Хабрахабр

Медовая арифметика: сложение и вычитание в исполнении пчел

Этой фразой можно четко описать соотношение умственных способностей существа с размером его мозга. Больше не всегда значит лучше. Среди сухопутных существ этот титул заслужил индийский слон с 5 кг мозгов в своем распоряжении. Рекордсменом в мире животных является кашалот, чей мозг весит порядка 9 кг. А вот мозг одного из самых интеллектуальных видов пернатых — серых попугаев — весит примерно 118 грамм, то есть около 22 % от общего веса тела. Мозг страуса меньше его глазного яблока и весит 26 грамм. 3 кг, при этом именно человек является венцом эволюции. У человека же мозг в среднем весит 1. Эти цифры наглядно демонстрируют, что дело не в количестве, а в качестве, так сказать.

065 грамм и состоит из 950 000 нейронов (для сравнения, у человека их порядка 100 миллиардов)? Но что, если мозг существа весит всего лишь около 0. Еще как сможет, и этим существом является медоносная пчела, которая дружит с арифметикой. Сможет ли такое существо показать интеллектуальные способности, способные удивить ученых? Помимо этого ученые стали лучше понимать соотношения веса и структуры мозга с уровнем интеллекта. Сегодня мы с вами ознакомимся с исследованием математических способностей пчел, открывающее новые сведения для понимания их индивидуального, а не коллективного интеллекта. Ответы найдем в докладе исследовательской группы. Как ученые заставили пчел считать без калькулятора, как хорошо справились пчелы с поставленной задачей, и что ученым удалось выяснить? Поехали.

Основа исследования

И не зря, ведь медоносные пчелы действительно показывают невероятную слаженность в вопросах существования роя во главе с королевой-маткой. Когда кто-то говорит «пчелы» и «интеллект», в наших головах сразу возникает ассоциативный ответ — коллективный разум. Мы не привыкли рассматривать пчелу как индивида, способного на высокоинтеллектуальные действия, предпочитая считать их частью сложного биологического организма, коим является весь рой.

В данном ролике показано как исследователи проводят опыты с бабуинами, которые демонстрируют понимание количественной концепции «много/мало» (больше/меньше).

Однако большая часть зафиксированных случаев относилась к приматам. Ученые отмечают, что на данный момент уже известны некоторые виды животных, способных выполнять простые математические действия для достижения какой-либо цели. К примеру, пауки понимают количество добычи, то есть осознают такие понятия как сложение и вычитание. Хотя и среди существ с менее развитой нервной системой были замечены подобные навыки.

Другими словами, понимает ли тот же паук, что у него было 3 мухи, он поймал еще одну, и теперь их 4? Помимо выявления подобных навыков важным аспектом является понимание осознанности действий. Таким образом эти существа показывают понимание сути происходящего. Среди множества исследований можно выделить изучение серых попугаев и шимпанзе, которые помимо навыков сложения и вычитания, умели отмечать соответствующей цифрой результат этого математического действия.

Стоит отметить, что процесс обучения и запоминания у пчел в лабораторных условиях протекает значительно эффективнее и быстрее, если применяется тактика «вознаграждение/наказание», что говорит о наличии внимания и, естественно, долгосрочной памяти у отдельных особей пчел. Медоносные пчелы отлично подходят для изучения подобных умений ввиду того, что они уже давно продемонстрировали способность учиться и запоминать определенные действия для решения задач из категорий «выше/ниже», «лево/право», «одинаковое/разное», «большое/маленькое» и т.д.


Тут можно найти атлас мозга медоносной пчелы.

Как устроен эксперимент рассмотрим далее. Данное исследование нацелено на более подробное рассмотрение математических способностей пчел, а именно сложение и вычитание, в контролируемых условиях с применением вышеупомянутой тактики.

Эксперимент

Основными элементами опыта можно назвать лабиринт в форме «Y», цветовые отличия визуальных стимулов (подсказок) и возможность пчел свободно летать. В качестве испытуемых выступили 14 медоносных пчел, помеченные цветными линиями для идентификации.


Схема экспериментального лабиринта «Y».

