederliga lilla svartmyra, lasius niger, i en labyrint och studerade hur den gjorde för att hitta in och ut. Man upptäckte två saker: För det första så var myrorna mycket bättre på att hitta om de alltid behövde svänga åt samma håll (dvs. höger - höger eller vänster - vänster) i krökar än om de behövde variera svängarna (först höger, sedan vänster, t.ex.), vilket antyder att de memorerar vägen i viss mån. För det andra så reagerade myror som råkade ta fel väg på sitt misstag genom att markera vägen med extra mycket feromoner, vilket tolkades som att de förlitar sig på både doftspår och landmärken, och att de har strategier för att välja mellan de två. Myror är mycket bättre på att anpassa sitt beteende efter omständigheterna än folk tror.

Allt det här är väldigt dåliga nyheter av två anledningar. Till att börja med så betyder det att Anders allvarligt överskattat sin förmåga att överlista insekter. Det är i och för sig också rätt skoj. Men det ställer också till en himla massa problem för alla som hade hoppats att det skulle vara enkelt att förklara hur hjärnor lagrar minnen. Och, tja, det är i och för sig rätt skoj det med.

Att myror kan skapa minnen och hålla mer än en tanke i huvudet samtidigt (som det så vackert heter, fastän det kanske skulle vara mer på sin plats att säga att de håller dem runt svalget, med tanke på deras hjärnors anatomi) hamnade ganska omedelbart mitt i den på tok för gamla debatten om huruvida hjärnor är som datorer eller inte. Det finns, för att överförenkla något alldeles groteskt, två dominerande sätt att se på hjärnor: Ett kognitivistiskt som ser på hjärnan som en Turingmaskin som använder symboler för att skapa associationer och mening med hjälp av domänspecifika moduler, idag representerat av berömda forskare som Steven Pinker och Jerry Fodor. Vad jag tycker om detta kan man läsa här. Det andra synsättet kan kallas konnektionistiskt och förklarar minnen som en emergent process i ett neuralt nätverk. Det senare sättet att betrakta hjärnor försöker förklara dem genom att skapa modeller som liknar det man hittar i naturen, till skillnad från kognitivister som föredrar att se på hjärnor som svarta lådor i vilka magi de inte bryr sig ett dugg om inträffar. Om man kan visa att en konnektionistisk förklaring för t.ex. minne inte är biologiskt rimlig så skulle det vara ett hårt slag mot hela teoribygget. I en bok från 2009 använder kognitivisterna Callistel och King ett helt kapitel åt att argumentera för att myrans förmåga att navigera omöjliggör konnektionistiska förklaringar av hjärnans funktioner. Deras argument kan summeras som följer: Konnektionistiska modeller av minne saknar en motsvarighet till en dators hårddisk eller RAM-minne. De enda verktygen de har till sitt förfogande är styrkan på synapser i neurala nätverk, nybildning och död av synapser, samt olika filterfunktioner. Alla befintliga modeller som visar hur minne kan vara en emergent process ur sådana nätverk är 1) väldigt stora och 2) väldigt känsliga för brus. Myror, å andra sidan, har väldigt små hjärnor som är väldigt okänsliga för brus. Av denna anledning är konnektionistiska modeller inte naturtrogna.


Detta är utmärkta invändningar, och en ingående analys av Callistels och Kings resonemang har publicerats av Christopher Mole i Review of Philosophy and Psychology. Storleksproblemet är lättbegripligt: En myra har ungefär 100 000 nervceller i sin hjärna, vilket råkar vara nästan exakt en miljondel så många som människor. De konnektionistiska modeller för minne som finns består ofta av hundratusentals simulerade nervceller i taget, vilket fungerar utmärkt i så stora hjärnor som våra, men inte alls för en liten myra. Bernadet et al. publicerade dock en modell redan 2008 som kunde utföra navigering liknande myrors med så lite som drygt 5000 nervceller, som Mole håller fram som ett svar åt Callistel och King. Bernadet et al. kommer däremot inte undan den andra invändingen: I konnektionistiska modeller sparas minnen genom att ett mönster i ett nätverk bildas och att en signal går i en loop i det nätverket för att hålla minnet vid liv. Varje gång loopen upprepas finns möjligheten att brus introduceras i signalen, och på så sätt förfaller minnen väldigt snabbt om det inte finns stora, kostsamma system för att filtrera bort brus (och sådana utgår vi från att myror inte har). En alldeles färsk studie tittar på precis det här problemet. Genom att simulera nätverk på upp till 50 000 nervceller, stora men betydligt mindre än en myrhjärna, kunde de uppskatta lagringsförmågan hos enskilda synapser i nätverket. Med värden mellan 0 och 1 bit per synaps blir det, även för så små hjärnor som myrors, snabbt en ganska anständig lagringskapacitet. Men framför allt tittade gruppen på hur lagrad information bryts ner över tid, dvs. hur brus förstör signalen:






Det graferna visar är sannolikheten att ett mönster i nätverket (dvs. minne) är intakt efter en viss tid, för små neurala nätverk med ett finit antal enheter. Som vi ser är sannolikheten långt ifrån 1, vilket är ett problem om man antar att t.ex. fem myror har minne som fyra elefanter. Men det är inte vad försöken på myror visade! Myrorna uppvisade en fantastisk förmåga att utföra beräkningar med enkla variabler, och en ganska begränsad förmåga att minnas vägen i labyrinter. Att de skulle vara glömska visste vi ju redan. Det viktiga är att de kan komma ihåg litegranna, ibland.

Det är tydligen allt som behövs för att överlista Anders och Charles Darwin.

2 comments:

  1. Om du gillar myror hoppas jag att du sett filmen Them!

    Fascinerande blogginlägg, för övrigt.

    ReplyDelete
    Replies
    1. Det har jag inte. Gogglar as we speak.

      Delete