Geskryf deur Scarlett Howard, et al
Kan ons al die heuningkoekselle tel? van www.shutterstock.com
Die nederige heuningby kan simbole gebruik om basiese wiskunde uit te voer, insluitend optelling en aftrekking, toon nuwe navorsing wat vandag in die joernaal gepubliseer is. Wetenskap Voorskotte.
Bye het miniatuur brein - maar hulle kan basiese rekenkunde leer.
Ten spyte van 'n brein wat minder as een miljoen neurone bevat, het die heuningby onlangs gewys dat dit komplekse probleme kan bestuur begrip van die konsep van nul.
Honingbye is 'n hoë waarde model vir die ondersoek van vrae oor neurowetenskap. In ons jongste studie het ons besluit om te toets of hulle kon leer om eenvoudige rekenkundige bewerkings soos byvoeging en aftrekking uit te voer.
Optel en aftrek bedrywighede
As kinders leer ons dat 'n plus simbool (+) beteken dat ons twee of meer hoeveelhede moet byvoeg, terwyl 'n minus simbool (-) beteken dat ons hoeveelhede van mekaar moet aftrek.
Om hierdie probleme op te los, benodig ons beide langtermyn- en korttermyngeheue. Ons gebruik werk (korttermyn) geheue om die numeriese waardes te bestuur terwyl u die operasie uitvoer, en ons stoor die reëls vir die byvoeg of aftrek van langtermyngeheue.
Alhoewel die vermoë om rekenkunde uit te voer soos byvoeging en aftrekking nie eenvoudig is nie, is dit noodsaaklik in menslike samelewings. Die Egiptenare en Babiloniërs toon bewyse van die gebruik van rekenkunde rondom 2000BCE, wat byvoorbeeld nuttig sou wees om lewende hawe te tel en nuwe nommers te bereken wanneer beeste verkoop is.
Hierdie toneel toon 'n bees telling (gekopieer deur die Egiptenaar Lepsius). In die middelregister sien ons 835-horingbeeste aan die linkerkant, reg agter hulle is 'n paar 220-diere en aan die regterkant 2,235-bokke. In die onderste register sien ons 760 esels aan die linkerkant en 974 bokke aan die regterkant. Wikimedia commons, CC BY
Maar vereis die ontwikkeling van rekenkundige denke 'n groot primate brein, of word ander diere in die gesig gestaar soortgelyke probleme wat hulle in staat stel om rekenkundige bewerkings te verwerk? Ons het dit ondersoek met behulp van die heuningby.
Hoe om 'n by te lei
Heuningbye is sentrale plekvoorspelers - wat beteken dat 'n voorouerby na 'n plek sal terugkeer as die plek 'n goeie bron van voedsel bied.
Ons bied bye met 'n hoë konsentrasie suikerwater tydens eksperimente, so individuele bye (alle vroue) gaan voort om na die eksperiment terug te keer om voeding vir die korf te versamel.
In ons opset, wanneer 'n by 'n korrekte nommer kies (sien onder), ontvang sy 'n beloning van suikerwater. As sy 'n verkeerde keuse maak, ontvang sy 'n bitter proe-kinienoplossing.
Ons gebruik hierdie metode om individuele bye te leer om die taak van byvoeging of aftrekking oor vier tot sewe uur te leer. Elke keer as die by vol geword het, het sy teruggekeer na die korf en dan teruggekom na die eksperiment om voort te gaan leer.
Byvoeging en aftrekking in bye
Heuningbye is individueel opgelei om 'n Y-doolhofvormige apparaat te besoek.
Die bye sal in die ingang van die Y-doolhof vlieg en 'n verskeidenheid elemente wat tussen een en vyf vorms bestaan, sien. Die vorms (byvoorbeeld: vierkantige vorms, maar baie vormopsies is in werklike eksperimente gebruik) sal een van twee kleure wees. Blou het beteken dat die by 'n optelling moes doen (+ 1). As die vorms geel was, sou die by 'n aftrekoperasie moes uitoefen (- 1).
Vir die taak van plus of minus een, sal een kant 'n verkeerde antwoord bevat en die ander kant sal die korrekte antwoord bevat. Die kant van die stimuli is willekeurig deur die eksperiment verander, sodat die by nie sou leer om net een kant van die Y-doolhof te besoek nie.
Nadat u die aanvanklike nommer gekyk het, sou elke bye deur 'n gaatjie in 'n beslissingskamer vlieg waar dit óf kon kies om na links of regs van die Y-doolhof te vlieg, afhangende van die operasie waarvoor sy opgelei is.
Die Y-doolhof apparaat wat gebruik word vir die opleiding van heuningbye. Scarlett Howard
Aan die begin van die eksperiment het bye willekeurige keuses gemaak totdat hulle kon uitvind hoe om die probleem op te los. Uiteindelik het, by 100 leerproewe, bye geleer dat blou bedoel + 1 terwyl geel bedoel -1. Bye kan dan die reëls toepas op nuwe nommers.
Tydens toets met 'n nuwe nommer was bye korrek daarby en aftrekking van een element 64-72% van die tyd. Die bye se vertoning op toetse was aansienlik anders as wat ons sou verwag as bye willekeurig gekies het, wat kansvlakprestasie genoem het (50% korrek / foutief)
Dus, ons "byeskool" in die Y-doolhof het die bye toegelaat om te leer hoe om rekenkundige operateurs te gebruik om by te voeg of af te trek.
Hoekom is dit 'n komplekse vraag vir bye?
Numeriese bewerkings soos optelling en aftrekking is komplekse vrae omdat dit nodig is twee vlakke van verwerking. Die eerste vlak vereis 'n bye om die waarde van numeriese eienskappe te verstaan. Die tweede vlak vereis dat die bye mentale manipulasie van numeriese eienskappe in werkgeheue moet verwerk.
Bykomend tot hierdie twee prosesse moes bye ook die rekenkundige bewerkings in werkgeheue verrig - die nommer 'een' wat bygevoeg of afgetrek is, was nie visueel teenwoordig nie. Die idee van plus een of minus 'een' was eerder 'n abstrakte konsep wat bye in die loop van die opleiding moes oplos.
Uit die feit dat 'n bye kan eenvoudige rekenkundige en simboliese leer kombineer, het verskeie navorsingsgebiede geïdentifiseer om uit te brei, soos of ander diere kan byvoeg en aftrek.
Implikasies vir AI en neurobiologie
Daar is baie belangstelling in AI, en hoe goed rekenaars kan selfstudie van nuwe probleme moontlik maak.
Ons nuwe bevindinge toon dat leer-simboliese rekenkundige operatore wat optelling en aftrekking moontlik maak met 'n miniatuurbrein moontlik is. Dit dui daarop dat daar nuwe maniere is om interaksies van beide langtermynreëls en werkgeheue in ontwerpe in te sluit om vinnige AI-leer van nuwe probleme te verbeter.
Ons bevindinge toon ook dat die begrip van wiskunde simbole as 'n taal met operateurs iets is wat baie brein waarskynlik kan bereik, en help verduidelik hoe baie menslike kulture onafhanklik gesyferdheidsvaardighede ontwikkel het.
Scarlett Howard, PhD-kandidaat, RMIT Universiteit; Adrian Dyer, Medeprofessor, RMIT Universiteit, en Jair Garcia, navorsingsgenoot, RMIT Universiteit