Thread by @vishuguttal

The translation of this thread -- on our work on schooling fish -- to Kannada is long-overdue. Better late than never! So here goes. 0/26

ನಮ್ಮ ಪ್ರಯೋಗಾಲಯದಲ್ಲಿ ನಡೆದ ಪ್ರಾಣಿಗಳ ಗುಂಪಿನ ಚಲನೆಯ ಅತಿ ಸರಳವಾದ ನಿಯಮದ ಬಗ್ಗೆ ಸಂಶೋಧನೆಯನ್ನು ಕನ್ನಡದಲ್ಲಿ ನಿಮ್ಮೊಂದಿಗೆ ಹಂಚಿ ಕೊಳ್ಳುತ್ತೇವೆ. 0/26 #teelabiisc

https://twitter.com/vishuguttal/status/1234525280015831040

ಪ್ರಾಣಿಗಳ ಗುಂಪಿನ ಚಲನವಲನದ ರಹಸ್ಯವನ್ನು ತಿಳಿಯಲು ಕಂಪ್ಯೂಟರ್ ವಿಜ್ಞಾನ, ಭೌತ ವಿಜ್ಞಾನ ಹಾಗೂ ಗಣಿತದ ಸೂತ್ರಗಳ ಬಳಕೆ ಮಾಡಬಹುದು ಎಂದರೆ ಎಂಥಹಾ ರೋಚಕ ವಿಷಯವಲ್ಲವೇ!

ಈ ತ್ರೆಡ್ ಓದಿ! 1/26

ಈ ವರ್ಷ ಮಾರ್ಚ್ ನಲ್ಲಿ, “ಮೀನು ಗುಂಪಿಗಳ ಚಲನೆ” ಬಗೆಗಿನ ನಮ್ಮ ಸಂಶೋಧನೆಯು @NaturePhysics ಎನ್ನುವ ಪತ್ರಿಕೆಯಲ್ಲಿ ಪ್ರಕಟವಾಗಿತ್ತು. ಅದರ ಕನ್ನಡದ ಸಾರಾಂಶವನ್ನು ಬರೆಯಲು ಅಂದು ಸಮಯವಾಗಿರಲಿಲ್ಲ.

ಈಗ @Sci_Rio ಅವರ ಸಹಾಯದಿಂದ ಅನುವಾದ ಮಾಡಿದ್ದೇವೆ. ಓದಿ ನಿಮ್ಮ ಅನಿಸಿಕೆ ತಿಳಿಸಿ!

#collective #motion #scicomm 2/26

ಪಕ್ಷಿಗಳು, ಮೀನುಗಳು, ಜಿಂಕೆಗಳು -- ಹೀಗೆ ಹಲವಾರು ಜೀವಿಗಳಲ್ಲಿ -- ಗುಂಪಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುವ ಆ‍‌‌‍ಕರ್ಷಕವಾದ ನೋಟವನ್ನು ನೀವೆಲ್ಲರೂ ನೋಡಿಯೇ ಇರುತ್ತೀರಿ.

3/26

ಗುಂಪಲ್ಲಿದ್ದರೂ ಸಹ, ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಜೀವಿಗೂ ತನ್ನ ಸುತ್ತ ಮುತ್ತಲಿನ ಬಗ್ಗೆ ಸ್ವಲ್ಪ ಮಾತ್ರ ಅರಿವಿರುತ್ತದೆ.

ಹಾಗಿದ್ದಲ್ಲಿ, ಅವು ಹೇಗೆ ಗುಂಪಿನಲ್ಲಿ ಅಷ್ಟು ಸರಾಗವಾಗಿ ಮನಸೆಳೆಯುವ ಚಲನವಲನಗಳನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತವೆ?

4/26

ಗುಂಪಿನಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುವ ಜೀವಿಗಳ ಚಲನವಲನಗಳನ್ನು ನೋಡಿದರೆ, ಇವೇನು ಒಬ್ಬ ನಾಯಕನ ಆಜ್ಞೆಯನ್ನು ಪಾಲಿಸುತ್ತಾ ನಡೆಯುತ್ತಿವೆಯಾ?

ನಮ್ಮ ಸ್ಕೌಟ್ಸ್-ಗಳಿಗೆ ಅಥವಾ ಕುಣಿತದವರಿಗೆ ಕೊಟ್ಟಂತೆ ಇವಕ್ಕೂ ಸಹ ಯಾರಾದರೂ ಕಟ್ಟುನಿಟ್ಟಾಗಿ ತರಬೇರಿ ನೀಡಿದ್ದಾರಾ?

