Neue Forschung zeigt, dass Bienen hinzufügen und abziehen können

Neue Forschung zeigt, dass Bienen hinzufügen und abziehen können Können wir bitte alle Wabenzellen zählen? von www.shutterstock.com

Die bescheidene Honigbiene kann mit Symbolen Grundrechenarten ausführen, einschließlich Addition und Subtraktion. Dies zeigt eine neue Forschung, die heute in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Wissenschaft Fortschritte.

Bienen haben kleine Gehirne - aber sie können Grundrechenarten lernen.

Trotz eines Gehirns mit weniger als einer Million Neuronen hat die Honigbiene kürzlich gezeigt, dass sie komplexe Probleme bewältigen kann - wie z das Konzept der Null zu verstehen.

Honigbienen sind ein wertvolles Modell für die Erforschung neurowissenschaftlicher Fragen. In unserer neuesten Studie haben wir uns entschlossen zu testen, ob sie lernen können, einfache Rechenoperationen wie Addition und Subtraktion durchzuführen.

Additions- und Subtraktionsoperationen

Als Kinder lernen wir, dass ein Pluszeichen (+) bedeutet, dass wir zwei oder mehr Mengen addieren müssen, während ein Minuszeichen (-) bedeutet, dass wir Mengen voneinander subtrahieren müssen.

Um diese Probleme zu lösen, brauchen wir sowohl Langzeit- als auch Kurzzeitgedächtnis. Wir verwenden das Arbeitsgedächtnis (Kurzzeitgedächtnis), um die numerischen Werte während der Ausführung der Operation zu verwalten, und wir speichern die Regeln zum Addieren oder Subtrahieren im Langzeitgedächtnis.

Obwohl die Fähigkeit, arithmetische Operationen wie Addieren und Subtrahieren auszuführen, nicht einfach ist, ist sie in menschlichen Gesellschaften von entscheidender Bedeutung. Die Ägypter und Babylonier Beweise für die Verwendung von Arithmetik um 2000BCE, was zum Beispiel nützlich gewesen wäre, um den lebenden Bestand zu zählen und neue Zahlen zu berechnen, als das Vieh verkauft wurde.

Umwelt Diese Szene zeigt eine Viehzählung (kopiert vom Ägyptologen Lepsius). Im mittleren Register sehen wir links 835-Hornvieh, rechts dahinter einige 220-Tiere und rechts 2,235-Ziegen. Im unteren Register sehen wir links 760-Esel und rechts 974-Ziegen. Wikimedia Commons, CC BY

Aber erfordert die Entwicklung des arithmetischen Denkens ein großes Primatengehirn, oder stehen andere Tiere vor ähnlichen Problemen, die es ihnen ermöglichen, arithmetische Operationen durchzuführen? Wir haben dies mit der Honigbiene untersucht.

Wie man eine Biene ausbildet

Honigbienen sind zentrale Nahrungssuchende - was bedeutet, dass eine Nahrungssuchende an einen Ort zurückkehrt, wenn der Standort eine gute Nahrungsquelle bietet.

Wir versorgen Bienen während der Experimente mit einer hohen Konzentration an Zuckerwasser, sodass einzelne Bienen (alle weiblich) weiterhin zum Experiment zurückkehren, um Nahrung für den Bienenstock zu sammeln.

In unserem Setup erhält eine Biene, wenn sie eine richtige Zahl wählt (siehe unten), eine Belohnung mit Zuckerwasser. Wenn sie eine falsche Wahl trifft, erhält sie eine bitter schmeckende Chininlösung.

Mit dieser Methode bringen wir einzelnen Bienen bei, die Aufgabe der Addition oder Subtraktion in vier bis sieben Stunden zu erlernen. Jedes Mal, wenn die Biene satt wurde, kehrte sie in den Bienenstock zurück und kehrte dann zum Experiment zurück, um weiterzulernen.

Addition und Subtraktion bei Bienen

Honigbienen wurden einzeln geschult, um einen Y-labyrinthförmigen Apparat zu besuchen.

