导语

生命系统的集体行为是一个复杂且有趣的话题，是当前物理学的一个前沿热点。从单细胞生命体和昆虫，到水生和陆生的哺乳动物，集体行为涉及到相当广泛的时间和空间尺度。通常，每一个生命个体都有各自的行为偏好，然而宏观上却涌现出丰富的现象和功能，看起来和经典统计物理有某种相似之处。这种相似很神奇，我们显然不能期待一个生命体的行为和一个原子类似，但是从全局上看，系统涌现出与个体完全不同的性质，换句话说，局部相互作用诱导系统的秩序。

来自罗马学派的一批科学家希望，借助理论物理探索这个新的领域，用统计力学的概念框架描述生物学中的集体行为。他们使用最大熵的思想，从观察数据中总结出鸟类运动的两个重要规律：无标度相关性和动态信息传递机制。本次报告主要和大家分享鸟类的动态信息传递机制。

内容简介

对于一个生命系统而言，做出集体行为意味着每个个体都在按需改变自身状态。按需改变建立在快速和稳定的信息传递机制上。本报告探讨了在动态集体行为中，鸟类是如何实现这种稳健信息传递机制的。我们将分享针对椋鸟群的集体转弯实验研究。数据表明，关于方向转变的信息在鸟群中匀速传播，衰减可以忽略不计。数据结果挑战了经典模型的预测结果。本报告进一步提出一个包括行为惯性的模型，修正后的模型能够正确反应观察数据，预测并验证了群体的定向秩序决定了信息传播速度的事实。本报告研究有助于进一步理解生命群体的涌现过程。

参考资料：

• Attanasi, Alessandro, et al. “Information transfer and behavioural inertia in starling flocks.” Nature physics 10.9 (2014): 691-696.

• Cavagna, Andrea, et al. “Scale-free correlations in starling flocks.” Proceedings of the National Academy of Sciences 107.26 (2010): 11865-11870.

• Vicsek, Tamás, and Anna Zafeiris. “Collective motion.” Physics reports 517.3-4 (2012): 71-140.

• Cavagna, Andrea, et al. “Silent flocks: constraints on signal propagation across biological groups.” Physical review letters 114.21 (2015): 218101.

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