Poderiam nos informar o número total de células da estrutura em favo de mel, por favor? de www.shutterstock.com

A humilde abelha consegue usar símbolos para realizar operações matemáticas básicas, incluindo adição e subtração, segundo uma nova pesquisa publicada hoje no periódico. Os avanços da ciência.

As abelhas têm cérebros minúsculos, mas conseguem aprender aritmética básica.

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Apesar de ter um cérebro com menos de um milhão de neurônios, a abelha melífera demonstrou recentemente ser capaz de resolver problemas complexos – como Entendendo o conceito de zero..

As abelhas são um modelo valioso para explorar questões de neurociência. Em nosso estudo mais recente, decidimos testar se elas poderiam aprender a realizar operações aritméticas simples, como adição e subtração.

Operações de adição e subtração

Quando crianças, aprendemos que o símbolo de mais (+) significa que devemos somar duas ou mais quantidades, enquanto o símbolo de menos (-) significa que devemos subtrair quantidades umas das outras.

Para resolver esses problemas, precisamos tanto da memória de curto prazo quanto da memória de longo prazo. Usamos a memória de trabalho (de curto prazo) para gerenciar os valores numéricos enquanto realizamos a operação e armazenamos as regras de adição e subtração na memória de longo prazo.

Embora a capacidade de realizar operações aritméticas como adição e subtração não seja simples, ela é vital para as sociedades humanas. Os egípcios e babilônios demonstrar evidências do uso da aritmética por volta de 2000 a.C., o que teria sido útil – por exemplo – para contar o gado e calcular novos números quando o gado era vendido.

Esta cena retrata uma contagem de gado (copiada pelo egiptólogo Lepsius). No registro central, vemos 835 bovinos com chifres à esquerda, logo atrás deles cerca de 220 animais e à direita 2,235 cabras. No registro inferior, vemos 760 burros à esquerda e 974 cabras à direita. Wikimedia Commons, CC BY

Mas será que o desenvolvimento do pensamento aritmético exige um cérebro grande como o dos primatas, ou outros animais enfrentam problemas semelhantes que lhes permitem processar operações aritméticas? Exploramos essa questão usando a abelha melífera.

Como treinar uma abelha

As abelhas são forrageiras de ponto central – o que significa que uma abelha forrageira retornará a um local se este fornecer uma boa fonte de alimento.

Durante os experimentos, fornecemos às abelhas água com alta concentração de açúcar, para que cada abelha (todas fêmeas) continue retornando ao experimento para coletar nutrientes para a colmeia.

Em nosso sistema, quando uma abelha escolhe um número correto (veja abaixo), ela recebe uma recompensa de água com açúcar. Se ela fizer uma escolha incorreta, receberá uma solução de quinino com sabor amargo.

Utilizamos esse método para ensinar abelhas individualmente a realizar operações de adição ou subtração ao longo de quatro a sete horas. Cada vez que a abelha se sentia satisfeita, ela retornava à colmeia e, em seguida, voltava ao experimento para continuar aprendendo.

Adição e subtração em abelhas

Abelhas foram treinadas individualmente para visitar um aparato em forma de labirinto em Y.

A abelha voava para a entrada do labirinto em Y e observava uma série de elementos compostos por uma a cinco formas. As formas (por exemplo: formas quadradas, mas muitas opções de formas foram utilizadas nos experimentos reais) eram de uma de duas cores. Azul significava que a abelha tinha que realizar uma operação de adição (+ 1). Se as formas fossem amarelas, a abelha teria que realizar uma operação de subtração (- 1).

Na tarefa de adicionar ou subtrair um, um lado continha a resposta incorreta e o outro lado continha a resposta correta. O lado dos estímulos era alterado aleatoriamente ao longo do experimento, para que a abelha não aprendesse a visitar apenas um lado do labirinto em Y.

Após visualizar o número inicial, cada abelha voava através de um orifício para uma câmara de decisão, onde podia escolher voar para o lado esquerdo ou direito do labirinto em Y, dependendo da operação para a qual havia sido treinada.

O aparelho em forma de labirinto em Y é usado para treinar abelhas. Scarlett Howard

No início do experimento, as abelhas faziam escolhas aleatórias até conseguirem descobrir como resolver o problema. Eventualmente, após mais de 100 tentativas de aprendizado, as abelhas aprenderam que azul significava +1, enquanto amarelo significava -1. As abelhas então conseguiam aplicar as regras a novos números.

Durante os testes com um número novo, as abelhas acertaram as operações de adição e subtração de um elemento em 64 a 72% das vezes. O desempenho das abelhas nos testes foi significativamente diferente do que esperaríamos se elas estivessem escolhendo aleatoriamente, o que chamamos de desempenho aleatório (50% de acertos/erros).

Assim, nossa “escola de abelhas” dentro do labirinto em Y permitiu que as abelhas aprendessem a usar operadores aritméticos para somar ou subtrair.

Por que essa é uma questão complexa para as abelhas?

Operações numéricas como adição e subtração são questões complexas porque exigem dois níveis de processamentoO primeiro nível exige que a abelha compreenda o valor dos atributos numéricos. O segundo nível exige que a abelha manipule mentalmente os atributos numéricos na memória de trabalho.

Além desses dois processos, as abelhas também tinham que realizar as operações aritméticas na memória de trabalho – o número “um” a ser adicionado ou subtraído não estava visualmente presente. Em vez disso, a ideia de mais um ou menos “um” era um conceito abstrato que as abelhas tinham que resolver ao longo do treinamento.

A demonstração de que uma abelha consegue combinar aritmética simples e aprendizagem simbólica identificou diversas áreas de pesquisa para expansão, como, por exemplo, se outros animais conseguem somar e subtrair.

Implicações para IA e neurobiologia

Existe muito interesse em IA e em quão bem os computadores podem possibilitar o aprendizado autônomo de novos problemas.

Nossos novos resultados mostram que o aprendizado de operadores aritméticos simbólicos para realizar adição e subtração é possível com um cérebro em miniatura. Isso sugere que pode haver novas maneiras de incorporar interações entre regras de longo prazo e memória de trabalho em projetos para aprimorar o aprendizado rápido de novos problemas por parte da IA.

Além disso, nossas descobertas mostram que a compreensão de símbolos matemáticos como uma linguagem com operadores é algo que muitos cérebros provavelmente conseguem alcançar, e ajuda a explicar como muitas culturas humanas desenvolveram habilidades numéricas de forma independente.

Sobre o autor

Scarlett Howard, candidata a doutorado, RMIT UniversityAdrian Dyer, Professor Associado, RMIT Universitye Jair Garcia, pesquisador associado, RMIT University

Este artigo foi republicado a partir de A Conversação sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.

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