Die Biene flog in den Eingang des Y-Labyrinths und betrachtete eine Reihe von Elementen, die aus einer bis fünf Formen bestanden. Die Formen (zum Beispiel: quadratische Formen, aber viele Formoptionen wurden in tatsächlichen Experimenten verwendet) wären eine von zwei Farben. Blau bedeutete, dass die Biene eine Additionsoperation durchführen musste (+ 1). Wenn die Formen gelb wären, müsste die Biene eine Subtraktionsoperation ausführen (- 1).

Für die Aufgabe Plus oder Minus würde eine Seite eine falsche Antwort enthalten und die andere Seite würde die richtige Antwort enthalten. Die Seite der Reize wurde während des Experiments zufällig gewechselt, damit die Biene nicht lernte, nur eine Seite des Y-Labyrinths zu besuchen.

Nach dem Betrachten der Anfangszahl flog jede Biene durch ein Loch in eine Entscheidungskammer, wo sie entweder zur linken oder rechten Seite des Y-Labyrinths fliegen konnte, abhängig von der Operation, für die sie trainiert worden war.

Umwelt Der Y-Labyrinth-Apparat zum Trainieren von Honigbienen. Scarlett Howard

Zu Beginn des Experiments trafen die Bienen eine zufällige Auswahl, bis sie herausfanden, wie sie das Problem lösen konnten. Schließlich lernten die Bienen in 100-Lernversuchen, dass Blau + 1 bedeutete, während Gelb -1 bedeutete. Bienen könnten dann die Regeln auf neue Zahlen anwenden.

Während des Tests mit einer neuen Zahl waren die Bienen in% der Zeit korrekt, zusätzlich und subtrahiert von einem Element 64-72. Die Leistung der Bienen bei Tests war signifikant anders als erwartet, wenn die Bienen nach dem Zufallsprinzip auswählen würden, was als Leistung auf Zufallsniveau bezeichnet wird (50% richtig / falsch).

In unserer „Bienenschule“ im Y-Labyrinth konnten die Bienen lernen, wie man arithmetische Operatoren verwendet, um zu addieren oder zu subtrahieren.

Warum ist das eine komplexe Frage für Bienen?

Numerische Operationen wie Addition und Subtraktion sind komplexe Fragen, weil sie erforderlich sind zwei Verarbeitungsebenen. In der ersten Stufe muss eine Biene den Wert numerischer Attribute verstehen. Die zweite Ebene erfordert, dass die Biene die numerischen Attribute im Arbeitsgedächtnis mental manipuliert.

Zusätzlich zu diesen beiden Prozessen mussten die Bienen auch die Rechenoperationen im Arbeitsspeicher ausführen - die zu addierende oder zu subtrahierende Zahl „Eins“ war visuell nicht vorhanden. Die Idee von plus eins oder minus eins war vielmehr ein abstraktes Konzept, das die Bienen im Laufe des Trainings auflösen mussten.

Der Nachweis, dass eine Biene einfaches arithmetisches und symbolisches Lernen kombinieren kann, hat zahlreiche Forschungsbereiche identifiziert, in denen eine Erweiterung möglich ist, z. B. ob andere Tiere addieren und subtrahieren können.

Implikationen für AI und Neurobiologie

Es gibt ein großes Interesse an KI und wie gut Computer das Erlernen neuartiger Probleme ermöglichen können.

Unsere neuen Erkenntnisse zeigen, dass das Lernen symbolischer arithmetischer Operatoren zum Ermöglichen von Addition und Subtraktion mit einem Miniaturgehirn möglich ist. Dies deutet darauf hin, dass es möglicherweise neue Möglichkeiten gibt, Interaktionen von Langzeitregeln und Arbeitsgedächtnis in Entwürfe zu integrieren, um das schnelle KI-Lernen für neue Probleme zu verbessern.

Unsere Ergebnisse zeigen auch, dass das Verstehen von mathematischen Symbolen als Sprache mit Operatoren wahrscheinlich von vielen Gehirnen erreicht werden kann, und es hilft zu erklären, wie viele menschliche Kulturen unabhängig voneinander Rechenkenntnisse entwickelt haben.

Über den Autor

Scarlett Howard, Doktorand, RMIT Universität; Adrian Dyer, außerordentlicher Professor, RMIT Universitätund Jair Garcia, wissenschaftlicher Mitarbeiter, RMIT Universität

Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.

Bücher zum Thema

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