Possiamo avere un conteggio di tutte le celle a nido d'ape per favore? da www.shutterstock.com

L'umile ape può usare simboli per eseguire calcoli di base tra cui addizione e sottrazione, mostra una nuova ricerca pubblicata oggi sulla rivista Anticipi Scienza.

Ape ha cervelli in miniatura - ma possono imparare l'aritmetica di base.

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Nonostante abbia un cervello contenente meno di un milione di neuroni, l'ape ha recentemente dimostrato di poter gestire problemi complessi come capire il concetto di zero.

Le api da miele sono un modello di alto valore per esplorare le questioni relative alle neuroscienze. Nel nostro ultimo studio abbiamo deciso di testare se potevano imparare a eseguire semplici operazioni aritmetiche come addizione e sottrazione.

Operazioni di aggiunta e sottrazione

Da bambini impariamo che un simbolo più (+) significa che dobbiamo aggiungere due o più quantità, mentre un simbolo meno (-) significa che dobbiamo sottrarre quantità l'una dall'altra.

Per risolvere questi problemi, abbiamo bisogno di memoria a lungo termine ea breve termine. Utilizziamo la memoria di lavoro (a breve termine) per gestire i valori numerici mentre eseguiamo l'operazione e memorizziamo le regole per l'aggiunta o la sottrazione nella memoria a lungo termine.

Sebbene la capacità di eseguire operazioni aritmetiche come l'aggiunta e la sottrazione non sia semplice, è vitale nelle società umane. Gli egiziani e i babilonesi mostra la prova dell'uso dell'aritmetica attorno a 2000BCE, che sarebbe stato utile, ad esempio, per contare le scorte vive e calcolare nuovi numeri quando i bovini venivano venduti.

Questa scena rappresenta un conteggio del bestiame (copiato dall'egittologo Lepsius). Nel registro centrale vediamo i bovini cornuti 835 sulla sinistra, proprio dietro di loro ci sono alcuni animali 220 e sulle capre 2,235 di destra. Nel registro inferiore vediamo gli asini 760 a sinistra e le capre 974 a destra. Comuni di Wikimedia, CC BY

Ma lo sviluppo del pensiero aritmetico richiede un grande cervello di primati, o altri animali affrontano problemi simili che consentono loro di elaborare operazioni aritmetiche? Abbiamo esplorato questo usando l'ape.

Come addestrare un'ape

Le api da miele sono le forager centrali - il che significa che l'ape da forager tornerà in un posto se la posizione fornisce una buona fonte di cibo.

Forniamo alle api un'alta concentrazione di acqua zuccherata durante gli esperimenti, quindi le singole api (tutte femmine) continuano a tornare all'esperimento per raccogliere la nutrizione per l'alveare.

Nella nostra configurazione, quando un'ape sceglie un numero corretto (vedi sotto) riceve una ricompensa di acqua zuccherata. Se fa una scelta sbagliata, riceverà una soluzione di chinino amara e gustosa.

Usiamo questo metodo per insegnare alle api individuali a imparare il compito di addizione o sottrazione nell'arco di 4-7 ore. Ogni volta che l'ape si riempiva, tornava all'alveare, quindi tornava all'esperimento per continuare ad apprendere.

Addizione e sottrazione delle api

Le api da miele venivano addestrate individualmente per visitare un apparato a forma di labirinto a Y.

L'ape volerebbe nell'entrata del labirinto Y e vedrà una serie di elementi composti da una a cinque forme. Le forme (ad esempio: forme quadrate, ma molte opzioni di forma sono state impiegate in esperimenti reali) sarebbero uno dei due colori. Il blu indicava che l'ape doveva eseguire un'operazione di aggiunta (+ 1). Se le forme fossero gialle, l'ape avrebbe dovuto eseguire un'operazione di sottrazione (- 1).

Per il compito di più o meno uno, una parte conterrebbe una risposta errata e l'altra parte conterrà la risposta corretta. Il lato degli stimoli è stato cambiato casualmente durante l'esperimento, in modo che l'ape non imparasse a visitare solo un lato del labirinto Y.

Dopo aver visto il numero iniziale, ogni ape volava attraverso un buco in una camera decisionale dove poteva scegliere di volare sul lato sinistro o destro del labirinto Y a seconda dell'operazione a cui era stata addestrata.

L'apparato del labirinto Y usato per addestrare le api. Scarlett Howard

All'inizio dell'esperimento, le api hanno fatto scelte casuali fino a quando non hanno potuto capire come risolvere il problema. Alla fine, durante le prove di apprendimento 100, le api hanno appreso che il blu significava + 1 mentre il giallo significava -1. Le api potrebbero quindi applicare le regole a nuovi numeri.

Durante il test con un nuovo numero, le api erano corrette in aggiunta e sottrazione di un elemento 64-72% delle volte. Le prestazioni delle api nei test erano significativamente diverse da quelle che ci aspetteremmo se le api scegliessero casualmente, chiamate prestazioni a livello di probabilità (50% corretto / errato)

Così, la nostra "scuola delle api" all'interno del labirinto Y ha permesso alle api di imparare come usare gli operatori aritmetici per aggiungere o sottrarre.

Perché questa è una domanda complessa per le api?

Le operazioni numeriche come addizione e sottrazione sono domande complesse perché richiedono due livelli di elaborazione. Il primo livello richiede che un'ape comprenda il valore degli attributi numerici. Il secondo livello richiede che l'ape manipoli mentalmente gli attributi numerici nella memoria di lavoro.

Oltre a questi due processi, le api dovevano anche eseguire le operazioni aritmetiche nella memoria di lavoro: il numero "uno" da aggiungere o sottrarre non era visivamente presente. Piuttosto, l'idea di più uno o meno "uno" era un concetto astratto che le api dovevano risolvere nel corso della formazione.

Mostrando che un'ape può combinare l'aritmetica semplice e l'apprendimento simbolico ha identificato numerose aree di ricerca da espandere, ad esempio se altri animali possono aggiungere o sottrarre.

Implicazioni per l'intelligenza artificiale e la neurobiologia

C'è molto interesse per l'intelligenza artificiale e quanto bene i computer possano consentire l'autoapprendimento di nuovi problemi.

Le nostre nuove scoperte mostrano che l'apprendimento di operatori aritmetici simbolici per consentire addizioni e sottrazioni è possibile con un cervello in miniatura. Ciò suggerisce che potrebbero esserci nuovi modi per incorporare le interazioni tra le regole a lungo termine e la memoria di lavoro nei progetti per migliorare l'apprendimento rapido di AI su nuovi problemi.

Inoltre, i nostri risultati mostrano che la comprensione dei simboli matematici come linguaggio con gli operatori è qualcosa che molti cervelli possono probabilmente raggiungere e aiuta a spiegare quante culture umane sviluppano autonomamente abilità di calcolo.

Circa l'autore

Scarlett Howard, dottoranda, Università RMIT; Adrian Dyer, professore associato, Università RMITe Jair Garcia, ricercatore, Università RMIT

Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.

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