ನಮ್ಮ ಮನಸ್ಸಿಗೆ ಈ ರೀತಿ ಪ್ರಶ್ನೆಗಳು ಬರುವುದು ಸಹಜ.

5/26

ಈ ಪ್ರಶ್ನೆಗಳನ್ನು ಉತ್ತರಿಸಲು ಬರೀ ಜೀವಶಾಸ್ತ್ರದ ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳಷ್ಟೇ ಅಲ್ಲ, ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರಜ್ಞರು ಹಾಗೂ ಕಂಪ್ಯೂಟರ್ ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳೂ ಹತ್ತಾರು ವರುಷಗಳಿಂದ ಪ್ರಯತ್ನ ಪಡುತ್ತಿದ್ದಾರೆ.

ಸಾಕಷ್ಟು ಪ್ರಮಾಣದ ಮುನ್ನಡೆಯೂ ಆಗಿದೆ.

6/26

1987 ಲ್ಲಿ ಕ್ರೈಗ್ ರೇನಾಲ್ಡ್ಸ್ (Craig Reynolds) ಎನ್ನುವ ಕಂಪ್ಯೂಟರ್ ವಿಜ್ಞಾನಿ ಮತ್ತು 1995 ರಲ್ಲಿ ತಾಮಸ್ ವಿಚೆಕ್ (Tamas Vicsek) ಎನ್ನುವ ಭೌತ ಶಾಸ್ತ್ರಜ್ಞ ಮತ್ತು ಸಂಗಡಿಗರು, ಕಂಪ್ಯೂಟರ್-ನಲ್ಲಿ ಪ್ರಾಣಿಗಳ ಗುಂಪಿನ ಚಲನೆಯನ್ನು ಅನುಕರಿಸಲು ಸಾಧ್ಯ ಎಂದು ತೋರಿಸಿಕೊಟ್ಟರು.

7/26

ಅವರು ಕಂಪ್ಯೂಟರ್-ನಲ್ಲಿ ಕೃತಕ ಜೀವಿಗಳನ್ನು ಕಲ್ಪಿಸಿಕೊಂಡು, ಒಂದು ಅತೀ ಸರಳವಾದ 'ಸರಾಸರಿ ನಿಯಮ' ವನ್ನು ಪ್ರತಿಪಾದಿಸಿದರು.

ಇದರ ಪ್ರಕಾರ, ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಜೀವಿಯೂ ಅದರ ಹತ್ತಿರದಲ್ಲಿರುವ ಅಥವಾ ಅಕ್ಕಪಕ್ಕದಲ್ಲಿರುವ ಪ್ರಾಣಿಗಳು ನಡೆಯುತ್ತಿರುವ ದಿಕ್ಕನ್ನು ಪರಿಗಣಿಸಿ, ಅವುಗಳ ಸರಾಸರಿ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ (average direction) ಚಲಿಸುತ್ತವೆ

8/26

ಅತೀ ಸರಳವಾದ 'ಸರಾಸರಿ ಚಲನೆಯ' ನಿಯಮ ಒಂದು ಸಾಕು; ಪ್ರಾಣಿಗಳು ಅದ್ಭುತವಾದ ಸಾಮೂಹಿಕ ಚಲನವಲನವನ್ನು ಪ್ರದಶಿ೯ಸಲು ಸಾಧ್ಯ.

ನಾಯಕನ ಮಾರ್ಗದರ್ಶನವೂ, ಯಾವುದೇ ಕಟ್ಟುನಿಟ್ಟಾದ ತರಬೇತಿಯೂ ಬೇಡ.

ಈ ಸರಳವಾದ ನಿಯಮವು "ವಿಚೆಕ್ ನಿಯಮ / ವಿಚೆಕ್ ಮಾದರಿ" ಎಂದೇ ಪ್ರಸಿದ್ದಿ ಪಡೆದಿದೆ 9/26

[Pic below is Fig 1 of Vicsek et al 1995 PRL]

ಇದೇ ದೆಸೆಯಲ್ಲಿ ನಾವು ಸಹ ಸಂಶೋಧನೆ ನಡೆಸಿದೆವು. ಕೇರಳದಲ್ಲಿ ದೊರಕುವ ಕರಿಮೀನು (Etroplus suratensis) ಎನ್ನುವ ಮೀನಿನ ಜಾತಿಯ ಸಾಮೂಹಿಕ ಚಲನವಲನಗಳ ರಹಸ್ಯವನ್ನು ಕಂಡುಹಿಡಿಯಲು ಮುನ್ನೆಡೆದೆವು.

