DEborah Gordon于8月27日的早晨度过了一群收割机蚂蚁，在牛仔州牛仔州牛仔州的尘土飞扬的镇外觅食，在第一缕阳光下击中沙漠地板，一群巡逻队蚂蚁已经在移动。他们的任务是找出巢附近的区域是否摆脱了闪光洪水，高风和捕食者。如果他们没有回到巢穴，那么离去的逼迫者就会知道去寻找食物并不安全。
当巡逻队回来，第一批觅食者离开后，他们就四散开来，寻找群体赖以生存的富含脂肪和能量的种子。其他的觅食者在巢的入口处等待着第一波海浪的归来。如果附近有很多食物，觅食者会迅速返回并离开，从而产生巨大的连锁反应。然而，如果食物匮乏，第二组觅食者可能根本就不会离开巢穴。
斯坦福大学的生态学家戈登说：“这是一个非常棒的系统。蚂蚁可以利用突然获得的食物，但如果没有食物，它们不会浪费能源和资源。”。
群体中每个个体的行为是由它与其他蚂蚁相遇的速率和一组基本规则决定的。在一个典型的反馈例子中，它的行为会改变邻居的行为，进而影响原始蚂蚁。结果是令人惊讶的复杂行为。“就个人而言，蚂蚁是愚蠢的，”戈登说。她凝视远处，猛地吸气。“但是殖民地？那是情报的所在。”
距离加利福尼亚州帕洛阿尔托的Gordon办公室约110英里，Mark Goldman研究了一种不同类型的复杂，紧急行为。高盛是加利福尼亚大学的神经科学家，戴维斯。对于他的大部分生活而言，他从未对蚂蚁特别感兴趣。但是，当他于2012年前往斯坦福国斯坦福计划时，与最近参加戈登谈判的同事的同事进行了一些实验，点击了。
“当我观看这些蚁群的电影时，神经元突触似乎发生了什么。这两个系统都在积累关于它们的输入的证据——返回的蚂蚁还是输入的电压脉冲——来决定是产生一个输出——一个外出的觅食者还是一袋神经递质，”戈德曼说。在他的下一次斯坦福之旅中，他延长了逗留时间。一项不同寻常的研究合作开始联合起来:蚂蚁将被用来研究大脑，而大脑将被用来研究蚂蚁。
E大脑860亿个神经元中的每一个都与成千上万的其他神经元相连。当一个神经元发出信号时，它会向附近的神经元发送一个信号，从而改变它们同样发出信号的概率。一些神经元是兴奋性的，这就增加了其他神经元被激发的机会。另一些则是抑制性的，减少了这种机会。一个给定神经元的邻居的输入的组合将决定它是否发出信号。如果两个神经元经常互相刺激，它们之间的突触(化学或电子信号传递的一个小间隙)就会加强，这样它们就能更容易地相互提供反馈。
“这就是你在霍华德休斯医学研究所的神经科学家Dmitri Chklovskii说，这就是你觉得”燃烧的神经元聚集在一起“。但是，对于这种格言，通常不会理解的是，布线还需要第二个神经元向第一个发出消息，也是它也被解雇了。
“上游神经元知道第二个神经元被激活的唯一方法是它产生一个反馈尖峰。这有助于突触做出变得更强的决定，”chklovski说。反馈是与蚂蚁相似之处的开始。“反馈循环无处不在。他们允许系统意识到它过去所做的不再有效，并尝试一些新的东西。”
蚂蚁和大脑实际上都依赖于两种类型的反馈，它们保持着微妙的平衡：负反馈（或抑制性反馈）和正反馈（或兴奋性反馈）。德国雷根斯堡大学的蚂蚁生物学家Tomer Czaczkes说：“负面反馈倾向于导致稳定性。正反馈往往导致失控行为。”“这两条简单的规则让事情变得非常强大。”
