Voimmeko kertoa kaikista kennorakenteista? osoitteesta www.shutterstock.com

Nöyrä mehiläinen voi käyttää symboleja matematiikan suorittamiseksi, mukaan lukien lisäys ja vähennys, näyttää uudet tutkimukset, jotka julkaistaan ​​tänään lehdessä Tiede ennakot.

Bee on miniatyyri aivot - mutta he voivat oppia perus aritmeettinen.

{youtube}kCucnmIULGU{/youtube}

Huolimatta siitä, että aivot sisältävät vähemmän kuin miljoona neuronia, mehiläinen on äskettäin osoittanut pystyvänsä hallitsemaan monimutkaisia ​​ongelmia - kuten ymmärrystä nollasta.

Mehiläiset ovat arvokas malli neurotieteellisiä kysymyksiä tutkittaessa. Viimeisimmässä tutkimuksessa päätimme testata, voisivatko he oppia suorittamaan yksinkertaisia ​​aritmeettisia toimintoja, kuten lisäystä ja vähennystä.

Lisäys- ja vähennystoiminnot

Lapsina opimme, että plus-symboli (+) tarkoittaa, että meidän on lisättävä kaksi tai useampia määriä, kun taas miinusmerkki (-) tarkoittaa, että meidän on vähennettävä määrät toisistaan.

Näiden ongelmien ratkaisemiseksi tarvitsemme sekä pitkäaikaista että lyhyen aikavälin muistia. Käytämme työ (lyhyen aikavälin) muistia numeeristen arvojen hallitsemiseksi operaation suorittamisen aikana, ja tallennamme säännöt pitkän aikavälin muistin lisäämiseksi tai vähentämiseksi.

Vaikka kyky suorittaa aritmeettinen, kuten lisääminen ja vähentäminen, ei ole yksinkertaista, se on elintärkeää ihmisyhteiskunnissa. Egyptiläiset ja babylonilaiset osoittaa aritmeettisen käytön 2000BCE: n ympärillä olisi ollut hyödyllistä - esimerkiksi laskea eläviä kantoja ja laskea uusia numeroita, kun karjaa myytiin.

Tämä kohtaus kuvaa karjankasvua (kopioi Egyptin lääkäri Lepsius). Keskirekisterissä näemme 835-sarveiskarjan vasemmalla puolella, aivan takanaan on joitakin 220-eläimiä ja oikealla 2,235-vuohia. Alarekisterissä näemme 760-aasit vasemmalla ja 974-vuohet oikealla. Wikimedia commons, CC BY

Mutta onko aritmeettisen ajattelun kehittäminen vaatinut suurta kädellisten aivoa, vai onko muilla eläimillä samanlaisia ​​ongelmia, jotka mahdollistavat aritmeettisen toiminnan käsittelyn? Tutkimme tätä käyttämällä mehiläistä.

Miten kouluttaa mehiläinen

Mehiläiset ovat keskeisiä paikkoja, mikä tarkoittaa, että viljelijä palaa paikkaan, jos sijainti tarjoaa hyvän ruokalähteen.

Tarjoamme mehiläisille korkean sokeriveden pitoisuuden kokeiden aikana, joten yksittäiset mehiläiset (kaikki naiset) palaavat edelleen kokeeseen keräämään ravintoa siipikarjalle.

Asennuksessamme, kun mehiläinen valitsee oikean numeron (katso alla), hän saa sokeriveden palkinnon. Jos hän tekee väärän valinnan, hän saa katkeran maistavan kiniiniliuoksen.

Käytämme tätä menetelmää opettamaan yksittäisiä mehiläisiä oppimaan lisäys- tai vähennystyöstä neljän - seitsemän tunnin aikana. Joka kerta, kun mehiläinen tuli täyteen, hän palasi pesään, ja palasi sitten kokeeseen jatkaakseen oppimista.

Lisäys ja vähennys mehiläisiin

Mehiläisiä koulutettiin yksilöllisesti käymään Y-sokkelon muotoisessa laitteessa.

Mehiläinen lennäisi Y-sokkelon sisäänkäynnille ja tarkasteli joukkoa elementtejä, jotka koostuvat yhdestä viiteen muotoon. Muodot (esimerkiksi neliömuodot, mutta monet muotoiluvaihtoehdot käytettiin todellisissa kokeissa) olisivat yksi kahdesta väristä. Sininen merkitsi sitä, että mehiläisen oli suoritettava lisäys (+ 1). Jos muodot olivat keltaisia, mehiläisen olisi suoritettava vähennystoiminto (- 1).

