Kan vi få en räkning av alla bikakeceller snälla? från www.shutterstock.com
Det ödmjuka honungsbiet kan använda symboler för att utföra grundläggande matematik inklusive addition och subtraktion, visar ny forskning publicerad idag i tidskriften Vetenskap Förskott.
Bi har miniatyrhjärnor - men de kan lära sig grundläggande aritmetik.
{youtube}kCucnmIULGU{/youtube}
Trots att honungsbiet har en hjärna som innehåller mindre än en miljon neuroner har honungsbiet nyligen visat att det kan hantera komplexa problem – som förstå begreppet noll.
Honungsbin är en högvärdig modell för att utforska frågor om neurovetenskap. I vår senaste studie bestämde vi oss för att testa om de kunde lära sig att utföra enkla aritmetiska operationer som addition och subtraktion.
Additions- och subtraktionsoperationer
Som barn lär vi oss att en plussymbol (+) betyder att vi måste lägga till två eller flera kvantiteter, medan en minussymbol (-) betyder att vi måste subtrahera kvantiteter från varandra.
För att lösa dessa problem behöver vi både långtids- och korttidsminne. Vi använder arbetsminnet (korttidsminnet) för att hantera de numeriska värdena medan vi utför operationen, och vi lagrar reglerna för att addera eller subtrahera i långtidsminnet.
Även om förmågan att utföra aritmetik som att addera och subtrahera inte är enkel, är den livsviktig i mänskliga samhällen. Egyptierna och babylonierna visa bevis på att använda aritmetik runt 2000 f.Kr., vilket skulle ha varit användbart – till exempel – för att räkna boskap och beräkna nya siffror när nötkreatur såldes av.
Denna scen visar en boskapsgreve (kopierad av egyptologen Lepsius). I mellanregistret ser vi 835 behornade nötkreatur till vänster, precis bakom dem finns cirka 220 djur och till höger 2,235 760 getter. I det nedre registret ser vi 974 åsnor till vänster och XNUMX getter till höger. Wikimedia Commons, CC BY
Men kräver utvecklingen av aritmetiskt tänkande en stor primathjärna, eller möter andra djur liknande problem som gör att de kan bearbeta aritmetiska operationer? Vi utforskade detta med hjälp av honungsbiet.
Hur man tränar ett bi
Honungsbin är centralfoderälskare – vilket innebär att ett foderbi kommer tillbaka till en plats om platsen ger en bra källa till föda.
Vi förser bin med en hög koncentration av sockervatten under experiment, så enskilda bin (alla honor) fortsätter att återvända till experimentet för att samla näring till kupan.
I vår uppsättning, när ett bi väljer ett korrekt nummer (se nedan) får hon en belöning med sockervatten. Om hon gör ett felaktigt val får hon en bittert smakande kininlösning.
Vi använder den här metoden för att lära enskilda bin att lära sig uppgiften att addera eller subtraktera under fyra till sju timmar. Varje gång biet blev fullt återvände hon till kupan och kom sedan tillbaka till experimentet för att fortsätta lära sig.
Addition och subtraktion hos bin
Honungsbin tränades individuellt för att besöka en Y-labyrintformad apparat.
Biet skulle flyga in i Y-labyrintens ingång och se en rad element bestående av mellan en till fem former. Formerna (till exempel: kvadratiska former, men många formalternativ användes i faktiska experiment) skulle vara en av två färger. Blått innebar att biet måste utföra en tilläggsoperation (+ 1). Om formerna var gula skulle biet behöva utföra en subtraktionsoperation (-1).
För uppgiften med antingen plus eller minus ett, skulle en sida innehålla ett felaktigt svar och den andra sidan skulle innehålla det korrekta svaret. Sidan av stimuli ändrades slumpmässigt under hela experimentet, så att biet inte skulle lära sig att bara besöka ena sidan av Y-labyrinten.
Efter att ha sett det initiala numret skulle varje bi flyga genom ett hål in i en beslutskammare där det antingen kunde välja att flyga till vänster eller höger sida av Y-labyrinten beroende på vilken operation hon hade tränats för.
Y-labyrintapparaten som används för att träna honungsbin. Scarlett Howard
I början av experimentet gjorde bin slumpmässiga val tills de kunde komma på hur de skulle lösa problemet. Så småningom, över 100 inlärningsförsök, lärde bin sig att blått betydde +1 medan gult betydde -1. Bin kunde sedan tillämpa reglerna på nya nummer.
Under testning med ett nytt nummer, var bin korrekta i addition och subtraktion av ett element 64-72% av tiden. Biets prestanda på tester var signifikant annorlunda än vad vi skulle förvänta oss om bin valde slumpmässigt, så kallad chansnivåprestanda (50 % korrekt/felaktigt)
Således tillät vår "biskola" i Y-labyrinten bina att lära sig hur man använder aritmetiska operatorer för att addera eller subtrahera.
Varför är detta en komplex fråga för bin?
Numeriska operationer som addition och subtraktion är komplexa frågor eftersom de kräver två nivåer av bearbetning. Den första nivån kräver att ett bi förstår värdet av numeriska attribut. Den andra nivån kräver att biet mentalt manipulerar numeriska attribut i arbetsminnet.
Utöver dessa två processer var bin också tvungna att utföra de aritmetiska operationerna i arbetsminnet - siffran "ett" som skulle adderas eller subtraheras var inte visuellt närvarande. Snarare var idén med plus ett eller minus "ett" ett abstrakt koncept som bin måste lösa under utbildningens gång.
Att visa att ett bi kan kombinera enkel aritmetik och symbolisk inlärning har identifierat många forskningsområden att expandera till, till exempel om andra djur kan lägga till och subtrahera.
Implikationer för AI och neurobiologi
Det finns ett stort intresse för AI, och hur väl datorer kan möjliggöra självinlärning av nya problem.
Våra nya rön visar att det är möjligt att lära sig symboliska aritmetiska operatorer för att möjliggöra addition och subtraktion med en miniatyrhjärna. Detta tyder på att det kan finnas nya sätt att införliva interaktioner av både långsiktiga regler och arbetsminne i design för att förbättra snabb AI-inlärning av nya problem.
Våra resultat visar också att förståelsen av matematiska symboler som ett språk med operatorer är något som många hjärnor förmodligen kan uppnå, och hjälper till att förklara hur många mänskliga kulturer självständigt utvecklade räknefärdigheter.
Om författaren
Scarlett Howard, doktorand, RMIT University; Adrian Dyer, docent, RMIT University, och Jair Garcia, forskare, RMIT University
Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.
relaterade böcker
{amazonWS:searchindex=Böcker;nyckelord=honungsbin;maxresults=3}