10/26

ನಮ್ಮ ಶೋಧನೆಯ ಮೊದಲನೆಯ ಮುಖ್ಯ ಫಲಿತಾಂಶವೆಂದರೆ, ಒಂದು ಮೀನು ಅದರ ಪಕ್ಕ ಇರುವ ಕೇವಲ *ಒಂದು* ಮೀನಿನ ಚಲನೆಯ ದಿಕ್ಕನ್ನು ಮಾತ್ರ ಅನುಕರಣೆ ಮಾಡಿ ಈಜಾಡುತ್ತದೆ;

ಇದಕ್ಕೆ ನಾವು pairwise copying ಎನ್ನುತ್ತೇವೆ.

#results

11/26

ಪ್ರಸಿದ್ಧವಾಗಿರುವ ವಿಚೆಕ್ ಮಾದರಿ ಸರಿಯಾಗಿದ್ದಲ್ಲಿ, ಮೀನುಗಳು ತಮ್ಮ ಸುತ್ತಮುತ್ತಲಿರುವ ಅನೇಕ (ಸುಮಾರು ೫-೧೦) ಮೀನುಗಳ ಸರಾಸರಿ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ಹೋಗಬೇಕಿತ್ತು;

ಆದರೆ ಇದಕ್ಕಿಂತಲೂ ಸರಳವಾಗಿದೆ ನಾವು ಪತ್ತೆ ಮಾಡಿರುವ pairwise copying ನಿಯಮ.

#fish #schooling

12/26

ಈಗ ಬರೋಣ ನಮ್ಮ ಪರಿಶೋಧನೆಯ ಎರಡನೆಯ ಫಲಿತಾಂಶಕ್ಕೆ - ಈ ಸಾಮೂಹಿಕ ಚಲನ ಮಾದರಿಯು non-equilibrium statistical physics ಎನ್ನುವ ಸಿಧಾಂತದ ಒಂದು ಅತೀ ಅಪರೂಪದ ಉದಾಹರಣೆ.

ಅಥ೯ವಾಗಲಿಲ್ಲವೇ? ಇದರ ಬಗ್ಗೆ ಬನ್ನಿ ಮುಂದೆ ವಿವರವಾಗಿ ತಿಳಿಯೋಣ.

#theory #results

13/26

ಕರಿಮೀನು ದಕ್ಷಿಣ ಭಾರತದ ಪಶ್ಚಿಮ ಕರಾವಳಿಯಲ್ಲಿ ಸಹಜವಾಗಿ ಕಂಡು ಬರುವ ಹಾಗೂ ಮೀನು ತಿನ್ನುವವರಿಗೆ ಅತೀ ಪ್ರಿಯವಾದ ಮೀನು!

ಆದರೆ ನಾವು ಇವನ್ನು ಪ್ರಯೋಗಾಲಯಕ್ಕೆ ತಂದು, ಒಂದು ದೊಡ್ಡ ಟ್ಯಾಂಕ್/ತೊಟ್ಟಿಯಲ್ಲಿ ಸುಮಾರು ಮೀನುಗಳನ್ನು ಹಾಕಿದೆವು.

#practical

14/26

ಈ ಕೆಳಗಿನ ದೃಶ್ಯದಲ್ಲಿ ನಮ್ಮ ಸಂಶೋಧನೆಯ ತೊಟ್ಟಿ ಹಾಗೂ ಮೀನುಗಳ ಸಾಮೂಹಿಕ ಚಲನೆಯನ್ನು ನೋಡಬಹುದು.

15, 30, 60 ಮೀನುಗಳನ್ನು ಬೇರೆ ಬೇರೆ ತೊಟ್ಟಿಗಳಲ್ಲಿ ಬಿಟ್ಟು ನಾವು ವೀಡಿಯೋ ರೆಕಾರ್ಡಿಂಗ್ ಮಾಡಿದೆವು.

videopress.com/v/ERT0hSl3

15/26

ಈ ವೀಡಿಯೋಗಳನ್ನು ವಿಷ್ಲೇಶಣೆ ಮಾಡಲು, ಕಂಪ್ಯೂಟರ್-ವಿಜ್ಞಾನದ image-processing ಎನ್ನುವ ಚಳಕವನ್ನು ಬಳಸಿ, ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಮೀನಿನ ಚಲನೆಯನ್ನು ಗುರುತಿಸಿದೆವು.

