В новом исследовании медоносные пчелы продолжают демонстрировать свои математические способности: они упорядочивают числа слева направо, предполагая, что у них есть “мысленная числовая линия”, сообщает Даррен Инкорвайя для Science News. В прошлых исследованиях медоносные пчелы продемонстрировали, что они понимают концепцию нуля и элементарную арифметику. В 2020 году Сьюзан Д’Агостино взяла интервью у биолога Скарлетт Ховард для Quanta о том, как она учит пчел математике.
Как и многие люди, медоносные пчелы, похоже, предпочитают, чтобы их номера располагались слева направо.
Согласно новому исследованию, медоносные пчелы, обученные распознавать определенное число, как правило, летят влево, когда им дают два соседних варианта меньшего числа, и вправо, когда варианты представляют большее число. Открытие предполагает, что у медоносных пчел есть “ментальная числовая линия” и что эта ассоциация имеет биологические корни, сообщают исследователи 17 октября в Proceedings of the National Academy of Sciences.
В то время как некоторые ученые согласны с тем, что исследование убедительно доказывает наличие ментальной числовой линии у медоносных пчел, другие утверждают, что новая работа является чрезмерным упрощением сложного человеческого поведения.
У многих людей есть мысленная числовая линия, которая часто помещает меньшие числа слева, а большие справа — если вас попросят разложить несколько гроздей винограда по размеру, вы, скорее всего, выстроите их в ряд, увеличивая количество гроздей слева направо. Присутствует ли эта ассоциация при рождении или усваивается позже в жизни, уже давно является предметом споров.
Предыдущая работа показала, что медоносные пчелы умеют считать и что они даже понимают концепцию нуля (SN: 6/7/18). “Когда вы осознаете все эти факты, возникает очевидный вопрос [есть ли у медоносных пчел] так называемая ментальная числовая линия”, — говорит Мартин Джурфа, биолог из Университета Поля Сабатье в Тулузе, Франция. Работая из дома во время карантина из-за COVID-19, Giurfa протестировала 134 медоносных пчел (Apis mellifera) на их способности упорядочивать количество, используя дизайн, разработанный совместно с исследователями, которые проводили аналогичные эксперименты с цыплятами и человеческими детенышами (SN: 29.12.15).
Во-первых, Джурфа должен был научить своих учеников-пчел распознавать числа. Используя сахарную воду, он заманил пчел в испытательную камеру, построенную из переделанного винного ящика. Для каждой пчелы он повесил на заднюю стенку коробки табличку с определенным количеством символов — один, три или пять — и поил их сахарной водой, чтобы они научились ассоциировать это число с пищей. Изменяя внешний вид символов между посещениями, он гарантировал, что пчелы запоминают само число, а не определенные формы или расположения.
После 30 заходов в бокс пришло время для теста: Джурфа снял тренировочную панель и установил две зеркальные панели, одну на левой стенке бокса, а другую — на правой. Эти новые панели содержали либо то же количество символов, что и учебная панель, либо меньше символов, либо больше.
К какой панели летели пчелы — влево или вправо? “Это зависит от вашего справочного номера”, — говорит Джурфа. Из пчел, обученных на “один”, 72 процента перелетели на панель “три” справа, но из пчел, обученных на “пять”, 73 процента отправились на панель “три” слева. “Это в точности концепция мысленной числовой линии”, — говорит Джурфа. “Вы выравниваете цифры на основе вашей ссылки”. Если номер теста совпадал с номером тренировки, пчелы не отдавали предпочтения левому или правому.
По словам Фелисити Мут, биолога из Техасского университета в Остине, которая не участвовала в исследовании, эти эксперименты “дают очень убедительные аргументы” в пользу ментальной числовой линии у медоносных пчел. “У них есть ряд элементов управления, которые действительно исключают любое из альтернативных объяснений, которые я могу придумать”.
Джурфа считает, что эти результаты показывают, что мысленные числовые линии или, по крайней мере, некоторые их компоненты присутствуют во всем животном мире. Однако не все в этом убеждены.
“Следует избегать чрезмерного упрощения сложных человеческих концепций, таких как ”числовая линия», поскольку они сильно искажают реальность явлений, которые делают их возможными», — говорит Рафаэль Нуньес, когнитивист из Калифорнийского университета в Сан-Диего.
Нуньес, который является соавтором статьи с критикой более раннего исследования цыплят, считает, что исследования на животных должны объяснить, почему у пчел и цыплят могут быть врожденные ментальные числовые линии, в то время как у некоторых человеческих групп, таких как те, которые он изучал в Папуа — Новой Гвинее, их нет. Джурфа признает, что культура играет определенную роль в объяснении того, почему не каждый взрослый естественным образом упорядочивает числа слева направо, но считает, что доказательство имеет биологическую подоплеку (SN: 8/23/21).
Это исследование не объясняет, почему мозг пчел, птенцов и младенцев сошелся на одном и том же порядке чисел слева направо, но предлагает возможный ответ — их асимметричный мозг. У всех троих есть мозг, который по-разному обрабатывает информацию на левой и правой сторонах. “Это может быть неотъемлемым свойством этих латерализованных систем мозга”, — говорит Джурфа.