Пчелы были обучены залетать через вход в отсек принятия решений, где перед ними имеется образец, содержащий желтые или синие элементы. А теперь по порядку. Другими словами, пчела видит перед собой 3 желтых квадратика (как на схеме выше), значит нужно 1 вычесть. Если они синего цвета, то нужно добавить 1 элемент, если желтого — вычесть. Если же образец синий, то нужно добавить 1 элемент (2+1=3) и совершить ту же последовательность действий. Приняв правильное решение, пчела должна приземлиться на жердь, над которой изображено решение простой задачки 3-1=2, то есть с двумя желтыми квадратиками.

Для правильного ответа предусмотрено вознаграждение в виде 10 µл 50%-ного раствора сахарозы. Ответы (верный и неверный) расположены в 15 см от середины зоны принятия решения. После каждого приземления пчелы на ту или иную жердь, последняя очищалась 20% спиртом и менялась на новую, дабы полностью ликвидировать какие-либо следы пчел, которые могут стать либо дополнительными подсказками, либо сбивать пчел с толку. Для неверного ответа — 60 mM раствор хинина (очень горького на вкус, что пчелам, естественно, не нравится).

Делалось это для сохранения мотивации. Важно отметить еще одно: если пчела ответила неверно и получила горький хинин, ей давали возможность свободно подлететь к жердочке под правильным ответом к раствору сахарозы. Также были проведены опыты, когда сахароза и хинин были заменены на капельки обычной воды, тем самым нивелируя поощрение и наказание.


Все варианты визуальных стимулов (задач и решений): 108 для вычитания и 108 для сложения.

Цвета (желтый и синий) были подобраны в соответствии со зрением пчел. Визуальные стимулы (квадраты, ромбы, круги и треугольники) были изображены на сером фоне 6х6 см и покрыты ламинатом толщиной 80 мкл.

То есть, каждый раз они будут получать новые стимулы. Такое большое число возможных комбинаций из 216 вариантов визуальных стимулов обусловлено желанием ученых удостовериться в том, что пчелы не будут использовать ассоциативное мышление в процессе решения задач.

Всего каждая пчела провела 100 заходов (суммарно по задачам вычитания и сложения, проведенных в случайном порядке). В течение нескольких тренировочных периодов длиной 30 и 60 минут пчелы обучались находить вход в лабиринт, вход в отсек принятия решений и жердочки, где будет размещаться сахароза и хинин.

1+1, 2+1 и 4+1). В задачах на сложение использовались числа 1,2 и 4, то есть неверными ответами были 1, 2, 3, 4 и 5, а верными — 2, 3, 5 (т.е. Верные ответы — 1, 3 и 4, а неверные — 1, 2, 3, 4 и 5. В задачах по вычитанию были числа 2, 4 и 5. Число 3 не использовалось во время тренировочных заходов, дабы в итоговых тестах послужить неким нововведением.

Также было еще 10 задач без поощрения (сахароза) и без наказания (хинин), а с применением обычной воды (10 мкл) в качестве мотивации для пчелы приземлиться на жердочку. Во время основных (итоговых) экспериментов пчелы должны были выполнить 4 теста по 10 задач. Все тесты проводились в случайном порядке.

То есть, например, слева в двух тестах подряд могли быть правильные ответы либо правильный и неправильный, либо два неправильных подряд. Также стоит отметить, что положение верного ответа и неверного было таковым, чтобы пчелы не следовали одному и тому же маршруту (схема выше). Помимо этого среди задач были и задачи с числом 3, которое не было представлено во время тренировочных тестов.

Результаты экспериментов


Графики результатов тренировочных и итоговых тестов.

Напомню, что во время тренировки использовалась тактика поощрения/наказания, что способствовала ускорению обучаемости пчел (уж больно сильно они любят сахар и не любят хинин). Уже на этапе тренировки (100 попыток) было отмечено увеличение числа правильных ответов как в задачах по вычитанию, так и по сложению. Пунктирной горизонтальной линией (на уровне 0. На графике А выше мы с вами видим красивую кривую роста верных ответов с числом тренировочных заходов (z = 8,14, P <0,001). Сама же функция роста обучаемости пчел (14 испытуемых особей) была сделана посредством обобщенной линейной смешанной модели. 5) отделены случайные верные ответы. Черные точки на графике это среднее значение (± 95%) правильных ответов в соответствии с доверительными интервалами (фиолетовая область).

