(Natali_Mis / iStock)

ЗАОБИКАЛЯЩА СРЕДА Пчелите могат да използват абстрактни символи, за да направят неочаквано сложна математика  

SCARLETT HOWARD, ADRIAN DYER, & JAIR GARCIA 6 FEB 2019

Смирените пчели могат да използват символи за извършване на основни математически изчисления, включително добавяне и изваждане, показва нови изследвания, публикувани днес в списание Science Advances .

Въпреки че има мозък, съдържащ по-малко от един милион неврони, пчелите напоследък са показали, че може да управлява сложни проблеми - като разбиране на концепцията за нула .

Пчелите са модел с висока стойност за проучване на въпроси относно невронауката. В нашето последно изследване решихме да тестваме дали могат да се научат да изпълняват прости аритметични операции като събиране и изваждане.

Операции по добавяне и изваждане

Като деца научаваме, че плюс символ (+) означава, че трябва да добавим две или повече величини, докато минус символ (-) означава, че трябва да изваждаме количества един от друг.

За да решим тези проблеми, се нуждаем от дългосрочна и краткосрочна памет. Ние използваме работна (краткосрочна) памет за управление на числовите стойности по време на операцията и съхраняваме правилата за добавяне или изваждане в дългосрочната памет.

Въпреки че способността да се изпълнява аритметика като добавяне и изваждане не е проста, тя е жизненоважна в човешките общества. Египтяните и вавилонците показват доказателства за използването на аритметика около 2000 г. пр.н.е., което би било полезно - например - да се пресметне живият запас и да се изчислят нови числа, когато се продава добитък.

Но дали развитието на аритметичното мислене изисква голям мозък на примати или други животни се сблъскват с подобни проблеми, които им позволяват да обработват аритметични операции? Разгледахме това с помощта на пчелите.

Как да тренираш пчела

Пчелите са централно място за фураж - което означава, че пчеларът ще се върне на място, ако мястото осигурява добър източник на храна.

Ние осигуряваме пчели с висока концентрация на захарна вода по време на експериментите, така че отделните пчели (всички жени) продължават да се връщат към експеримента, за да събират храна за кошера.

В нашата настройка, когато пчелата избира правилен номер (виж по-долу), тя получава награда от захарната вода. Ако направи неправилен избор, тя ще получи горчив вкус на хининовия разтвор.

Ние използваме този метод, за да научим отделните пчели да научат задачата за прибавяне или изваждане за четири до седем часа. Всеки път, когато пчелата се изпълни, тя се върна в кошера, после се върна в експеримента, за да продължи да учи.

Добавяне и изваждане в пчелите

Пчелите бяха индивидуално обучени да посещават апарат с форма на Y-лабиринт.

Пчелата ще влезе във входа на Y-лабиринта и ще види масив от елементи, състоящи се от една до пет форми. Формите (например: квадратни форми, но много опции за форма са използвани в реалните експерименти) ще бъдат един от двата цвята. Синьото означаваше, че пчелата трябва да извърши операция по добавяне (+ 1). Ако фигурите бяха жълти, пчелата трябваше да извърши операция за изваждане (- 1).

За задачата или на плюс, или на минус една, едната страна ще съдържа неправилен отговор, а другата страна ще съдържа правилния отговор. Страната на стимулите се променя случайно по време на експеримента, така че пчелата няма да се научи да посещава само едната страна на Y-лабиринта.

След като прегледа първоначалния номер, всяка пчела ще лети през дупка в камерата за вземане на решения, където може или да избере да лети към лявата или дясната страна на Y-лабиринта в зависимост от операцията, за която е била обучена.

(Скарлет Хауърд)

В началото на експеримента пчелите правят случайни избори, докато не успеят да решат как да решат проблема. В крайна сметка, над 100 опита, пчелите научиха, че синьото означава +1, а жълтото - -1. Тогава пчелите могат да прилагат правилата към нови номера.

По време на тестването с ново число пчелите бяха правилни в допълнение и изваждане на един елемент 64-72% от времето. Изпълнението на пчелите при тестовете беше значително по-различно от това, което бихме очаквали, ако пчелите избират случайно, наричайки случайно ниво на изпълнение (50% правилно / неправилно).

По този начин нашето "пчелно училище" в Y-лабиринта позволи на пчелите да се научат как да използват аритметични оператори, за да прибавят или извадят.

Защо това е сложен въпрос за пчелите?

Числени операции като събиране и изваждане са сложни въпроси, защото изискват две нива на обработка . Първото ниво изисква от пчелата да разбере стойността на числовите атрибути. Второто ниво изисква пчелата да манипулира психически атрибути в работната памет.

В допълнение към тези два процеса, пчелите също трябваше да изпълняват аритметичните операции в работната памет - числото "едно", което трябва да се добави или извади, не беше визуално налично. Вместо това, идеята за плюс едно или минус "едно" е абстрактна концепция, която пчелите трябваше да разрешат по време на обучението.

Показвайки, че пчелата може да комбинира проста аритметика и символично учене, са идентифицирани многобройни области на изследване, в които да се разшири, като например дали други животни могат да добавят и изваждат.

Последици за AI и невробиологията

Има голям интерес към изкуствения интелект и колко добре компютрите могат да позволят самостоятелно изучаване на нови проблеми.

Нашите нови открития показват, че изучаването на символични аритметични оператори, за да се даде възможност за събиране и изваждане е възможно с миниатюрен мозък. Това предполага, че може да има нови начини да се включат взаимодействията както на дългосрочните правила, така и на работната памет в проекти за подобряване на бързото изучаване на ИИ за нови проблеми.

Също така, нашите открития показват, че разбирането на математическите символи като език с оператори е нещо, което много мозъци могат да постигнат и помага да се обясни колко човешки култури са развили самостоятелно уменията си за математика.

Скарлет Хауърд , докторант, RMIT University ; Адриан Дайър , доцент, университет RMIT , и Jair Garcia , научен сътрудник, RMIT университет .

Тази статия се преиздава от разговора под лиценз Creative Commons. Прочетете оригиналната статия .