Команда, возглавляемая Маурицио Порфири, профессором механической и аэрокосмической техники и директором Лаборатории динамических систем школы, больше привыкла к изучению социального поведения рыбок данио — пресноводных видов, часто используемых в экспериментах из-за их генетического сходства с людьми. Порфири привлек значительное внимание своим междисциплинарным исследованием факторов, влияющих на коллективное поведение рыбок данио.
Однако разработка процедур и условий для экспериментов на животных требует много времени, и, несмотря на тщательное планирование, многие эксперименты дают смешанные данные. Порфири и его команда, в которую входят научный сотрудник Росс П. Андерсон, докторант Вайолет Мваффо и бывший научный сотрудник Сачит Бутаил (ныне доцент Института информационных технологий Индрапрастхи в Дели), намеревались разработать математическую модель поведения животных, которая могла бы предсказывать результат или повышение эффективности экспериментов и минимизация количества рыб, используемых в них.
При составлении карты движения рыбок данио во время плавания Порфири и его коллеги заметили, что этот вид не движется непрерывно; скорее, он плавает в фирменном стиле, для которого характерны периоды движения накатом, за которыми следуют крутые повороты. Построив график скорости поворота рыбы с течением времени, исследователи заметили, что их данные с небольшими вариациями, за которыми следуют большие падения (отражающие быстрые повороты), сильно отличаются от скорости поворота других рыб, но очень похожи на другие типы рыб. данные, где такая волатильность не только обычна, но и хорошо изучена: фондовый рынок.Команда приняла математическую модель, известную как процесс стохастического скачка, термин, используемый финансовыми инженерами и экономистами для описания скачков цен на финансовые активы с течением времени. Используя многие из тех же инструментов, которые используются в финансовом анализе, исследователи смогли создать математическую модель плавания рыбок данио, извлекая видеоматериалы из предыдущих экспериментальных сессий, чтобы засеять то, что, как они надеются, станет надежной базой данных о поведении рыбок данио при различных обстоятельствах.
«Мы поняли, что если бы мы могли смоделировать плавание этих рыб с помощью компьютера, мы могли бы проверить и предсказать их реакцию на новые стимулы, будь то введение или удаление косяка, присутствие рыбы-робота или даже воздействие алкоголя », — сказал Порфири. «В исследованиях поведения вы можете легко использовать тысячи испытуемых для исследования различных переменных. Это позволит исследователям заменить некоторые из этих экспериментов компьютерным моделированием».Порфири подчеркнул, что эта математическая модель поведения животных также позволит исследователям лучше использовать свои данные после экспериментов, а не только заранее. «Данные, полученные в результате экспериментов с рыбками данио, поначалу выглядят довольно беспорядочно», — сказал Порфири. «Предоставление исследователям модели, которую они могут использовать для последующего сравнения, фильтрации и уточнения своего анализа, позволит им максимизировать данные для получения лучших результатов».
Порфири и его команда планируют продолжить добавление данных в свою модель в надежде создать набор инструментов, который смогут использовать все исследователи, занятые в этой области исследований.Идея включить финансовую инженерию в моделирование поведения рыбок данио пришла от Мваффо, теперь докторанта лаборатории Порфири и получившего степень магистра финансовой инженерии в Политехнической школе инженерии Нью-Йоркского университета.