对食物的觅食响应是积极反馈循环的一个例子，熟悉任何野餐的人才能被一系列蚂蚁在单一文件中朝着膳食中追捕。但是，知道什么时候不要离开巢穴和冒险捕食和脱水可能同样重要的是知道何时利用种子的意外收获。在输入的低水平（例如少量食物）的正反馈占主导地位。在高级别的输入中，负反馈主导，有助于防止失控流程。
这种失控过程可以代表殖民地的重大危险。Czaczkes提出了一种涉及南美陆军蚂蚁的故事，这与收割机蚂蚁不同，依靠信息素航行。1936年，蚂蚁生物学家T.C.施尼拉尔看着一群军队蚂蚁落入“蚂蚁死螺旋”，因为他们完全在一棵大树周围创造了一条信息线。仙蚂蚁，施奈拉在1944年纸上注明，发现并追踪他们自己的信息素踪迹。越来越多的蚂蚁加入进来，围绕着同一棵树进行无休止的正反馈循环，持续数天的倾盆大雨，直到蚂蚁开始因疲劳而死。
“只依靠积极的反馈，可以让你像这样陷入困境，”Czaczkes说。稍后他稍后会表明，积极的反馈通过黑色园林蚂蚁的负面反馈平衡，并且允许对环境快速适应的负面反馈。
“单独地，蚂蚁是愚蠢的。但殖民地？这就是智慧所在的地方。“
在大脑中也发现了类似的反馈网络，无论是在单个神经元层面还是在整个大脑层面。就像一两只收获蚁发现贮藏的种子会引发大量蚂蚁离开巢穴一样，一些钠离子进入神经元也会引发大量的神经元涌入。这种正反馈提高了神经元的电压，使其超过某个阈值，导致神经元放电，暂时阻止钠离子的流入，同时让钾离子大量外流。
单个神经元的活动诱发了大脑周围的电磁场，可以用脑电图(eeg)记录下来。脑电图信号也是一种正反馈形式。耶鲁大学的科学家对雪貂的大脑施加弱电场，雪貂的大脑产生缓慢但有规律的脑波，类似于深度睡眠时的情况。他们发现，这个区域可以加强大脑组织中现有的神经活动，使涟漪变成海啸。当科学家们将相反的电场应用到正在经历常规神经活动波的脑组织时，他们能够破坏这个反馈回路。1.
虽然已知大脑中的这些反馈过程存在，但它们很难观察到蚁群中类似反馈过程的更难。所以戈登和高盛伪造了蚂蚁联盟。要开始它，他们专注于蚂蚁行为的一个特定方面：蚂蚁留下巢穴的交互次数并开始觅食。
我2013年8月，戈登回到了她30年来每年夏天都去的横跨亚利桑那州和新墨西哥州边界的沙漠灌木丛。她拿着一张地图和一个剪贴板，大步跨过拥挤的泥土和厚厚的草地，开始她的实验。当她走过收获机蚁群时，她像老朋友一样迎接他们。“生日快乐，柯罗尼330。你又活了一年，”她一边说，一边在一张纸上潦草地写了一张便条，从不间断。
由一群本科生和博士侧翼。学生，戈登抵达巢，她用889年用一块生锈的电线和冲压金属标签。每个人都落下了他们的设备，其中包括从大型塑料桶到遮阳伞的所有东西到花生酱。戈登取出了一卷卷起的蓝色管胶囊，装饰着海绵宝宝的Squarepants的照片。学生立即开始将衬衫塞进裤子和牛仔裤进入袜子。然后，他们仔细包裹着脚踝，手腕和腰部的海绵胶带 - 蚂蚁可能能够提供令人讨厌的咬伤。神经科学研究以前从未如此如此。
学生们录完衣服后，安装了两台摄像机。其中一个瞄准了鸟巢的开口，这是地面上的一个洞，看起来像是用铅笔钻出来的。另一个目标是距离巢穴入口约三英尺的正方形，每边约一英尺，角落处有岩石。那天早上，戈登拿着从西南研究中心自助餐厅偷来的塑料勺子，开始扩大鸟巢的入口。然后摄像机开始转动。
