ขอนับเซลล์รังผึ้งทั้งหมดได้ไหม จาก www.shutterstock.com

ผึ้งน้อยผู้ต่ำต้อยสามารถใช้สัญลักษณ์ในการคำนวณพื้นฐานรวมทั้งการบวกและการลบ แสดงให้เห็นงานวิจัยใหม่ที่ตีพิมพ์ในวารสารวันนี้ วิทยาศาสตร์ก้าวหน้า.

ผึ้งมีสมองจิ๋ว แต่พวกมันสามารถเรียนรู้เลขคณิตพื้นฐานได้

{youtube}kCucnmIULGU{/youtube}

แม้ว่าจะมีสมองที่มีเซลล์ประสาทน้อยกว่าหนึ่งล้านเซลล์ แต่ผึ้งเพิ่งแสดงให้เห็นว่ามันสามารถจัดการปัญหาที่ซับซ้อนได้ เช่น เข้าใจแนวคิดของศูนย์.

ผึ้งเป็นรูปแบบที่มีมูลค่าสูงสำหรับการสำรวจคำถามเกี่ยวกับประสาทวิทยาศาสตร์ ในการศึกษาล่าสุดของเรา เราตัดสินใจทดสอบว่าพวกเขาสามารถเรียนรู้การดำเนินการทางคณิตศาสตร์อย่างง่าย เช่น การบวกและการลบได้หรือไม่

การบวกและการลบ

ในฐานะเด็ก เราเรียนรู้ว่าเครื่องหมายบวก (+) หมายความว่าเราต้องบวกปริมาณตั้งแต่สองปริมาณขึ้นไป ในขณะที่เครื่องหมายลบ (-) หมายความว่าเราต้องลบปริมาณออกจากกัน

เพื่อแก้ปัญหาเหล่านี้ เราต้องการทั้งความจำระยะยาวและระยะสั้น เราใช้หน่วยความจำที่ใช้งานได้ (ระยะสั้น) เพื่อจัดการค่าตัวเลขในขณะที่ดำเนินการ และเราเก็บกฎสำหรับการบวกหรือลบในหน่วยความจำระยะยาว

แม้ว่าความสามารถในการคำนวณเช่นการบวกและการลบนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย แต่ก็มีความสำคัญในสังคมมนุษย์ ชาวอียิปต์และชาวบาบิโลน แสดงหลักฐานการใช้เลขคณิต ประมาณ 2000 ปีก่อนคริสตศักราช ซึ่งจะเป็นประโยชน์ ตัวอย่างเช่น ในการนับจำนวนสัตว์ที่มีชีวิตและคำนวณตัวเลขใหม่เมื่อมีการขายโค

ฉากนี้แสดงการนับวัว (คัดลอกโดยนักอียิปต์วิทยา Lepsius) ในทะเบียนกลางเราเห็นโค 835 ตัวทางด้านซ้าย ด้านหลังมีสัตว์ 220 ตัว และทางขวามีแพะ 2,235 ตัว ในทะเบียนด้านล่าง เราเห็นลา 760 ตัวทางซ้าย และแพะ 974 ตัวทางขวา วิกิมีเดียคอมมอนส์, CC BY

แต่การพัฒนาการคิดเลขคณิตต้องใช้สมองของไพรเมตขนาดใหญ่ หรือสัตว์อื่นๆ ประสบปัญหาที่คล้ายกันซึ่งทำให้พวกมันประมวลผลการคำนวณทางคณิตศาสตร์ได้? เราสำรวจสิ่งนี้โดยใช้ผึ้ง

วิธีฝึกผึ้ง

ผึ้งเป็นสัตว์หาอาหารที่อยู่ตรงกลาง ซึ่งหมายความว่าผึ้งหาอาหารจะกลับไปยังที่แห่งหนึ่งหากสถานที่นั้นเป็นแหล่งอาหารที่ดี

เราจัดหาน้ำน้ำตาลที่มีความเข้มข้นสูงให้กับผึ้งในระหว่างการทดลอง ดังนั้นผึ้งแต่ละตัว (เพศเมียทั้งหมด) จึงกลับมาทำการทดลองต่อไปเพื่อรวบรวมสารอาหารสำหรับรังผึ้ง

ในการตั้งค่าของเรา เมื่อผึ้งเลือกหมายเลขที่ถูกต้อง (ดูด้านล่าง) เธอจะได้รับรางวัลเป็นน้ำหวาน หากเธอเลือกผิด เธอจะได้รับสารละลายควินินที่มีรสขม

เราใช้วิธีนี้เพื่อสอนผึ้งแต่ละตัวให้เรียนรู้งานการบวกหรือการลบภายในสี่ถึงเจ็ดชั่วโมง ทุกครั้งที่ผึ้งอิ่ม เธอก็กลับไปที่รัง แล้วกลับมาทำการทดลองเพื่อเรียนรู้ต่อไป

การบวกและการลบในผึ้ง

ผึ้งได้รับการฝึกฝนเป็นรายบุคคลเพื่อเยี่ยมชมอุปกรณ์รูปทรงเขาวงกต Y

ผึ้งจะบินไปที่ทางเข้าของเขาวงกต Y และดูองค์ประกอบต่างๆ ที่ประกอบด้วยรูปร่างตั้งแต่หนึ่งถึงห้ารูปร่าง รูปร่าง (เช่น รูปทรงสี่เหลี่ยมจัตุรัส แต่มีการใช้ตัวเลือกรูปร่างจำนวนมากในการทดลองจริง) จะเป็นหนึ่งในสองสี สีน้ำเงินหมายความว่าผึ้งต้องทำการเติม (+1) ถ้ารูปร่างเป็นสีเหลือง ผึ้งจะต้องทำการลบ (-1)

