新しい研究は蜂が足し算と引き算ができることを示す

新しい研究は蜂が足し算と引き算ができることを示す すべてのハニカムセルの数を数えてもらえますか? www.shutterstock.comから

控え目なミツバチは足し算と引き算を含む基本的な数学を実行するためにシンボルを使うことができます、ジャーナルで今日発表された新しい研究を示します 科学の進歩.

蜂はミニチュアの頭脳を持っています - しかし、彼らは基本的な算術を学ぶことができます。

100万未満のニューロンを含む脳を持っているにもかかわらず、ミツバチは最近それが複雑な問題を管理することができることを示しました。 ゼロの概念を理解する.

ミツバチは、神経科学についての質問を探求するための価値の高いモデルです。 私たちの最新の研究では、加減算などの単純な算術演算の実行を学習できるかどうかをテストすることにしました。

加算および減算演算

子供として、プラス記号(+)は2つ以上の数量を追加する必要があることを意味し、マイナス記号( - )は互いに数量を減算する必要があることを示します。

これらの問題を解決するには、長期と短期の両方の記憶が必要です。 演算を実行しながら数値を管理するために作業(短期)メモリーを使用し、長期メモリーに加減算の規則を格納します。


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加減算などの算術演算を実行する機能は単純ではありませんが、人間社会では不可欠です。 エジプト人とバビロニア人 算術演算を使用した証拠を表示する たとえば2000BCEは家畜の数を数えたり、牛が売り払われたときに新しい数を計算したりするのに役立ちます。

環境 このシーンは牛の数を表しています(エジプト学者Lepsiusによるコピー)。 真ん中のレジスタでは、左側に835角のある牛が見え、それらのすぐ後ろにいくつかの220動物と右側の2,235ヤギがあります。 一番下のレジスタでは、左側に760ロバ、右側に974ヤギが見えます。 ウィキメディア・コモンズ, CC BY

しかし、算術的思考の発達は大きな霊長類の脳を必要としますか、それとも他の動物がそれらが算術演算を処理することを可能にする同様の問題に直面しますか? ミツバチを使ってこれを調べました。

蜂を訓練する方法

ミツバチは中心的な場所の飼料収穫者です - これは、場所が食料の良い供給源を提供するならば、飼料収穫蜂が場所に戻ることを意味します。

私達は実験の間に高濃度の砂糖水を蜂に与えるので、個々の蜂(すべての女性)は巣箱のために栄養を集めるために実験に戻り続けます。

私たちのセットアップでは、蜂が正しい数を選ぶと(下記参照)、彼女は砂糖水の報酬を受け取ります。 彼女が間違った選択をした場合、彼女は苦い味のキニーネの解決策を受け取ることになります。

私たちはこの方法を使って個々のミツバチに4時間から7時間かけて足し算や引き算の仕事を学ぶように教えます。 蜂がいっぱいになるたびに、彼女は巣箱に戻り、それから学習を続けるために実験に戻りました。

蜂の足し算と引き算

ミツバチは、Y字型迷路の形をした器具を訪問するように個別に訓練されました。

ハチはY字型迷路の入り口に飛び込み、1つから5つの形からなる要素の配列を見るでしょう。 形状(例:正方形、しかし実際の実験では多くの形状オプションが使用されました)は2色のうちの1色になります。 青はミツバチが加算操作をしなければならなかったことを意味した(+ 1)。 図形が黄色の場合、蜂は減算操作( - 1)を実行する必要があります。

プラスまたはマイナスのいずれかのタスクでは、一方に誤った答えが含まれ、もう一方に正しい答えが含まれます。 実験の間中刺激の側面をランダムに変えたので、ミツバチはY字型迷路の片側だけを訪れることを学ぶことはないでしょう。

最初の数字を見た後、それぞれの蜂は穴を通って決定室に飛び込み、そこで訓練された操作に応じてY迷路の左側または右側のどちらに飛ぶかを選択できます。

環境 ミツバチの訓練に使用されるY字型迷路装置。 スカーレットハワード

実験の始めに、ハチは問題を解決する方法を見つけ出すことができるまでランダムな選択をしました。 結局、100の学習試験で、蜂は青が+ 1を意味し、黄色が-1を意味することを知りました。 蜂はそれから新しい数に規則を適用できる。

小説の数でテスト中、ミツバチは1要素64-72%の加減に正解でした。 テストに対するミツバチの性能は、ハチがランダムに選択した場合に予想されるものとは大きく異なり、チャンスレベルの性能(50%正解/不正解)と呼ばれます。

このように、Y字型迷路内の私たちの「ミツバチ学派」によって、ハチは算術演算子を使って足し算や引き算をする方法を学ぶことができました。

なぜこれが蜂にとって複雑な質問なのでしょうか。

足し算や引き算などの数値演算は複雑な問題です。 2段階の処理。 最初のレベルは数値属性の値を理解するために蜂を必要とします。 2番目のレベルでは、ハチが作業記憶の中の数値属性を精神的に操作する必要があります。

これら2つのプロセスに加えて、ミツバチはワーキングメモリで算術演算を実行しなければなりませんでした - 加算または減算される数値「1」は視覚的には存在しませんでした。 そうではなく、プラスまたはマイナスの「1」という考えは、ミツバチが訓練の過程で解決しなければならなかった抽象的な概念でした。

ハチが単純な算術と記号学習を組み合わせることができることを示すことは、他の動物が足したり引いたりすることができるかどうかなど、拡大する研究の多くの分野を特定しました。

AIと神経生物学への影響

人工知能、そしてコンピュータがどのようにして新しい問題の自己学習を可能にするかについて、多くの関心があります。

私たちの新しい発見は、足し算と引き算を可能にするために記号算術演算子を学ぶことがミニチュア脳で可能であることを示します。 これは、長期的な規則と作業記憶の両方の相互作用を設計に組み込んで、新しい問題の素早いAI学習を改善する新しい方法があるかもしれないことを示唆しています。

また、我々の調査結果は、演算子を持つ言語としての数学記号の理解はおそらく多くの脳が達成できるものであることを示し、そしてどのくらい多くの人間文化が独自に計算スキルを開発したかを説明するのを助ける。

著者について

スカーレット・ハワード博士候補 RMIT大学; Adrian Dyer、准教授、 RMIT大学そして、Jair Garcia、研究員、 RMIT大学

この記事はから再公開されます 会話 クリエイティブコモンズライセンスの下で 読む 原著.

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