Sekä plus tai miinus tehtävän suorittamiseksi yksi puoli sisältäisi väärän vastauksen ja toinen puoli sisältäisi oikean vastauksen. Ärsykkeiden sivua muutettiin satunnaisesti koko kokeilun ajan niin, että mehiläinen ei oppi vain käymään Y-sokkelon toisella puolella.

Kun olet tarkastellut alkuperäistä numeroa, kukin mehiläinen lentäisi reiän läpi päätöskammioon, jossa se voisi joko lentää Y-sokkelon vasemmalle tai oikealle puolelle riippuen siitä, mihin toimintaan hän oli koulutettu.

Y-maze-laitteisto, jota käytetään mehiläisten koulutukseen. Scarlett Howard

Kokeen alussa mehiläiset tekivät satunnaisia ​​valintoja, kunnes he pystyivät selvittämään, miten ongelma ratkaistaan. Lopulta 100-oppimiskokeiden aikana mehiläiset oppivat, että sininen tarkoitti + 1: ta, kun taas keltainen tarkoitti -1. Mehiläiset voisivat sitten soveltaa sääntöjä uusiin numeroihin.

Uuden numeron testauksen aikana mehiläiset olivat oikeat lisäämällä ja vähentämällä yhden elementin 64-72% ajasta. Mehiläisten suorituskyky testeissä oli merkittävästi erilainen kuin mitä olisimme odottaneet, jos mehiläiset valitsisivat satunnaisesti, nimeltään sattumanvaraisuustaso (50% oikein / virheellinen)

Niinpä meidän "mehiläiskoulumme" Y-sokkelossa salli mehiläisten oppia käyttämään aritmeettisia operaattoreita lisäämään tai vähentämään.

Miksi tämä on monimutkainen kysymys mehiläisille?

Numeeriset toiminnot kuten lisäys ja vähennys ovat monimutkaisia ​​kysymyksiä, koska ne vaativat kaksi käsittelytasoa. Ensimmäinen taso vaatii mehiläisen ymmärtämään numeeristen ominaisuuksien arvon. Toinen taso edellyttää, että mehiläinen manipuloi henkisesti numeerisia attribuutteja työmuistissa.

Näiden kahden prosessin lisäksi mehiläisten oli myös suoritettava aritmeettiset toiminnot työmuistissa - lisättävän tai vähennettävän määrän "yksi" ei ollut visuaalisesti läsnä. Pikemminkin ajatus plus yksi tai miinus "yksi" oli abstrakti käsite, jonka mehiläisten oli ratkaistava koulutuksen aikana.

Näytetään, että mehiläinen voi yhdistää yksinkertaisen aritmeettisen ja symbolisen oppimisen, on havainnut lukuisia tutkimusalueita, joita voidaan laajentaa, esimerkiksi siitä, voivatko muut eläimet lisätä ja vähentää.

Vaikutukset AI: hen ja neurobiologiaan

AI: tä kohtaan on paljon kiinnostusta, ja kuinka hyvin tietokoneet voivat mahdollistaa uusien ongelmien itsensä oppimisen.

Uudet havainnot osoittavat, että symbolisten aritmeettisten operaattoreiden oppiminen lisäyksen ja vähennyksen mahdollistamiseksi on mahdollista pienoiskoossa. Tämä viittaa siihen, että voi olla uusia tapoja sisällyttää sekä pitkän aikavälin sääntöjen että työmuistin vuorovaikutus malleihin uusien ongelmien nopean AI-oppimisen parantamiseksi.

Tuloksemme osoittavat myös, että matematiikkasymbolien ymmärtäminen kielenä operaattoreiden kanssa on jotain, jonka monet aivot voivat todennäköisesti saavuttaa, ja auttaa selittämään, kuinka monta ihmiskulttuuria kehitti itsenäisesti laskutaidotaitoja.

Author

Scarlett Howard, PhD-kandidaatti, RMIT-yliopisto; Adrian Dyer, apulaisprofessori, RMIT-yliopistoja Jair Garcia, tutkija, RMIT-yliopisto

Tämä artikkeli julkaistaan ​​uudelleen Conversation Creative Commons -lisenssin alla. Lue alkuperäinen artikkeli.

Liittyvät kirjat

at InnerSelf Market ja Amazon