Чи можемо ми підрахувати всі стільники стільників, будь ласка? від www.shutterstock.com

Скромна медоносна бджола може використовувати символи для виконання базових математик, включаючи додавання та віднімання, показує нове дослідження, опубліковане сьогодні в журналі Наука розвивається.

Бджоли мають мініатюрний мозок - але вони можуть навчитися базовій арифметиці.

{youtube}kCucnmIULGU{/youtube}

Незважаючи на те, що в мозку міститься менше мільйона нейронів, нещодавно бджола показала, що вона здатна впоратися зі складними проблемами розуміння поняття нуля.

Медоносні бджоли є ціннісною моделлю для вивчення питань про нейронауку. В нашому останньому дослідженні ми вирішили перевірити, чи зможуть вони навчитися виконувати прості арифметичні дії, такі як додавання та віднімання.

Операції додавання та віднімання

У дитинстві ми дізнаємося, що символ плюс (+) означає, що ми повинні додати дві або більше величин, тоді як символ мінус (-) означає, що ми повинні віднімати величини один від одного.

Щоб вирішити ці проблеми, нам потрібна як довготривала, так і короткочасна пам'ять. Ми використовуємо робочу (короткочасну) пам’ять для управління числовими значеннями під час виконання операції, і зберігаємо правила додавання чи віднімання в довгостроковій пам’яті.

Хоча здатність виконувати арифметику, наприклад додавання та віднімання, не проста, вона життєво необхідна в людському суспільстві. Єгиптяни та вавилоняни показати докази використання арифметики близько 2000 р. до н. е., що було б корисним, наприклад, для підрахунку поголів'я худоби та обчислення нової чисельності, коли худобу продавали.

Ця сцена зображує кількість худоби (скопійовано єгиптологом Лепсіусом). У середньому реєстрі ми бачимо 835 рогатої худоби зліва, праворуч за ними близько 220 тварин, а праворуч 2,235 кіз. У нижньому реєстрі ми бачимо 760 ослів зліва та 974 кіз праворуч. Вікісховище, CC BY

Але чи для розвитку арифметичного мислення потрібен великий мозок приматів, чи інші тварини стикаються з подібними проблемами, які дозволяють їм обробляти арифметичні дії? Ми дослідили це за допомогою медоносної бджоли.

Як навчити бджолу

Медоносні бджоли є центральним кормозбирачем - це означає, що бджола -фуражник повернеться на місце, якщо місце розташування забезпечує хороше джерело їжі.

Під час експериментів ми забезпечуємо бджіл високою концентрацією цукрової води, тому окремі бджоли (усі самки) продовжують повертатися до експерименту для збору їжі для вулика.

У нашій установці, коли бджола вибирає правильне число (див. Нижче), вона отримує винагороду за цукрову воду. Якщо вона зробить неправильний вибір, вона отримає розчин хініну з гіркотою.

Ми використовуємо цей метод, щоб навчити окремих бджіл вивчати завдання додавання чи віднімання протягом чотирьох -семи годин. Кожного разу, коли бджола насичувалася, вона поверталася до вулика, а потім знову поверталася до експерименту, щоб продовжити навчання.

Додавання і віднімання у бджіл

Медоносні бджоли були індивідуально навчені відвідувати апарат у формі Y-лабіринту.

Бджола полетіла б до входу в Y-лабіринт і побачила масив елементів, що складаються з однієї до п'яти фігур. Фігури (наприклад: квадратні форми, але в реальних експериментах було використано багато варіантів форми) були б одним із двох кольорів. Синій означав, що бджола повинна була виконати операцію додавання (+ 1). Якби фігури були жовтими, бджолі довелося б виконати операцію віднімання (- 1).

Для завдання плюс або мінус один одна сторона міститиме неправильну відповідь, а інша сторону - правильну. Сторона подразників змінювалася випадково протягом усього експерименту, щоб бджола не навчилася відвідувати лише одну сторону Y-лабіринту.

Переглянувши початкове число, кожна бджола пролетіла б через отвір у камеру прийняття рішень, де вона могла обрати політ ліворуч або праворуч від Y-лабіринту, залежно від операції, до якої її навчали.

Апарат Y-лабіринт, який використовується для навчання медоносних бджіл. Скарлет Говард

На початку експерименту бджоли робили випадковий вибір, поки не змогли вирішити, як вирішити проблему. Зрештою, понад 100 навчальних випробувань бджіл дізналися, що синій означає +1, а жовтий --1. Тоді бджоли могли б застосувати правила до нових чисел.

Під час тестування з новим номером бджоли були правильні при додаванні та відніманні одного елемента в 64-72% випадків. Продуктивність бджіл на тестах була значно різною, ніж ми б очікували, якби бджоли вибирали випадковим чином, що називається продуктивністю на рівні шансів (50% правильно/неправильно)

Таким чином, наша «бджолина школа» в Y-лабіринті дозволила бджолам навчитися використовувати арифметичні оператори для додавання або віднімання.

Чому це складне питання для бджіл?

Числові операції, такі як додавання та віднімання, є складними питаннями, оскільки вони вимагають два рівні обробки. Перший рівень вимагає від бджоли розуміння значення числових атрибутів. Другий рівень вимагає від бджоли подумки маніпулювати числовими атрибутами в робочій пам’яті.

На додаток до цих двох процесів, бджоли також повинні були виконувати арифметичні операції в робочій пам’яті - цифра «один», яку потрібно додати або відняти, візуально відсутня. Швидше, ідея плюс один або мінус «один» була абстрактним поняттям, яке бджоли повинні були вирішити протягом навчання.

Показ того, що бджола може поєднувати просте арифметичне та символічне навчання, визначив численні сфери досліджень, на які можна розширитись, наприклад, чи можуть інші тварини додавати та віднімати.

Наслідки для ШІ та нейробіології

Існує великий інтерес до штучного інтелекту та того, наскільки комп'ютери можуть самостійно вивчати нові проблеми.

Наші нові знахідки показують, що вивчення символічних арифметичних операторів для включення додавання та віднімання можливе за допомогою мініатюрного мозку. Це говорить про те, що можуть існувати нові способи включення взаємодій як довгострокових правил, так і робочої пам’яті до проектів для покращення швидкого вивчення нових проблем ШІ.

Також наші результати показують, що розуміння математичних символів як мови з операторами - це те, чого, напевно, може досягти багато мізків, і допомагає пояснити, скільки людських культур незалежно розвинули навички рахунку.

про автора

Скарлетт Говард, кандидат наук, Університет RMIT; Адріан Дайер, доцент, Університет RMITта Жаїр Гарсія, науковий співробітник, Університет RMIT

Ця стаття перевидана з Бесіда за ліцензією Creative Commons. Читати оригінал статті.

Суміжні книги

at InnerSelf Market і Amazon