ಅವು ಹೇಗೆ ಅಕ್ಕಪಕ್ಕದ ಮೀನುಗಳ ಜೊತೆ ಸರಾಸರಿಯಾಗಿ ಈಜುತ್ತಿವೆ ಎಂದು ಪರಿಗಣಿಸಲು "Polarisation (M)" ಎಂಬ ಘಟಕವನ್ನು ಲೆಕ್ಕ ಹಾಕಿದೆವು.

16/26

ಈ ಘಟಕವು ಸಮಯ ಬದಲಾದಂತೆ ಹೇಗೆ ಬದಲಾವಣೆಯಾಗುತ್ತದೆ ಎಂದು ಒಂದು ರೇಖಾ ನಕ್ಷೆಯಲ್ಲಿ (graph) ದಾಖಲೆ ಮಾಡುತ್ತೇವೆ.

ಈ ಲೆಕ್ಕಾಚಾರದಿಂದ ಒಂದು stochastic differential equation ಅನ್ನು ರಚಿಸುತ್ತೇವೆ.

17/26

ಇದೇ ನಮ್ಮ ಸಂಶೋಧನೆಯ ಬಹು ರೋಚಕ ಭಾಗ -

ಹಲವಾರು ಸಂಶೋಧಕರು ಅಂದಾಜಿನಿಂದ ಊಹೆ ಮಾಡಿ ಗುಂಪಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುವ ಪ್ರಾಣಿಗಳ ಸೂತ್ರಗಳನ್ನು ರಚಿಸಿದರೆ, ನಾವು ಅಂತಹ ಸೂತ್ರಗಳನ್ನು ನಿಖರವಾಗಿ ದಾಖಲಿಸಿದ "Polarisation" ಘಟಕದ ಲೆಕ್ಕಾಚಾರದಿಂದ ರಚಿಸಿದ್ದೇವೆ.

ಈ ಮೇಲ್ಕಂಡ ಸೂತ್ರವನ್ನು ಸರಳವಾಗಿ ತಿಳಿಸಬೇಕಾದರೆ,...

#experimental #data
18/26

(i) ಗುಂಪಲ್ಲಿ ಇರುವ ಎಲ್ಲಾ ಮೀನುಗಳು ಒಂದೇ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಕ್ರಮಬದ್ಧವಾಗಿ ಚಲಿಸುತ್ತಿದ್ದರೆ, ಆ ಗುಂಪಿನ ಚಲನೆಯಲ್ಲಿ ಏರಿಳಿತಗಳು ಕಡಿಮೆ ಇರುತ್ತವೆ. ಅಂದರೆ, ಒಂದೆರಡು ಮೀನುಗಳ ಎಕ್ಕಸೆಕ್ಕ (random) ಚಲನೆಗಳು ಸಾಮೂಹಿಕ ಚಲನೆಯನ್ನು ಕದಡುವುದಿಲ್ಲ.

19/26

(ii) ಎಲ್ಲಾ ಮೀನುಗಳು ಸಾಮೂಹಿಕವಾಗಿ ಚಲಿಸದೆ, ಅಸ್ತವ್ಯಸ್ತವಾಗಿ ಈಜಾಡುತ್ತಿದ್ದರೆ (disordered motion) - ಆಗ ಏರಿಳಿತಗಳು ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ.

20/26

ಇನ್ನೊಂದು ರೀತಿ ಹೇಳುವುದಾದರೆ, ಮೀನುಗಳು ಗುಂಪಲ್ಲಿ ಒಗ್ಗೂಡಿಸಿ ಈಜಾಡದಿದ್ದರೆ, ಅವುಗಳ ಚಲನೆಯಲ್ಲಿ ಏರಿಳಿತಗಳು ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ. ವಿಚಿತ್ರವೇನಂದರೆ, ಇಂತಹ ಏರಿಳಿತಗಳಿಂದಲೇ ಮೀನುಗಳು ಮತ್ತೆ ಕ್ರಮಭದ್ದವಾಗಿ ಈಜಾಟಕ್ಕೆ ಮಾರ್ಪಾಡುತ್ತವೆ.

ಒಮ್ಮೆ ಕ್ರಮಬದ್ಧವಾಗಿ ಈಜಾಡಲು ಶುರುವಾಯಿತೆಂದರೆ, ಏರಿಳಿತಗಳು ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತವೆ.