Это может свидетельствовать об индивидуальном характере восприятия визуальных стимулов (задач и ответов) и индивидуальной восприимчивости к поощрению/наказанию (сахароза/хинин). Ученые также отмечают, что заметили разницу в скорости обучаемости у разных особей.

Четыре варианта проведенных тестов можно описать следующим образом:

  • Сложение. Неверный ответ с той же стороны, что и верный. Задача — 3, верно — 4, неверно — 5.
  • Сложение. Неверный ответ с противоположной стороны от верного. Задача — 3, верно — 4, неверно — 5.
  • Вычитание. Неверный ответ с той же стороны, что и верный. Задача — 3, верно — 2, неверно — 1.
  • Вычитание. Неверный ответ с противоположной стороны от верного. Задача — 3, верно — 2, неверно — 4.

Степень верных ответов во время всех 4 тестов была достаточно высока, чтобы списать ее на обычную случайность.

1 ± 3. В задачах сложения с верным и неверным ответами с одной стороны пчелы выбирали верный ответ (число 4) в 72. 05, P < 0. 20% случаев (z = 5. В сложении, когда верный и неверный ответы были всегда с разных сторон, пчелы отвечали правильно в 67. 001). 69% случаев (z = 5. 9 ± 2. 001). 05, P < 0.

6 ± 2. В задачах вычитания с верным и неверным ответами с одной стороны результаты были также на очень хорошем уровне и составили 63. 17, P = 0. 89% (z = 3. 9 ± 3. 002), а при расположении верного и неверного ответов всегда с разных сторон — 67. 13, P < 0. 66% (z = 4. Эти данные представлены на графике результатов В. 001).

Сравнив показатели всех 4 типов тестов, ученые пришли к выводу, что пчелы справляются с ними на одинаковом уровне, то бишь направление верного/неверного ответов или сама задача (вычитание или сложение) не сыграли значительной роли на показателях обучаемости и верном выполнении задач.

Для более детального ознакомления с исследованием настоятельно рекомендую заглянуть доклад ученых и дополнительные материалы к нему.

Эпилог

Лично меня больше удивляет не сама цель проведения подобных опытов, а метод их проведения. На первый взгляд подобные эксперименты выглядят довольно странно и даже нелепо, но от того они не теряют своей информативности. Нужно обладать немалой фантазией, чтобы додуматься соорудить то, что сделали исследователи.

Во-первых, человеческие дети младшего возраста (ясельного) без знания языка и словесных эквивалентов чисел способны демонстрировать достаточно высокие результаты при выполнении простых арифметических задач на сложение и вычитание. В выводах к своему же труду ученые затрагивают занятное наблюдение. Мундуруку отлично справляются с простой арифметикой с числами до 5, но испытывают трудности в задачах с большими числами. Еще более интересным примером являются индейцы Мундуруку из Южной Америки, в языке которых отсутствуют словесные эквиваленты больших чисел. Однако при этом они способны использовать аппроксимацию (приближение) и достигать относительно точных результатов в своих вычислениях.

В дальнейшем исследователи пчелиной арифметики собираются усложнить задачи для своих испытуемых, выйдя за пределы числового диапазона 1…5 и добавив большие числа. Подобные наблюдения наряду с проведенным учеными исследованием подтверждают факт того, что язык и предварительные глубокие знания и понимание чисел не являются необходимыми элементами для выполнения простых задач по сложению и вычитанию.

Шимпанзе, серые попугаи, пауки, а теперь еще и пчелы являются тому ярким примером. Ни размер мозга, ни социальные повадки существ не являются основополагающими критериями для успешного оперирования небольшими числами.

Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и хорошей всем рабочей недели, ребята.

Вам нравятся наши статьи? Спасибо, что остаётесь с нами. Поддержите нас оформив заказ или порекомендовав знакомым, 30% скидка для пользователей Хабра на уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps от $20 или как правильно делить сервер? Хотите видеть больше интересных материалов? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps до весны бесплатно при оплате на срок от полугода, заказать можно тут.

класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки? Dell R730xd в 2 раза дешевле? Только у нас 2 х Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $249 в Нидерландах и США! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп.

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть