Kan vi få en optælling af alle honningkagecellerne? fra www.shutterstock.com

Den ydmyge honningbi kan bruge symboler til at udføre grundlæggende matematik inklusive addition og subtraktion, viser ny forskning offentliggjort i dag i tidsskriftet Science Forskud.

Bier har miniature hjerner - men de kan lære grundlæggende aritmetik.

{youtube}kCucnmIULGU{/youtube}

På trods af at honningbien har en hjerne, der indeholder mindre end en million neuroner, har honningbien for nylig vist, at den kan klare komplekse problemer - som f.eks. forstå begrebet nul.

Honningbier er en høj værdimodel til at udforske spørgsmål om neurovidenskab. I vores seneste undersøgelse besluttede vi at teste, om de kunne lære at udføre simple aritmetiske operationer såsom addition og subtraktion.

Additions- og subtraktionsoperationer

Som børn lærer vi, at et plussymbol (+) betyder, at vi skal tilføje to eller flere mængder, mens et minussymbol (-) betyder, at vi skal trække mængder fra hinanden.

For at løse disse problemer har vi brug for både langtids- og korttidshukommelse. Vi bruger arbejdshukommelsen (korttidshukommelsen) til at styre de numeriske værdier, mens vi udfører operationen, og vi gemmer reglerne for at lægge til eller trække fra i langtidshukommelsen.

Selvom evnen til at udføre aritmetik som at lægge til og trække fra ikke er enkel, er den afgørende i menneskelige samfund. Egypterne og babylonierne vise bevis for brug af aritmetik omkring 2000 f.v.t., hvilket ville have været nyttigt - for eksempel - at tælle husdyr og beregne nye tal, når kvæg blev solgt fra.

Denne scene skildrer en kvægtælling (kopieret af egyptologen Lepsius). I mellemregisteret ser vi 835 hornkvæg til venstre, lige bag dem er der omkring 220 dyr og til højre 2,235 geder. I det nederste register ser vi 760 æsler til venstre og 974 geder til højre. Wikimedia Commons, CC BY

Men kræver udviklingen af ​​aritmetisk tænkning en stor primathjerne, eller står andre dyr over for lignende problemer, der sætter dem i stand til at behandle aritmetiske operationer? Vi udforskede dette ved hjælp af honningbien.

Sådan træner du en bi

Honningbier er centrale stedfoderere – hvilket betyder, at en foderbi vil vende tilbage til et sted, hvis stedet giver en god fødekilde.

Vi forsyner bier med en høj koncentration af sukkervand under forsøg, så individuelle bier (alle hunkøn) fortsætter med at vende tilbage til forsøget for at indsamle næring til stadet.

I vores opsætning, når en bi vælger et korrekt tal (se nedenfor), modtager hun en belønning med sukkervand. Hvis hun vælger forkert, får hun en bitter smagende kininopløsning.

Vi bruger denne metode til at lære individuelle bier at lære opgaven med addition eller subtraktion over fire til syv timer. Hver gang bien blev mæt, vendte hun tilbage til bikuben og vendte derefter tilbage til eksperimentet for at fortsætte med at lære.

Addition og subtraktion hos bier

Honningbier blev individuelt trænet til at besøge et Y-labyrint formet apparat.

Bien ville flyve ind i indgangen til Y-labyrinten og se en række elementer bestående af mellem en til fem former. Formerne (for eksempel: firkantede former, men mange formmuligheder blev brugt i faktiske eksperimenter) ville være en af ​​to farver. Blå betød, at bien skulle udføre en tilføjelsesoperation (+ 1). Hvis formerne var gule, ville bien skulle udføre en subtraktionsoperation (- 1).

For opgaven med enten plus eller minus én, ville den ene side indeholde et forkert svar, og den anden side ville indeholde det rigtige svar. Siden af ​​stimuli blev ændret tilfældigt gennem hele eksperimentet, så bien ikke ville lære kun at besøge den ene side af Y-labyrinten.

Efter at have set det oprindelige nummer, ville hver bi flyve gennem et hul ind i et beslutningskammer, hvor den enten kunne vælge at flyve til venstre eller højre side af Y-labyrinten afhængigt af operationen, som hun var blevet trænet til.

Y-labyrint-apparatet, der bruges til træning af honningbier. Scarlett Howard

I begyndelsen af ​​eksperimentet traf bier tilfældige valg, indtil de kunne finde ud af, hvordan de skulle løse problemet. Til sidst, over 100 indlæringsforsøg, lærte bier, at blå betød +1, mens gul betød -1. Bier kunne så anvende reglerne på nye numre.

Under test med et nyt nummer, var bier korrekte i addition og subtraktion af et element 64-72% af tiden. Biens præstation på tests var væsentligt anderledes, end hvad vi ville forvente, hvis bierne valgte tilfældigt, kaldet præstation på chanceniveau (50 % korrekt/forkert)

Således tillod vores "biskole" i Y-labyrinten bierne at lære at bruge aritmetiske operatorer til at addere eller trække fra.

Hvorfor er dette et komplekst spørgsmål for bier?

Numeriske operationer såsom addition og subtraktion er komplekse spørgsmål, fordi de kræver to niveauer af behandling. Det første niveau kræver, at en bi forstår værdien af ​​numeriske attributter. Det andet niveau kræver, at bien mentalt manipulerer numeriske attributter i arbejdshukommelsen.

Ud over disse to processer skulle bier også udføre de aritmetiske operationer i arbejdshukommelsen - tallet "et", der skulle lægges til eller trækkes fra, var ikke visuelt til stede. Ideen om plus én eller minus "én" var snarere et abstrakt begreb, som bier skulle løse i løbet af træningen.

At vise, at en bi kan kombinere simpel aritmetisk og symbolsk læring, har identificeret adskillige forskningsområder at udvide til, såsom om andre dyr kan addere og trække fra.

Implikationer for AI og neurobiologi

Der er stor interesse for kunstig intelligens, og hvor godt computere kan aktivere selvindlæring af nye problemer.

Vores nye resultater viser, at det er muligt at lære symbolske aritmetiske operatorer for at muliggøre addition og subtraktion med en miniaturehjerne. Dette tyder på, at der kan være nye måder at inkorporere interaktioner mellem både langsigtede regler og arbejdshukommelse i designs for at forbedre hurtig AI-indlæring af nye problemer.

Vores resultater viser også, at forståelsen af ​​matematiske symboler som et sprog med operatorer er noget, som mange hjerner sandsynligvis kan opnå, og hjælper med at forklare, hvor mange menneskelige kulturer selvstændigt udviklede regnefærdigheder.

Om forfatteren

Scarlett Howard, ph.d.-kandidat, RMIT University; Adrian Dyer, lektor, RMIT University, og Jair Garcia, forskningsstipendiat, RMIT University

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs oprindelige artikel.

Relaterede bøger

at InnerSelf Market og Amazon