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作为广泛存在于自然界与人类社会中的群体运动现象，集群运动一直是复杂性科学的重点关注对象。实证与理论研究表明，吸引/排斥、方向对齐等社会性相互作用对于个体间运动状态的协同至关重要，是实现运动方向信息高效传播的基础。但是，社会性相互作用并非一成不变，而是随个体认知与环境感知能力的变化动态调整，群体层面的集群运动状态亦将随之改变。以鱼类为例，一方面，当水体浑浊程度提高或环境光照强度减弱时，鱼群的聚集程度与协同运动能力均会显著下降；另一方面，受限于信息处理能力，鱼类在集群游行过程中往往只能关注少数高影响力同类的行为。分析集群运动背后的认知与感知机制对理解群居动物社会性的形成和演化至关重要。

近期，系统科学学院韩战钢教授团队博士生王伟嘉与法国图卢兹三大guy theraulaz教授合作，基于红鼻剪刀鱼（hemigrammusrhodostomus）数据驱动模型对鱼类认知和环境感知能力与集群运动状态的联系进行了深入研究。该模型由红鼻剪刀鱼运动轨迹数据重构得到，完整描述了“加速—滑行”（burst-and-coast）运动模式下个体间的社会性相互作用以及多源信息整合方式。在此基础上，该研究系统分析了相互作用策略、相互作用强度与范围、个体行为随机波动以及群体规模对鱼群协同运动能力的影响。研究发现，当群体在吸引作用下保持聚集时，1至2个最有影响力邻居的方向信息即可使群体实现协同运动；一致性游行与同向环绕的形成则依赖于方向对齐作用。其次，相互作用强度与范围对集群运动状态的影响等价，其持续增加并不意味着聚集程度与协同能力的提高，过强的相互作用将使群体进入蜂拥状态。此时社会性相互作用与行为随机波动的作用相同。最后，群体在不同规模下均可形成稳定的集群运动状态。

该工作对“加速—滑行”运动模式下的集群动力学特征进行了系统分析，揭示了个体间相互作用与群体运动状态间的对应关系，阐明了最有影响力邻居对实现协同运动的关键作用。该研究有助于深入理解不同自然条件下鱼类认知与环境感知能力的适应性变化对集群运动状态的影响。

该工作以“the impact of individual perceptual and cognitive factors on collective states in a data-driven fish school model”为题发表于计算生物学重要期刊plos computational biology，论文链接。论文第一作者为系统科学学院博士生王伟嘉。该工作得到国家自然科学基金、国家建设高水平大学公派研究生项目以及法国国家科研署的支持。

作者：王伟嘉

审核：王大辉

编辑：郝林青