สำหรับงานบวกหรือลบหนึ่ง ด้านหนึ่งจะมีคำตอบที่ไม่ถูกต้อง และอีกด้านหนึ่งจะมีคำตอบที่ถูกต้อง ด้านของสิ่งเร้าถูกสุ่มเปลี่ยนตลอดการทดลอง เพื่อที่ผึ้งจะได้ไม่ต้องเรียนรู้ที่จะไปเยี่ยมเยียนเขาวงกต Y เพียงด้านเดียว

หลังจากดูตัวเลขเริ่มต้นแล้ว ผึ้งแต่ละตัวจะบินผ่านรูเข้าไปในห้องตัดสินใจ โดยสามารถเลือกที่จะบินไปทางซ้ายหรือขวาของ Y-maze ได้ ขึ้นอยู่กับการทำงานที่เธอได้รับการฝึกฝนมา

อุปกรณ์ Y-maze ใช้สำหรับฝึกผึ้ง Scarlett Howard

ในช่วงเริ่มต้นของการทดลอง ผึ้งทำการสุ่มเลือกจนกระทั่งพวกมันสามารถหาวิธีการแก้ปัญหาได้ ในที่สุด กว่า 100 การทดลองเรียนรู้ ผึ้งได้เรียนรู้ว่าสีน้ำเงินหมายถึง +1 ในขณะที่สีเหลืองหมายถึง -1 ผึ้งสามารถใช้กฎกับตัวเลขใหม่ได้

ในระหว่างการทดสอบด้วยตัวเลขใหม่ ผึ้งสามารถบวกและลบองค์ประกอบหนึ่งได้ 64-72% ของเวลาทั้งหมด ประสิทธิภาพของผึ้งในการทดสอบแตกต่างอย่างมากจากที่เราคาดไว้หากผึ้งเลือกแบบสุ่ม เรียกว่าประสิทธิภาพระดับโอกาส (ถูก/ผิด 50%)

ดังนั้น "โรงเรียนผึ้ง" ของเราภายในเขาวงกต Y จึงอนุญาตให้ผึ้งเรียนรู้วิธีใช้ตัวดำเนินการเลขคณิตเพื่อเพิ่มหรือลบ

ทำไมคำถามนี้ถึงเป็นคำถามที่ซับซ้อนสำหรับผึ้ง?

การดำเนินการเชิงตัวเลข เช่น การบวก การลบ เป็นคำถามที่ซับซ้อนเพราะจำเป็น การประมวลผลสองระดับ. ระดับแรกต้องใช้ผึ้งเพื่อทำความเข้าใจค่าของแอตทริบิวต์ที่เป็นตัวเลข ระดับที่สองต้องการให้ผึ้งควบคุมคุณลักษณะทางตัวเลขในหน่วยความจำในการทำงาน

นอกจากกระบวนการทั้งสองนี้แล้ว ผึ้งยังต้องดำเนินการคำนวณทางคณิตศาสตร์ในหน่วยความจำที่ใช้งานได้ โดยตัวเลข “หนึ่ง” ที่จะเพิ่มหรือลบนั้นไม่ปรากฏให้เห็น แนวคิดของการบวกหนึ่งหรือลบ "หนึ่ง" เป็นแนวคิดนามธรรมที่ผึ้งต้องแก้ไขในระหว่างการฝึกอบรม

การแสดงให้เห็นว่าผึ้งสามารถผสมผสานการเรียนรู้ทางคณิตศาสตร์และสัญลักษณ์อย่างง่ายได้ ได้ระบุขอบเขตของการวิจัยที่จะขยายออกไปมากมาย เช่น ว่าสัตว์อื่นๆ สามารถเพิ่มหรือลบได้หรือไม่

นัยสำหรับ AI และชีววิทยาประสาท

มีความสนใจใน AI เป็นอย่างมาก และคอมพิวเตอร์สามารถเปิดใช้งานการเรียนรู้ด้วยตนเองเกี่ยวกับปัญหาใหม่ๆ ได้ดีเพียงใด

ผลการวิจัยใหม่ของเราแสดงให้เห็นว่าการเรียนรู้ตัวดำเนินการเลขคณิตเชิงสัญลักษณ์เพื่อให้สามารถบวกและลบได้ด้วยสมองขนาดเล็ก สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าอาจมีวิธีใหม่ในการรวมการโต้ตอบของกฎระยะยาวและหน่วยความจำในการทำงานเข้ากับการออกแบบ เพื่อปรับปรุงการเรียนรู้ AI อย่างรวดเร็วสำหรับปัญหาใหม่

นอกจากนี้ การค้นพบของเรายังแสดงให้เห็นว่าการเข้าใจสัญลักษณ์ทางคณิตศาสตร์ในฐานะภาษาที่มีตัวดำเนินการเป็นสิ่งที่สมองจำนวนมากสามารถบรรลุได้ และช่วยอธิบายว่าวัฒนธรรมของมนุษย์จำนวนเท่าใดที่พัฒนาทักษะการคิดอย่างอิสระ

เกี่ยวกับผู้เขียน

Scarlett Howard ผู้สมัครระดับปริญญาเอก มหาวิทยาลัย RMIT; เอเดรียน ไดเออร์ รองศาสตราจารย์ มหาวิทยาลัย RMITและ Jair Garcia นักวิจัย มหาวิทยาลัย RMIT

บทความนี้ตีพิมพ์ซ้ำจาก สนทนา ภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่าน บทความต้นฉบับ.

หนังสือที่เกี่ยวข้อง

at ตลาดภายในและอเมซอน