Elektrische Fische gehören zu den faszinierendsten Exemplaren im Kuriositätenkabinett der Natur. Sie „sehen“ ihre Welt und sich gegenseitig, indem sie elektrische Felder wahrnehmen – und selbst erzeugen. Diese einzigartige Fähigkeit ist ein Schlüsselbereich für das aufkommende Feld der NeuroAI, das die Wahrnehmungs- und kognitiven Fähigkeiten sowohl natürlicher als auch künstlicher Systeme erforscht. Für Kanaka Rajan, Forscherin am Kempner Institute und außerordentliche Professorin in der Abteilung für Neurobiologie an der Harvard Medical School, stellen elektrische Fische eine potenzielle Quelle für umfassendere Einblicke in die „kollektive Intelligenz“ dar, die sich aus der Interaktion zwischen verschiedenen zielgerichteten Einheiten ergibt.
Rajan und ihr Team sind der Ansicht, dass die Untersuchung schwach elektrischer Fische ein Sprungbrett zum Verständnis von Multi-Agenten-Intelligenz sein könnte und möglicherweise Licht auf die komplexe Dynamik wirft, die tierische und menschliche Gesellschaften kennzeichnet.
Elektrische Impulse als Kommunikationsform
Rajan und ihre Mitarbeiter untersuchten den Gnathonemus petersii, einen schwach elektrischen Fisch, der seinen Namen von der rüsselartigen Ausstülpung seines Kopfes hat. Die in den Flüssen West- und Zentralafrikas beheimateten Elefantennasenfische leben bevorzugt in schlammigen Tümpeln und schattigen, langsam fließenden Bächen. Mit Hilfe ihres Elektrosinns sind die Fische in der Lage, ihre schlammige Umgebung zu durchdringen, indem sie Impulse erzeugen, die als elektrische Organentladungen oder EODs bekannt sind. „Alles, was sie in ihrem Leben tun, geschieht durch elektrische Impulse“, sagt Rajan. „Ihre Kommunikation, ihr Paarungsverhalten, ihr Streben, ihre Aggression, ihre Kooperation, ihr Wettbewerb – alles wird durch diese Impulse gesteuert, die sie aussenden.“
Da sich Rajan und ihr Team dafür interessieren, wie Agenten – bei denen es sich um Menschen, Tiere, Roboter oder Sprachmodelle handeln könnte – auf verschiedenen Ebenen miteinander interagieren, bieten Elefantennasenfische die Möglichkeit, emergente, koordinierte Kommunikation beziehungsweise Agenteninteraktion in einem relativ einfachen Kontext zu untersuchen.
Hier kommen die schwach elektrischen Fische ins Spiel. Ihre „Sprache“ besteht aus Strömen von identischen elektrischen Impulsen. Ihre „Sätze“ unterscheiden sich darin, wie oft diese „Silben“ von jedem Fisch ausgestoßen werden. Auch wenn die Kommunikationsformen dieser Tiere einfacher sind als die des Menschen, zeigen sie doch aufkommende, koordinierte Verhaltensweisen, die Aufschluss über viel komplexere soziale Dynamiken geben könnten. Die Modellierung dieser Verhaltensweisen kann auch bei der Entwicklung neuer KI-Systeme helfen.
Kollektive Intelligenz in der Tierwelt
Der Schlüsselgedanke bei der Untersuchung kollektiver Intelligenz ist, dass soziale Dynamik nicht einfach die Summe individueller Verhaltensweisen oder sogar paarweiser Interaktionen ist. Zum Beispiel sind die besonderen Verhaltensweisen, die in Gruppen von Menschen auf einer Party auftreten können, viel komplexer als eine Ansammlung von Gesprächen zwischen zwei Personen. Das könnte daran liegen, dass jedes Gespräch einen Erinnerungsrest aus dem vorangegangenen Gespräch mit sich trägt, selbst wenn es mit einer völlig anderen Person stattgefunden hat, oder daran, dass eine Diskussion zu dritt Nuancen aufweist, die nicht vollständig durch die Summe aller möglichen Zweipersonengespräche erfasst werden können. Außerdem spielt der Gesamtkontext eine Rolle, wenn es um menschliches Verhalten geht – zum Beispiel, ob es sich um eine Arbeits- oder eine Feierabendveranstaltung handelt, oder ob die Situation unter Gleichaltrigen oder innerhalb einer sozialen Hierarchie stattfindet.