在20分钟的时间里，研究小组记录下了收割机蚂蚁的日常生活，它们离开巢穴寻找食物，并把种子带回了家。然后，戈登把注意力集中在广场上。戈登就像一个蓝带厨师捏一点盐一样，熟练地抓住拇指和食指之间正方形的蚂蚁，把它们扔到一个塑料桶里。当平时熙熙攘攘的蚂蚁入口诡异地静止时，摄像机不停地转动。
“蚂蚁没有从他们的巢家中获得反馈，”她解释道。“没有人进来，所以里面的蚂蚁没有让信号离开。”
戈登和她的团队发现，在同伴们带着食物成群返回后，收获蚁只花了3秒钟就开始更快地离开巢穴。2.相反的反应速度慢得多：如果觅食者没有返回四到五分钟，则入口处附近的蚂蚁越来越深。该团队还测量了殖民地被中断后恢复正常的时间。
像这样的数字对高盛来说是宝贵的信息。像蚂蚁一样，神经元也有第一和第二反应器。当神经元激发时，它会释放神经递质，这些递质被储存在称为小泡的容器中。一个囊泡池，称为“易释放池”，生活在细胞膜上，是第一个被释放的囊泡池。然而，这个池中的囊泡数量很少，可以很快耗尽。如果发射率继续保持在中等水平，第二个囊泡池（称为“循环池”）将启动，非常高的发射率将召唤第三个囊泡池（称为“储备池”）
返回的觅食者就像一个来电潜力;蚁群中的潜在觅食者就像一个突触囊泡。这些潜在的施工器也似乎根据其对隧道入口的邻近来安排。那些再回来的人与回收和储备池类似。正如潜在的觅食者必须决定是否留下巢以寻找食物，突触必须决定是否释放囊泡。
高盛认为，他可以使用蚂蚁数据来了解沙漠蚂蚁的觅食行为以及与囊泡回收相似或不同的方式。为了了解蚂蚁觅食行为，他使用称为随机蓄能器的数学构造。此模型将蚂蚁在某个时间窗口内接收的输入，以考虑环境的固有随机性的方式。在突触中，触发蚂蚁觅食行为的化学信号由触发神经递质释放的电信号代替，并且蚂蚁的假/保持判定被释放/不要释放突触的决定。
戈登希望建立更精确的蚂蚁行为数学模型。她希望这能帮助她理解个体对相互作用的不同反应如何导致不同蚁群之间的差异。例如，在干燥条件下觅食较少的蜂群更有可能产生子蜂群。这种适应可能是由于蚂蚁在离开巢穴觅食之前需要与它们的同伴进行更多的互动。“采集食物真的很危险，”戈登说。“这实际上有利于蜂群表现出克制，因为它们没有浪费资源。”
从新墨西哥州回来后的几个月里，戈登花了很多时间观看她新收集的视频。她和她的博士后、研究生和本科生团队一起，计算蚂蚁在蚁群入口处的数量。每一只蚂蚁的到来都会收到一个尖锐的警告点击在秒表的柜台上，学生使用，使分析听起来像是她斯坦福实验室角落的机枪战斗。每次点击次数，一个物种更接近地移动到其他 - 和本身。
Carrie Arnold是一位生活在弗吉尼亚的自由职业者。她已经涵盖了生活世界的许多方面科学美国人，探索，新科学家，新星，和其他出版物。
工具书类
1.Fröhilch，F.和McCormick，D.A.内源性电场可能指导新皮质网络活动。神经元67.（1），129-143（2010）。
2.品特沃尔曼，N。，等收割机蚂蚁使用相互作用来规范觅食激活和可用性。动物行为(2013). 从http://dx.doi.org/10.1016/j.anbehav.2013.05.012。