21/26

ಈ ಕೆಳಗಿನ ದೃಶ್ಯವು, ಹೇಗೆ ಏರಿಳಿತಗಳು ಅಸ್ತವ್ಯಸ್ತವಾದ ಗುಂಪನ್ನು ಕ್ರಮಬದ್ಧತೆಯ ಕಡೆಗೆ ತೆಗೆದುಕೊಂಡು ಹೋಗುತ್ತದೆಯೆಂದು ಒಂದು ಕಂಪ್ಯೂಟರ್ ಸಿಮ್ಯುಲೇಶನ್ ಮೂಲಕ ತಿಳಿಸುತ್ತದೆ.

videopress.com/v/8duCF9Ch

22/26

ಈ ಸಂಶೋಧನೆಯ ಪ್ರಾಮುಖ್ಯತೆ ಏನೆಂದು ಕೇಳುವಿರಾ?

ಮೊದಲನೆಯದಾಗಿ -- ಈ ರೋಚಕ ಹಾಗೂ ಕ್ಲಿಷ್ಟಕರ ಗುಂಪಿನ ಕ್ರಮಬದ್ಧ ನಡತೆಗೆ ಇರುವ ಅತೀ ಸರಳವಾದ ನಿಯಮದ ಸೂತ್ರಗಳನ್ನು ರೋಬಾಟ್ ತಯ್ಯಾರಿ ಮಾಡುವ ಅಥವಾ ಕಂಪ್ಯೂಟರ್ ಅನಿಮೇಶನ್ ಮಾಡುವ ಎಂಜಿನೀರ್-ಗಳು ಅಳವಡಿಸಿಕೊಳ್ಳಬಹುದು.

#significance

23/26

ಎರಡನೆಯದಾಗಿ, ಪ್ರಾಣಿಗಳ ನಡವಳಿಕೆಯುಲ್ಲಿ ಕ್ರಮಭದ್ರತೆಯ ಜೊತೆಗೆ ಎಕ್ಕಸೆಕ್ಕತನವೂ (randomness) ಉಂಟು.

ಅದರ ರಹಸ್ಯವನ್ನು ಬಯಲು ಮಾಡಿದ ಮತ್ತು ಭೌತ ಶಾಸ್ತ್ರದ ಸಿದ್ಧಾಂತಕ್ಕೆ ಹೊಂದಿಸಿದ ಮೊದಲ ಅಧ್ಯಯನ ಇದು.

#significance

24/26

ಕೊನೆಗೆ, ಪ್ರಾಣಿಗಳ ಗುಂಪಿನ ಚಲನವಲನದ ರಹಸ್ಯವನ್ನು ತಿಳಿಯಲು ಕಂಪ್ಯೂಟರ್ ವಿಜ್ಞಾನ, ಭೌತ ವಿಜ್ಞಾನ ಹಾಗೂ ಗಣಿತದ ಸೂತ್ರಗಳ ಬಳಕೆ ಮಾಡಬಹುದು ಎಂದರೆ ಎಂಥಹಾ ರೋಚಕ ವಿಷಯವಲ್ಲವೇ!

ಈ ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಿದ ನಮಗೂ ಸಹ, ಈಗಲೂ ಅನಿಸತ್ತೆ, ನಿಜವಾಗಲೂ ಮೀನುಗಳು ಒಂದು ಗಣಿತದ ಸೂತ್ರವನ್ನು ಪಾಲಿಸತ್ತಾ ಅಂತ!

25/26

ಇಷ್ಟು ದೊಡ್ಡದಾದ ನಮ್ಮ ಸಾರಾಂಶವನ್ನು ನೀವು ಒದಿದ್ದರೆ like button ಒತ್ತಿ! ಆಗ ನಮಗೆ ವಿಜ್ಞಾನದ ವಿಷಯಗಳನ್ನು ಕನ್ನಡದಲ್ಲಿ ತಿಳಿಸಲು ಇನ್ನೂ ಸ್ಪೋರ್ಥಿದಾಯಕವಾಗುತ್ತದೆ.

ತಪ್ಪದೆ ನಿಮ್ಮ ಸಲಹೆ -- ಕನ್ನಡ ಸಾರಾಂಶ ವನ್ನು ಹೇಗೆ ಇನ್ನೂ ಉತ್ತಮಗೊಳಿಸುಗುದು ಅಂತ - ತಿಳಿಸಿ! 

ಇದರ ಅನುವಾದಕ್ಕೆ ಸಹಾಯ ಮಾಡಿದ @Sci_Rio ಅವರಿಗೆ ಧನ್ಯವಾದಗಳು!

cc: @kollegala @ejnanadotcom @gubbilabs @RamanSpoorthy @JS_Prashant @Laasyasam @vasantshetty81 @arimeorg