Медоносные пчелы могут различать нечетные и четные числа
«Два, четыре, шесть, восемь; валите, не ждите». В детстве мы знаем, что числа могут быть как четными, так и нечетными. И есть много способов классифицировать числа как четные или нечетные. Мы можем запомнить правило, согласно которому числа, оканчивающиеся на 1, 3, 5, 7 или 9, являются нечетными, а числа, оканчивающиеся на 0, 2, 4, 6 или 8, — четными. Или мы можем разделить число на 2, где любое целое число означает, что число четное, иначе оно должно быть нечетным. Точно так же, имея дело с объектами реального мира, мы можем использовать сопряжение. Если у нас остался непарный элемент, значит, количество объектов было нечетным. До сих пор нечетная и четная категоризация, также называемая классификацией по четности, никогда не демонстрировалась у нечеловеческих животных. В новом исследовании, опубликованном сегодня в журнале Frontiers in Ecology and Evolution, мы показываем, что медоносные пчелы могут этому научиться.
Почему паритетная категоризация особенная? Задачи на четность (такие как нечетная и четная категоризация) считаются абстрактными и высокоуровневыми числовыми понятиями у людей. Интересно, что люди демонстрируют предвзятость в отношении точности, скорости, языка и пространственных отношений, когда классифицируют числа как нечетные или четные. Например, мы склонны быстрее реагировать на четные числа действиями, выполняемыми правой рукой, а на нечетные числа — действиями, выполняемыми левой рукой. Мы также быстрее и точнее классифицируем числа как четные по сравнению с нечетными. Исследования показали, что дети обычно ассоциируют слово «четный» с «правым», а «нечетный» — с «левым». Эти исследования предполагают, что у людей могут быть приобретенные предубеждения и / или врожденные предубеждения в отношении нечетных и четных чисел, которые могли возникнуть либо в результате эволюции, культурной передачи, либо их комбинации. Неясно, почему четность может быть важна помимо ее использования в математике, поэтому происхождение этих предубеждений остается неясным. Понимание того, могут ли и как другие животные распознавать (или могут научиться распознавать) нечетные и четные числа, могло бы рассказать нам больше о нашей собственной истории с равенством.
Обучение пчел обучению четным и нечетным
Исследования показали, что медоносные пчелы могут научиться упорядочивать количества, выполнять простое сложение и вычитание, сопоставлять символы с количествами и соотносить понятия размера и числа. Чтобы научить пчел паритетной задаче, мы разделили особей на две группы. Один был обучен ассоциировать четные числа с сахарной водой и нечетные числа с горькой на вкус жидкостью (хинин). Другая группа была обучена связывать нечетные числа с сахарной водой и четные числа с хинином. Мы обучали отдельных пчел, сравнивая нечетные и четные числа (с карточками, представляющими от 1 до 10 напечатанных фигур), пока они не выбирали правильный ответ с точностью 80%. Примечательно, что соответствующие группы обучались с разной скоростью. Пчелы, обученные связывать нечетные числа с сахарной водой, научились быстрее. Их склонность к обучению в пользу нечетных чисел была противоположностью людей, которые быстрее классифицируют четные числа.
Затем мы проверили каждую пчелу на новых числах, не показанных во время обучения. Впечатляет то, что они классифицировали новые числа из 11 или 12 элементов как нечетные или четные с точностью около 70%. Наши результаты показали, что миниатюрный мозг медоносных пчел способен понимать понятия нечетного и четного. Таким образом, большой и сложный человеческий мозг, состоящий из 86 миллиардов нейронов, и миниатюрный мозг насекомого с примерно 960 000 нейронов могут классифицировать числа по четности. Означает ли это, что задача проверки четности оказалась менее сложной, чем мы думали ранее? Чтобы найти ответ, мы обратились к биотехнологиям.
Создание простой искусственной нейронной сети
Искусственные нейронные сети были одним из первых алгоритмов обучения, разработанных для машинного обучения. Вдохновленные биологическими нейронами, эти сети масштабируемы и могут решать сложные задачи распознавания и классификации, используя логику высказываний. Мы построили простую искусственную нейронную сеть всего из пяти нейронов для выполнения теста на четность. Мы давали сети сигналы от 0 до 40 импульсов, которые она классифицировала как нечетные или четные. Несмотря на свою простоту, нейронная сеть правильно классифицировала числа пульса как нечетные или четные со 100% точностью. Это показало нам, что в принципе паритетная категоризация не требует большого и сложного мозга, такого как человеческий. Однако это не обязательно означает, что пчелы и простая нейронная сеть использовали один и тот же механизм для решения задачи.
Простой или сложный?
Мы еще не знаем, как пчелы смогли выполнить задание на четность. Объяснения могут включать простые или сложные процессы. Например, у пчел может быть:
- парные элементы, чтобы найти непарный элемент
- выполнил расчеты деления, хотя деление ранее пчелы не демонстрировали
- подсчитали каждый элемент, а затем применили правило четной/нечетной классификации к общему количеству.
Обучая другие виды животных различать нечетные и четные числа и выполнять другие абстрактные математические операции, мы можем больше узнать о том, как математика и абстрактное мышление возникли у людей. Является ли открытие математики неизбежным следствием интеллекта? Или математика как-то связана с человеческим мозгом? Различия между людьми и другими животными меньше, чем мы думали ранее? Возможно, мы сможем почерпнуть эти интеллектуальные идеи, если только будем внимательно слушать.
