Μπορούμε να έχουμε μια καταμέτρηση όλων των κυψελών κυψελών παρακαλώ; από το www.shutterstock.com

Η ταπεινή μέλισσα μπορεί να χρησιμοποιήσει σύμβολα για να εκτελέσει βασικά μαθηματικά, όπως πρόσθεση και αφαίρεση, δείχνει νέα έρευνα που δημοσιεύτηκε σήμερα στο περιοδικό Προκαταβολές Επιστήμη.

Οι μέλισσες έχουν μινιατούρες εγκεφάλου - αλλά μπορούν να μάθουν βασική αριθμητική.

{youtube}kCucnmIULGU{/youtube}

Παρά το γεγονός ότι έχει εγκέφαλο που περιέχει λιγότερους από ένα εκατομμύριο νευρώνες, η μέλισσα έδειξε πρόσφατα ότι μπορεί να διαχειριστεί πολύπλοκα προβλήματα - όπως κατανόηση της έννοιας του μηδέν.

Οι μέλισσες είναι ένα μοντέλο υψηλής αξίας για τη διερεύνηση ερωτήσεων σχετικά με τη νευροεπιστήμη. Στην τελευταία μας μελέτη αποφασίσαμε να ελέγξουμε αν μπορούσαν να μάθουν να εκτελούν απλές αριθμητικές πράξεις όπως πρόσθεση και αφαίρεση.

Πράξεις πρόσθεσης και αφαίρεσης

Ως παιδιά, μαθαίνουμε ότι ένα σύμβολο συν (+) σημαίνει ότι πρέπει να προσθέσουμε δύο ή περισσότερες ποσότητες, ενώ ένα σύμβολο μείον (-) σημαίνει ότι πρέπει να αφαιρέσουμε ποσότητες το ένα από το άλλο.

Για να λύσουμε αυτά τα προβλήματα, χρειαζόμαστε τόσο τη μακροπρόθεσμη όσο και τη βραχυπρόθεσμη μνήμη. Χρησιμοποιούμε μνήμη εργασίας (βραχυπρόθεσμης) για τη διαχείριση των αριθμητικών τιμών κατά την εκτέλεση της πράξης και αποθηκεύουμε τους κανόνες για την πρόσθεση ή την αφαίρεση στη μακροπρόθεσμη μνήμη.

Αν και η ικανότητα εκτέλεσης αριθμητικής όπως η πρόσθεση και η αφαίρεση δεν είναι απλή, είναι ζωτικής σημασίας στις ανθρώπινες κοινωνίες. Οι Αιγύπτιοι και οι Βαβυλώνιοι δείχνουν στοιχεία χρήσης αριθμητικής περίπου το 2000 π.Χ., κάτι που θα ήταν χρήσιμο – για παράδειγμα – για την καταμέτρηση των ζωντανών αποθεμάτων και τον υπολογισμό νέων αριθμών όταν τα βοοειδή ξεπουλήθηκαν.

Αυτή η σκηνή απεικονίζει μια καταμέτρηση βοοειδών (αντιγραφή από τον Αιγυπτιολόγο Λέψιο). Στο μεσαίο νηολόγιο βλέπουμε αριστερά 835 κερασφόρα βοοειδή, πίσω ακριβώς 220 ζώα και δεξιά 2,235 κατσίκες. Στο κάτω μητρώο βλέπουμε 760 γαϊδούρια στα αριστερά και 974 κατσίκια στα δεξιά. Κοινά Wikimedia, CC BY

Αλλά η ανάπτυξη της αριθμητικής σκέψης απαιτεί μεγάλο εγκέφαλο πρωτευόντων ή άλλα ζώα αντιμετωπίζουν παρόμοια προβλήματα που τους επιτρέπουν να επεξεργάζονται αριθμητικές πράξεις; Το εξερευνήσαμε χρησιμοποιώντας τη μέλισσα.

Πώς να εκπαιδεύσετε μια μέλισσα

Οι μέλισσες είναι κεντρικοί τροφοσυλλέκτες – που σημαίνει ότι μια τροφοσυλλέκτης θα επιστρέψει σε ένα μέρος εάν η τοποθεσία παρέχει μια καλή πηγή τροφής.

Παρέχουμε στις μέλισσες υψηλή συγκέντρωση ζαχαρόνερου κατά τη διάρκεια των πειραμάτων, έτσι μεμονωμένες μέλισσες (όλες οι θηλυκές) συνεχίζουν να επιστρέφουν στο πείραμα για να συλλέξουν τροφή για την κυψέλη.

Στο setup μας, όταν μια μέλισσα επιλέγει τον σωστό αριθμό (δείτε παρακάτω) λαμβάνει μια ανταμοιβή με ζαχαρόνερο. Εάν κάνει μια λανθασμένη επιλογή, θα λάβει ένα διάλυμα κινίνης με πικρή γεύση.

Χρησιμοποιούμε αυτή τη μέθοδο για να διδάξουμε μεμονωμένες μέλισσες να μάθουν την εργασία της πρόσθεσης ή της αφαίρεσης για τέσσερις έως επτά ώρες. Κάθε φορά που η μέλισσα χόρταινε, επέστρεφε στην κυψέλη και μετά επέστρεφε στο πείραμα για να συνεχίσει να μαθαίνει.

Πρόσθεση και αφαίρεση στις μέλισσες

Οι μέλισσες εκπαιδεύτηκαν ατομικά να επισκέπτονται μια συσκευή σε σχήμα λαβύρινθου Υ.

Η μέλισσα πετούσε στην είσοδο του λαβύρινθου Υ και έβλεπε μια σειρά στοιχείων που αποτελούνταν από ένα έως πέντε σχήματα. Τα σχήματα (για παράδειγμα: τετράγωνα σχήματα, αλλά πολλές επιλογές σχήματος χρησιμοποιήθηκαν σε πραγματικά πειράματα) θα ήταν ένα από τα δύο χρώματα. Το μπλε σήμαινε ότι η μέλισσα έπρεπε να εκτελέσει μια λειτουργία προσθήκης (+ 1). Εάν τα σχήματα ήταν κίτρινα, η μέλισσα θα έπρεπε να εκτελέσει μια πράξη αφαίρεσης (- 1).

Για την εργασία είτε συν ή πλην ενός, η μία πλευρά θα περιέχει μια λανθασμένη απάντηση και η άλλη πλευρά θα περιέχει τη σωστή απάντηση. Η πλευρά των ερεθισμάτων άλλαξε τυχαία σε όλο το πείραμα, έτσι ώστε η μέλισσα να μην μάθει να επισκέπτεται μόνο τη μία πλευρά του λαβύρινθου Υ.

Αφού έβλεπε τον αρχικό αριθμό, κάθε μέλισσα θα πετούσε μέσα από μια τρύπα σε έναν θάλαμο αποφάσεων όπου θα μπορούσε είτε να επιλέξει να πετάξει προς την αριστερή ή τη δεξιά πλευρά του λαβύρινθου Υ ανάλογα με τη λειτουργία για την οποία είχε εκπαιδευτεί.

Η συσκευή Y-maze που χρησιμοποιείται για την εκπαίδευση των μελισσών. Σκάρλετ Χάουαρντ

Στην αρχή του πειράματος, οι μέλισσες έκαναν τυχαίες επιλογές μέχρι να μπορέσουν να βρουν πώς να λύσουν το πρόβλημα. Τελικά, σε περισσότερες από 100 δοκιμές μάθησης, οι μέλισσες έμαθαν ότι το μπλε σήμαινε +1 ενώ το κίτρινο σήμαινε -1. Οι μέλισσες θα μπορούσαν στη συνέχεια να εφαρμόσουν τους κανόνες σε νέους αριθμούς.

Κατά τη διάρκεια της δοκιμής με έναν νέο αριθμό, οι μέλισσες ήταν σωστές με πρόσθεση και αφαίρεση ενός στοιχείου 64-72% του χρόνου. Η απόδοση της μέλισσας στις δοκιμές ήταν σημαντικά διαφορετική από αυτή που θα περιμέναμε αν οι μέλισσες επέλεγαν τυχαία, που ονομάζεται απόδοση επιπέδου πιθανότητας (50% σωστό/λάθος)

Έτσι, το δικό μας «σχολείο μελισσών» μέσα στον λαβύρινθο Υ επέτρεψε στις μέλισσες να μάθουν πώς να χρησιμοποιούν αριθμητικούς τελεστές για να προσθέτουν ή να αφαιρούν.

Γιατί είναι μια περίπλοκη ερώτηση για τις μέλισσες;

Οι αριθμητικές πράξεις όπως η πρόσθεση και η αφαίρεση είναι σύνθετες ερωτήσεις γιατί απαιτούν δύο επίπεδα επεξεργασίας. Το πρώτο επίπεδο απαιτεί από μια μέλισσα να κατανοήσει την αξία των αριθμητικών χαρακτηριστικών. Το δεύτερο επίπεδο απαιτεί από τη μέλισσα να χειρίζεται νοητικά τα αριθμητικά χαρακτηριστικά στη μνήμη εργασίας.

Εκτός από αυτές τις δύο διαδικασίες, οι μέλισσες έπρεπε επίσης να εκτελέσουν τις αριθμητικές πράξεις στη μνήμη εργασίας - ο αριθμός "ένα" που έπρεπε να προστεθεί ή να αφαιρεθεί δεν υπήρχε οπτικά. Μάλλον, η ιδέα του συν ένα ή μείον «ένα» ήταν μια αφηρημένη έννοια που οι μέλισσες έπρεπε να επιλύσουν κατά τη διάρκεια της εκπαίδευσης.

Δείχνοντας ότι μια μέλισσα μπορεί να συνδυάσει απλή αριθμητική και συμβολική μάθηση έχει εντοπίσει πολλούς τομείς έρευνας στους οποίους πρέπει να επεκταθεί, όπως το εάν άλλα ζώα μπορούν να προσθέτουν και να αφαιρούν.

Επιπτώσεις για την τεχνητή νοημοσύνη και τη νευροβιολογία

Υπάρχει μεγάλο ενδιαφέρον για την τεχνητή νοημοσύνη και πόσο καλά οι υπολογιστές μπορούν να επιτρέψουν την αυτομάθηση νέων προβλημάτων.

Τα νέα ευρήματά μας δείχνουν ότι η εκμάθηση συμβολικών αριθμητικών τελεστών για την ενεργοποίηση της πρόσθεσης και της αφαίρεσης είναι δυνατή με έναν μικροσκοπικό εγκέφαλο. Αυτό υποδηλώνει ότι ενδέχεται να υπάρχουν νέοι τρόποι για την ενσωμάτωση των αλληλεπιδράσεων τόσο των μακροπρόθεσμων κανόνων όσο και της μνήμης εργασίας σε σχέδια για τη βελτίωση της ταχείας εκμάθησης τεχνητής νοημοσύνης νέων προβλημάτων.

Επίσης, τα ευρήματά μας δείχνουν ότι η κατανόηση των μαθηματικών συμβόλων ως γλώσσας με τελεστές είναι κάτι που πιθανότατα μπορούν να επιτύχουν πολλοί εγκέφαλοι και εξηγεί πόσοι ανθρώπινοι πολιτισμοί ανέπτυξαν ανεξάρτητα αριθμητικές δεξιότητες.

Σχετικά με το Συγγραφέας

Scarlett Howard, υποψήφια διδάκτωρ, Πανεπιστήμιο RMIT; Adrian Dyer, Αναπληρωτής Καθηγητής, Πανεπιστήμιο RMITκαι Jair Garcia, ερευνητής, Πανεπιστήμιο RMIT

Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύθηκε από το Η Συνομιλία υπό την άδεια Creative Commons. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.

Σχετικά βιβλία

at InnerSelf Market και Amazon