Kan vi få en telling av alle honningkroppcellerne? fra www.shutterstock.com
Den ydmyke honningbien kan bruke symboler til å utføre grunnleggende matematikk, inkludert tillegg og subtraksjon, viser ny forskning publisert i dag i tidsskriftet Vitenskap Fremskritt.
Bi har miniatyrhjerner - men de kan lære grunnleggende aritmetikk.
{youtube}kCucnmIULGU{/youtube}
Til tross for at en hjerne inneholder mindre enn en million nevroner, har honningbien nylig vist at den kan klare komplekse problemer - som forstå begrepet null.
Honeybees er en høyverdig modell for å utforske spørsmål om nevrovitenskap. I vår siste studie bestemte vi oss for å teste om de kunne lære å utføre enkle aritmetiske operasjoner som tillegg og subtraksjon.
Tilsetnings- og subtraksjonsoperasjoner
Som barn lærer vi at et plussymbol (+) betyr at vi må legge til to eller flere mengder, mens et minus symbol (-) betyr at vi må trekke mengder fra hverandre.
For å løse disse problemene trenger vi både langsiktig og kortsiktig hukommelse. Vi bruker arbeidskort (korttidsminne) til å administrere de numeriske verdiene mens du utfører operasjonen, og vi lagrer reglene for å legge til eller subtrahere i langtidshukommelsen.
Selv om evnen til å utføre aritmetikk som å legge til og subtrahere ikke er enkel, er det viktig i menneskelige samfunn. Egypterne og babylonerne vis bevis på bruk av aritmetikk rundt 2000BCE, som ville ha vært nyttig - for eksempel - å telle levende lager og beregne nye tall når storfe ble solgt.
Denne scenen skildrer et storfe (kopiert av egyptologen Lepsius). I midtregisteret ser vi 835 hornkveg til venstre, rett bak dem er noen 220 dyr og på høyre 2,235 geiter. I bunnregisteret ser vi 760 esler til venstre og 974 geiter til høyre. Wikimedia Commons, CC BY
Men krever utviklingen av aritmetisk tenkning en stor primathjerne, eller får andre dyr å møte lignende problemer som gjør at de kan behandle aritmetiske operasjoner? Vi undersøkte dette ved hjelp av honningbiet.
Hvordan trene en bi
Honeybees er sentrale sted foragers - noe som betyr at en forager bi vil komme tilbake til et sted hvis stedet gir en god matkilde.
Vi tilbyr bier med høy konsentrasjon av sukkervann under eksperimenter, så individuelle bier (alle kvinner) fortsetter å gå tilbake til forsøket for å samle ernæring for bikube.
I vårt oppsett, når en bi velger riktig nummer (se nedenfor) får hun en belønning for sukkervann. Hvis hun tar feil valg, vil hun få en bitter smakende kininløsning.
Vi bruker denne metoden til å undervise individuelle bier for å lære oppdraget eller tillegget i løpet av fire til syv timer. Hver gang bien ble full, kom hun tilbake til bikupa og kom tilbake til forsøket for å fortsette å lære.
Tilsetning og subtraksjon i bier
Honningbier ble individuelt trent til å besøke et Y-labyrint-formet apparat.
Bien flyr inn i inngangen til Y-labyrinten og ser en rekke elementer bestående av mellom en og fem former. Formen (for eksempel: firkantede former, men mange formalternativer ble ansatt i egentlige eksperimenter) ville være en av to farger. Blå innebar at bien måtte utføre en tilleggsoperasjon (+ 1). Hvis figurene var gule, måtte bien utføre en subtraksjonsoperasjon (- 1).
For oppgaven med enten pluss eller minus en, ville en side inneholde et feil svar og den andre siden ville inneholde det riktige svaret. Side av stimuli ble forandret tilfeldig gjennom eksperimentet, slik at biet ikke ville lære å bare besøke den ene siden av Y-labyrinten.
Etter å ha sett det opprinnelige nummeret, ville hver bee fly gjennom et hull i et avgjørelseskammer hvor det enten kunne velge å fly til venstre eller høyre side av Y-labyrinten, avhengig av operasjonen som hun hadde blitt trent til.
Y-labyrinten som brukes til opplæring av honningbier. Scarlett Howard
Ved begynnelsen av forsøket gjorde bier tilfeldige valg til de kunne finne ut hvordan de skulle løse problemet. Til slutt lærte bier over 100 læringstester at blå betydde + 1 mens gul betydde -1. Bier kan da bruke reglene til nye tall.
Under testingen med et nytt nummer var bier korrekte i tillegg og subtraksjon av ett element 64-72% av tiden. Bienes ytelse på tester var vesentlig forskjellig fra hva vi ville forvente hvis bier valgte tilfeldig, kalt sjanse nivå ytelse (50% riktig / feil)
Dermed fikk vår bikeskole i Y-labyrinten biene til å lære å bruke aritmetiske operatører til å legge til eller trekke fra.
Hvorfor er dette et komplekst spørsmål for bier?
Numeriske operasjoner som tillegg og subtraksjon er komplekse spørsmål fordi de krever det to nivåer av behandling. Det første nivået krever et bi å forstå verdien av numeriske attributter. Det andre nivået krever at biet mentalt manipulerer numeriske attributter i arbeidsminne.
I tillegg til disse to prosessene måtte bier også utføre de aritmetiske operasjonene i arbeidsminne - tallet "ett" som skal legges eller subtraheres, var ikke visuelt til stede. I stedet var ideen om pluss en eller minus "en" et abstrakt konsept som bier måtte løse i løpet av treningen.
Viser at en bi kan kombinere enkel aritmetisk og symbolsk læring har identifisert mange forskningsområder for å utvide seg, for eksempel om andre dyr kan legge til og trekke fra seg.
Implikasjoner for AI og neurobiologi
Det er stor interesse for AI, og hvor godt datamaskiner kan muliggjøre selvlæring av nye problemer.
Våre nye funn viser at læring symbolske aritmetiske operatører for å muliggjøre tillegg og subtraksjon er mulig med en miniatyrhjerne. Dette antyder at det kan være nye måter å inkorporere samspill mellom både langsiktige regler og arbeidsminnet i design for å forbedre rask AI-læring av nye problemer.
Også våre funn viser at forståelsen av matematiske symboler som språk med operatører er noe som mange hjerner sannsynligvis kan oppnå, og bidrar til å forklare hvor mange menneskelige kulturer uavhengig utviklet talegenskaper.
Om forfatteren
Scarlett Howard, PhD kandidat, RMIT University; Adrian Dyer, lektor, RMIT University, og Jair Garcia, forsker, RMIT University
Denne artikkelen er publisert fra Den Conversation under en Creative Commons-lisens. Les opprinnelige artikkelen.
Relaterte bøker
at InnerSelf Market og Amazon