Elefantennasenfische demonstrieren diese Art von kollektiver Intelligenz auf beeindruckende Weise. In einer Studie von Federico Pedraja und Nathaniel Sawtell, einem der wichtigsten Mitarbeiter von Rajan an der Columbia University, wurde beobachtet, dass Elefantennasenfische in einer Gruppe die Fähigkeit der anderen zur Nahrungssuche huckepack nehmen. Findet ein Fisch eine vielversprechende Futterquelle, kann er Impulse aussenden, die von Fischen in der Nähe wahrgenommen werden. Dadurch können die anderen Fische weniger Energie für die direkte Nahrungssuche aufwenden und folgen einfach dem Anführer. Durch diese und andere Arten der kollektiven Kommunikation sind die Fische in der Lage, soziale Verhaltensweisen an den Tag zu legen, die ihnen helfen können, in bestimmten Umgebungen zu überleben und zu gedeihen.
Rajan und ihr Team erstellten Computermodelle mit künstlichen Agenten, die Elefantennasenfische imitieren. Durch die Manipulation von Faktoren, die bei echten Fischen unmöglich experimentell kontrolliert werden können, konnten Rajan und ihr Team simulieren und untersuchen, wie kollektive Intelligenz in verschiedenen Kontexten entsteht.
Von der Natur zur künstlichen Intelligenz
Ihre Arbeit am Kempner-Institut hat bereits einige faszinierende Ergebnisse zutage gefördert. Evolutionssimulationen, bei denen künstliche Fische überleben müssen, um ihre Eigenschaften an die nächste Generation weiterzugeben, deuten darauf hin, dass die Verfügbarkeit von Nahrung darüber entscheidet, ob die Fische in erster Linie kooperieren oder konkurrieren. Eine Verringerung der Zuverlässigkeit der Nahrungsquellen erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass sich die Population wettbewerbsorientiert verhält. Kooperation und Wettbewerb sind diesen künstlichen Agenten nicht fest eingepflanzt. Vielmehr entwickeln sich diese Verhaltensweisen im Laufe mehrerer Generationen durch eine simulierte Version der natürlichen Selektion.
Rajan möchte dieses Projekt schrittweise ausbauen, um die Komplexität zu erhöhen und den Lernprozess der einzelnen Agenten und die Entstehung verschiedener Überlebensstrategien besser zu verstehen. Eine wichtige Frage, mit der sich das Team zu befassen beginnt, ist, ob es universelle Gesetze für soziale Interaktionen gibt. Gibt es zum Beispiel eine „kritische Masse“ von Akteuren, die optimal kooperieren können? Oder einen Schwellenwert, ab dem der Wettbewerb übermäßig wird?
Diese Art von Arbeit hat interessante Auswirkungen auf die menschliche Zusammenarbeit, ist aber auch für die angewandte KI-Forschung von Bedeutung. Die Prinzipien der kollektiven Intelligenz können eine wichtige Rolle dabei spielen, wie einzelne KI-Systeme miteinander interagieren und kommunizieren. Kooperative Teams von KI-Agenten – manchmal auch als „Schwärme“ bezeichnet – sind vielversprechend für technische Anwendungen, da sie möglicherweise schnellere, komplexere und anpassungsfähigere Problemlösungen ermöglichen. Ob sich solche KI-„Schwarmgeister“ als nützlich erweisen, wird sich erst mit der Zeit herausstellen, aber in der Zwischenzeit werfen die grundlegenden Arbeiten von Rajan und ihren Mitarbeitern ein Licht auf die Frage, wie sowohl biologische als auch künstliche Agenten zusammenarbeiten können, um kollektive Intelligenz zu erzeugen.
