Можем ли мы подсчитать все соты, пожалуйста? от www.shutterstock.com

Скромная пчела может использовать символы для выполнения основных математических операций, включая сложение и вычитание, показывает новое исследование, опубликованное сегодня в журнале Наука развивается.

У пчел есть миниатюрные мозги - но они могут выучить основную арифметику.

{youtube}kCucnmIULGU{/youtube}

Несмотря на то, что мозг содержит менее миллиона нейронов, медоносная пчела недавно показала, что может справляться со сложными проблемами, такими как понимание концепции нуля.

Медоносные пчелы - это ценная модель для изучения вопросов о нейробиологии. В нашем последнем исследовании мы решили проверить, могут ли они научиться выполнять простые арифметические операции, такие как сложение и вычитание.

Операции сложения и вычитания

Будучи детьми, мы узнаем, что символ «плюс» (+) означает, что мы должны добавить две или более величин, а символ «минус» (-) означает, что мы должны вычитать величины друг из друга.

Чтобы решить эти проблемы, нам нужна как долговременная, так и кратковременная память. Мы используем рабочую (кратковременную) память для управления числовыми значениями при выполнении операции и храним правила сложения или вычитания в долговременной памяти.

Хотя способность выполнять арифметику, такую ​​как сложение и вычитание, не проста, она жизненно важна в человеческом обществе. Египтяне и вавилоняне показать доказательства использования арифметики вокруг 2000BCE, который был бы полезен, например, для подсчета живого запаса и вычисления новых чисел, когда скот был продан.

Эта сцена изображает счет скота (скопировано египтологом Лепсиусом). В среднем регистре мы видим рогатого скота 835 слева, справа позади них - некоторые животные 220, а справа - козлы 2,235. В нижнем регистре мы видим ослов 760 слева и козлов 974 справа. Wikimedia Commons, CC BY

Но требует ли развитие арифметического мышления большого мозга приматов, или другие животные сталкиваются с аналогичными проблемами, которые позволяют им обрабатывать арифметические операции? Мы исследовали это с помощью пчелы.

Как приручить пчелу

Медоносные пчелы являются центральными кормильцами - это означает, что пчела-фуражирка вернется туда, если место обеспечит хороший источник пищи.

Мы обеспечиваем пчел высокой концентрацией сахарной воды во время экспериментов, поэтому отдельные пчелы (все женщины) продолжают возвращаться к эксперименту для сбора пищи для улья.

В нашей схеме, когда пчела выбирает правильное число (см. Ниже), она получает награду за сахарную воду. Если она сделает неправильный выбор, она получит горький раствор хинина.

Мы используем этот метод, чтобы научить отдельных пчел изучать задачу сложения или вычитания в течение четырех-семи часов. Каждый раз, когда пчела наполнялась, она возвращалась в улей, а затем возвращалась к эксперименту, чтобы продолжить обучение.

Сложение и вычитание у пчел

Медоносные пчелы прошли индивидуальную подготовку для посещения аппарата в форме Y-лабиринта.

Пчела влетит во вход Y-лабиринта и увидит множество элементов, состоящих из одной-пяти фигур. Формы (например, квадратные формы, но в реальных экспериментах использовалось много вариантов формы) будут одного из двух цветов. Синий означал, что пчела должна была выполнить операцию сложения (+ 1). Если бы фигуры были желтыми, пчеле пришлось бы выполнять операцию вычитания (- 1).

Для задачи плюс или минус один, одна сторона будет содержать неправильный ответ, а другая сторона будет содержать правильный ответ. Сторона стимулов менялась случайным образом на протяжении всего эксперимента, так что пчела не научилась бы посещать только одну сторону Y-лабиринта.

После просмотра начального номера каждая пчела могла пролететь через отверстие в камере для принятия решений, где она могла выбрать либо полет на левую, либо на правую сторону Y-лабиринта в зависимости от операции, для которой она была обучена.

Y-лабиринт аппарат используется для обучения пчел. Скарлетт Ховард

В начале эксперимента пчелы делали случайные выборы, пока не смогли решить, как решить проблему. В конце концов, после изучения 100, пчелы узнали, что синий означает + 1, а желтый - -1. Пчелы могут затем применить правила к новым номерам.

Во время тестирования с новым номером, пчелы были правильными в сложении и вычитании одного элемента 64-72% времени. Производительность пчелы на тестах значительно отличалась от ожидаемой, если бы пчелы выбирали случайным образом, что называется производительностью на уровне случайности (50% правильно / неправильно)

Таким образом, наша «школа пчел» в Y-лабиринте позволила пчелам научиться использовать арифметические операторы для сложения или вычитания.

Почему это сложный вопрос для пчел?

Числовые операции, такие как сложение и вычитание, являются сложными вопросами, потому что они требуют два уровня обработки, Первый уровень требует, чтобы пчела постигла значение числовых атрибутов. Второй уровень требует, чтобы пчела мысленно манипулировала числовыми атрибутами в рабочей памяти.

В дополнение к этим двум процессам пчелам также приходилось выполнять арифметические операции в рабочей памяти - число «один», которое было добавлено или вычтено, визуально не присутствовало. Скорее, идея плюс один или минус «один» была абстрактной концепцией, которую пчелы должны были решить в ходе обучения.

Показ того, что пчела может сочетать простое арифметическое и символическое обучение, выявил многочисленные области исследований, которые можно расширить, например, могут ли другие животные складывать и вычитать.

Последствия для ИИ и нейробиологии

Существует большой интерес к искусственному интеллекту и тому, насколько хорошо компьютеры могут самостоятельно изучать новые проблемы.

Наши новые результаты показывают, что изучение символьных арифметических операторов для добавления и вычитания возможно с помощью миниатюрного мозга. Это говорит о том, что могут быть новые способы включения взаимодействий как долгосрочных правил, так и рабочей памяти в проекты, чтобы улучшить быстрое изучение ИИ новых проблем.

Кроме того, наши результаты показывают, что понимание математических символов как языка с операторами - это то, чего многие мозги, вероятно, могут достичь, и помогает объяснить, как много человеческих культур независимо развили навыки счета.

Об авторе

Скарлетт Ховард, кандидат наук, Университет RMIT; Адриан Дайер, доцент, Университет RMITи Джейр Гарсия, научный сотрудник, Университет RMIT

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.

Книги по этой теме

at Внутренний рынок самовыражения и Amazon