Nova pesquisa mostra abelhas podem adicionar e subtrair

Nova pesquisa mostra abelhas podem adicionar e subtrair Podemos ter uma contagem de todas as células do favo de mel, por favor? de www.shutterstock.com

A humilde abelha pode usar símbolos para realizar cálculos básicos, incluindo adição e subtração, mostra nova pesquisa publicada hoje na revista. Os avanços da ciência.

A abelha tem cérebros em miniatura - mas eles podem aprender aritmética básica.

Apesar de ter um cérebro contendo menos de um milhão de neurônios, a abelha mostrou recentemente que pode gerenciar problemas complexos - como Entendendo o conceito de zero.

As abelhas são um modelo de alto valor para explorar questões sobre neurociência. Em nosso último estudo, decidimos testar se eles poderiam aprender a realizar operações aritméticas simples, como adição e subtração.

Operações de adição e subtração

Quando crianças, aprendemos que um símbolo de mais (+) significa que temos que adicionar duas ou mais quantidades, enquanto um símbolo de menos (-) significa que temos que subtrair as quantidades umas das outras.

Para resolver esses problemas, precisamos de memória de longo prazo e de curto prazo. Usamos memória de trabalho (de curto prazo) para gerenciar os valores numéricos durante a execução da operação e armazenamos as regras para adicionar ou subtrair na memória de longo prazo.


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Embora a capacidade de realizar aritmética como adicionar e subtrair não seja simples, ela é vital nas sociedades humanas. Os egípcios e babilônios mostrar evidências de uso de aritmética em torno de 2000BCE, o que teria sido útil - por exemplo - para contar o estoque vivo e calcular novos números quando o gado fosse vendido.

meio Ambiente Esta cena mostra uma contagem de gado (copiada pelo egiptólogo Lepsius). No registro central, vemos o gado com chifres 835 à esquerda, logo atrás deles, alguns animais 220 e as cabras 2,235 direitas. No registro inferior, vemos os burros 760 à esquerda e as cabras 974 à direita. Wikimedia Commons, CC BY

Mas o desenvolvimento do pensamento aritmético requer um grande cérebro de primatas, ou outros animais enfrentam problemas semelhantes que lhes permitem processar operações aritméticas? Nós exploramos isso usando a abelha.

Como treinar uma abelha

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

Fornecemos às abelhas uma alta concentração de água com açúcar durante os experimentos, para que as abelhas individuais (todas do sexo feminino) continuem voltando ao experimento para coletar nutrição para a colméia.

Em nossa configuração, 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.

Usamos esse método para ensinar abelhas individuais a aprenderem a tarefa de adição ou subtração ao longo de quatro a sete horas. Cada vez que a abelha ficava cheia, ela retornava à colméia e voltava ao experimento para continuar aprendendo.

Adição e subtração nas abelhas

As abelhas foram treinadas individualmente para visitar um aparelho em forma de labirinto em Y.

A abelha voaria até a entrada do labirinto em Y e veria uma série de elementos que consistiam de uma a cinco formas. As formas (por exemplo: formas quadradas, mas muitas opções de formas foram empregadas em experimentos reais) seriam 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).

Para a tarefa de mais ou menos um, um lado conteria uma resposta incorreta e o outro lado conteria a resposta correta. O lado dos estímulos foi mudado aleatoriamente ao longo do experimento, de modo que a abelha não aprenderia a visitar apenas um lado do labirinto em Y.

Depois de ver o número inicial, cada abelha voaria através de um buraco para uma câmara de decisão, onde poderia optar por voar para o lado esquerdo ou direito do labirinto em Y, dependendo da operação para a qual ela havia sido treinada.

meio Ambiente O aparelho do labirinto em Y usado para treinar abelhas. Scarlett Howard

No início do experimento, as abelhas fizeram escolhas aleatórias até que pudessem descobrir como resolver o problema. Eventualmente, ao longo dos ensaios de aprendizagem 100, as abelhas aprenderam que o azul significava + 1 enquanto o amarelo significava -1. As abelhas poderiam então aplicar as regras a novos números.

Durante o teste com um novo número, as abelhas estavam corretas em adição e subtração de um elemento 64-72% do tempo. O desempenho da abelha nos testes foi significativamente diferente do que poderíamos esperar se as abelhas escolhessem aleatoriamente, o chamado nível de acaso (50% correto / incorreto)

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

Por que isso é uma questão complexa para as abelhas?

Operações numéricas como adição e subtração são questões complexas porque requerem dois níveis de processamento. O primeiro nível requer uma abelha para compreender o valor dos atributos numéricos. O segundo nível requer que a abelha manipule mentalmente atributos numéricos na memória operacional.

Além desses dois processos, as abelhas também tiveram 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.

Mostrar que uma abelha pode combinar aprendizagem aritmética e simbólica simples identificou numerosas áreas de pesquisa para expandir, como se outros animais podem adicionar e subtrair.

Implicações para IA e neurobiologia

Há muito interesse em IA e em como os computadores podem permitir a auto-aprendizagem de novos problemas.

Nossas novas descobertas mostram que aprender operadores aritméticos simbólicos para possibilitar adição e subtração é possível com um cérebro em miniatura. Isso sugere que pode haver novas maneiras de incorporar as interações de regras de longo prazo e de memória de trabalho em projetos para melhorar o aprendizado rápido de novos problemas.

Além disso, nossas descobertas mostram que a compreensão dos símbolos matemáticos como uma linguagem com operadores é algo que muitos cérebros provavelmente podem alcançar, e ajuda a explicar quantas culturas humanas desenvolveram habilidades de numeração independentemente.

Sobre o autor

Scarlett Howard, doutoranda, RMIT University; Adrian Dyer, Professor Associado, RMIT Universitye Jair Garcia, pesquisador, RMIT University

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

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