Putem să numărăm toate celulele din fagure, vă rog? de pe www.shutterstock.com

O nouă cercetare publicată astăzi în jurnalul de specialitate arată că umila albină poate folosi simboluri pentru a efectua operațiuni matematice de bază, inclusiv adunarea și scăderea. Avansuri de știință.

Albinele au creiere în miniatură - dar pot învăța aritmetică de bază.

{youtube}kCucnmIULGU{/youtube}

Deși are un creier care conține mai puțin de un milion de neuroni, albina a demonstrat recent că poate gestiona probleme complexe – cum ar fi înțelegerea conceptului de zero.

Albinele melifere sunt un model valoros pentru explorarea problemelor legate de neuroștiințe. În cel mai recent studiu al nostru, am decis să testăm dacă acestea pot învăța să efectueze operații aritmetice simple, cum ar fi adunarea și scăderea.

Operații de adunare și scădere

În copilărie, învățăm că un simbol plus (+) înseamnă că trebuie să adunăm două sau mai multe cantități, în timp ce un simbol minus (-) înseamnă că trebuie să scădem cantități una din cealaltă.

Pentru a rezolva aceste probleme, avem nevoie atât de memorie pe termen lung, cât și de memorie pe termen scurt. Folosim memoria de lucru (pe termen scurt) pentru a gestiona valorile numerice în timp ce efectuăm operația și stocăm regulile de adunare sau scădere în memoria pe termen lung.

Deși abilitatea de a efectua calcule aritmetice precum adunarea și scăderea nu este simplă, ea este vitală în societățile umane. Egiptenii și babilonienii demonstrați dovezi ale utilizării aritmeticii în jurul anului 2000 î.Hr., ceea ce ar fi fost util – de exemplu – pentru numărarea efectivelor de animale și calcularea noilor efective atunci când vitele erau vândute.

Această scenă înfățișează o numărătoare a vitelor (copiată de egiptologul Lepsius). În registrul din mijloc vedem 835 de vite cu coarne în stânga, imediat în spatele lor sunt aproximativ 220 de animale și în dreapta 2,235 de capre. În registrul de jos vedem 760 de măgari în stânga și 974 de capre în dreapta. Wikimedia Commons, CC BY

Dar oare dezvoltarea gândirii aritmetice necesită un creier mare la primate sau alte animale se confruntă cu probleme similare care le permit să proceseze operații aritmetice? Am explorat acest aspect folosind albina.

Cum să dresezi o albină

Albinele melifere sunt culegătoare centrale - ceea ce înseamnă că o albină culegătoare se va întoarce într-un loc dacă locația oferă o sursă bună de hrană.

În timpul experimentelor, le oferim albinelor apă cu o concentrație mare de zahăr, astfel încât albinele individuale (toate femele) continuă să se întoarcă la experiment pentru a colecta nutrienți pentru stup.

În configurația noastră, când o albină alege numărul corect (vezi mai jos), primește o recompensă sub formă de apă cu zahăr. Dacă face o alegere greșită, va primi o soluție de chinină cu gust amar.

Folosim această metodă pentru a învăța albinele să învețe adunarea sau scăderea pe parcursul a patru până la șapte ore. De fiecare dată când albina se sătura, se întorcea la stup, apoi se întorcea la experiment pentru a continua învățarea.

Adunarea și scăderea la albine

Albinele au fost antrenate individual să viziteze un aparat în formă de labirint în Y.

Albina ar zbura în intrarea labirintului în Y și ar vedea o serie de elemente constând din una până la cinci forme. Formele (de exemplu: forme pătrate, dar în experimentele reale au fost folosite multe opțiuni de formă) ar fi fost de două culori. Albastrul însemna că albina trebuia să efectueze o operație de adunare (+ 1). Dacă formele erau galbene, albina ar fi trebuit să efectueze o operație de scădere (- 1).

Pentru sarcina de plus sau minus unu, o parte conținea un răspuns incorect, iar cealaltă parte conținea răspunsul corect. Partea cu stimuli a fost schimbată aleatoriu pe parcursul experimentului, astfel încât albina să nu învețe să viziteze doar o parte a labirintului în Y.

După ce vizualiza numărul inițial, fiecare albină zbura printr-o gaură într-o cameră de decizie, unde putea alege să zboare în partea stângă sau dreaptă a labirintului în Y, în funcție de operațiunea pentru care fusese antrenată.

Aparatul labirint în Y folosit pentru antrenarea albinelor. Scarlett Howard

La începutul experimentului, albinele făceau alegeri aleatorii până când reușeau să găsească o modalitate de rezolvare a problemei. În cele din urmă, după peste 100 de încercări de învățare, albinele au învățat că albastrul însemna +1, în timp ce galbenul însemna -1. Albinele puteau apoi aplica regulile noilor numere.

În timpul testării cu un număr nou, albinele au răspuns corect la adunarea și scăderea unui element în 64-72% din cazuri. Performanța albinei la teste a fost semnificativ diferită de ceea ce ne-am aștepta dacă albinele ar alege aleatoriu, numită performanță la nivel de șansă (50% corect/greșit).

Astfel, „școala noastră de albine” din labirintul în Y le-a permis albinelor să învețe cum să folosească operatorii aritmetici pentru adunare sau scădere.

De ce este aceasta o întrebare complexă pentru albine?

Operațiile numerice precum adunarea și scăderea sunt probleme complexe deoarece necesită două niveluri de procesarePrimul nivel necesită ca albina să înțeleagă valoarea atributelor numerice. Al doilea nivel necesită ca albina să manipuleze mental atributele numerice în memoria de lucru.

Pe lângă aceste două procese, albinele trebuiau să efectueze și operațiile aritmetice în memoria de lucru – numărul „unu” care trebuia adunat sau scăzut nu era prezent vizual. Mai degrabă, ideea de plus unu sau minus „unu” era un concept abstract pe care albinele trebuiau să îl rezolve pe parcursul antrenamentului.

Demonstrarea faptului că o albină poate combina aritmetica simplă cu învățarea simbolică a identificat numeroase domenii de cercetare în care se poate extinde, cum ar fi dacă alte animale pot aduna și scădea.

Implicații pentru IA și neurobiologie

Există mult interes pentru inteligența artificială și pentru modul în care computerele pot facilita autoînvățarea unor probleme noi.

Noile noastre descoperiri arată că învățarea operatorilor aritmetici simbolici pentru a permite adunarea și scăderea este posibilă cu un creier miniatural. Acest lucru sugerează că ar putea exista noi modalități de a încorpora interacțiunile atât ale regulilor pe termen lung, cât și ale memoriei de lucru în proiecte pentru a îmbunătăți învățarea rapidă a noilor probleme prin intermediul inteligenței artificiale.

De asemenea, descoperirile noastre arată că înțelegerea simbolurilor matematice ca limbaj cu operatori este ceva ce multe creiere pot probabil realiza și ajută la explicarea modului în care multe culturi umane au dezvoltat independent abilități numerice.

Despre autor

Scarlett Howard, doctorandă, Universitatea RMITAdrian Dyer, profesor asociat, Universitatea RMITși Jair Garcia, cercetător, Universitatea RMIT

Acest articol este republicat de la Conversaţie sub licență Creative Commons. Citeste Articol original.

Cărți conexe

{amazonWS:indexdecărți=Cărți;cuvintecheie=albine melifere;rezultatemax=3}