Общая система организации чисел, если бы она была действительно широко распространена, показала бы, насколько удивительно похожим может быть разум животных на наш собственный. Хотя некоторые когнитивные способности, по-видимому, присущи исключительно человеку, Джурфа считает, что пренебрегать способностями животных опасно. “В некоторых аспектах мы отличаемся от животных, — говорит он, — но в других мы очень похожи. Отрицание этого сходства — это не то, что поможет нам понять, кто мы такие”. — https://www.sciencenews.org/article/honeybee-mental-number-line-order-left-right?mc_cid=deb1762f40&mc_eid=66de5522fc
Секреты математики от Пчелиного Шептуна. Когда Скарлетт Ховард учила пчел считать, они показали ей, насколько фундаментальными могут быть числа для любого мозга.
Скарлетт Ховард преподает математику пчелам. Она начала с нескольких ульев на бетонном балконе в университете RMIT в Мельбурне, когда была докторантом по зоологии. Сегодня в Университете Тулузы, где она является постдокторантом, ее занятия проходят на небольшом поле с примерно 50 ульями.
Это может показаться немного странным — в конце концов, пчелы — это насекомые; что они знают о математике? Оказывается, очень много. Эти эусоциальные летающие насекомые могут складывать, вычитать и даже понимать концепцию нуля.
“Вы можете видеть процесс принятия ими решений по их движениям и манере полета”, — сказал Говард. Решая, какой из двух ответов правильный, они часто летят к одному из решений, прежде чем, кажется, передумают и улетят к другому.
Говард обучает одну пчелу за раз, помещая ее рядом с устройством, известным как Y-лабиринт, закрытая коробка в форме печатной буквы Y. Пчела входит в нижнюю часть Y и видит математический вопрос, выраженный в формах и цветах. На уроках арифметики синие фигуры означают ”прибавить 1“ к заданному количеству фигур, а желтые фигуры означают ”вычесть 1″. Чтобы ответить на этот вопрос, пчела выбирает одно из двух возможных решений, размещенных у входа в верхние плечи Y. Пчела найдет награду — сахарную воду — в руке, связанной с правильным ответом, и наказание — тонизирующую воду, которую пчелы находят горькой — в руке с неправильным ответом.
Чтобы научить пчел нулю, она сначала научила их понимать концепцию “меньше, чем”. Как и в задачах на сложение и вычитание, она предлагала подкрепления для правильного выбора. Как только отдельная пчела продемонстрировала, что понимает “меньше, чем”, она продвинула эту пчелу на этап тестирования своего эксперимента, где она должна была решить, является ли любое количество фигур меньше нулевых фигур — число, с которым пчела никогда раньше не сталкивалась. У каждой пчелы был только один шанс ответить. Пчелы часто идентифицировали “нулевые фигуры” как меньшие, чем любое количество фигур, и Говард пришел к выводу, что они должны обладать врожденным пониманием того, что ноль меньше любого положительного целого числа.
Для каждого эксперимента Говард обучает и тестирует примерно 100 случайных пчел из тысяч в ее ульях. Обращаться с ними достаточно просто. После каждого правильного выбора пчела самостоятельно летит обратно в улей, чтобы выгрузить свою сладкую награду. Потом, в какой-то момент, это вернется. Это потому, что пчелы являются центральными кормильцами, а это значит, что они запомнят эксперимент и вернутся к нему за дополнительными ресурсами. Чтобы подготовиться к своему следующему ученику, Говард меняет стимулы в Y-лабиринте. У нее есть сотни, возможно, тысячи отпечатанных и заламинированных стимулов.
“Они ламинированы, поэтому мы можем чистить их этанолом, потому что пчелы оставляют запаховые метки”, — сказал Говард. “Они сделают все, чтобы обмануть тесты. Они умные! Они отметят правильный ответ. Пчелы не так просты, как мы привыкли думать. Или даже такими, какими некоторые люди до сих пор их считают.”
Журнал Quanta недавно поговорил с Говардом о ее исследованиях. Интервью было сокращено и отредактировано для большей ясности.
Что впервые вдохновило вас на исследование математических способностей пчел? Вы были поклонником the bugs?
Я всегда по-настоящему боялся пчел. Но когда я учился в университете в Австралии, Адриан Дайер, который занимается когнитивными способностями пчел, сказал мне: “Пчелы могут делать действительно крутые вещи. Они могут распознавать человеческие лица и ориентироваться в лабиринтах”. Я подумал: “Правда? Это правда? Я хочу увидеть это своими глазами”. Поэтому я поделился идеей работы над когнитивными способностями пчел со своими потенциальными научными руководителями.
Мы подумали: “Мы можем сделать что-то либо действительно рискованное / приносящее высокую награду, либо мы можем сделать что-то менее рискованное, но менее интересное”. Сначала мы попробовали кое—что рискованное — могли ли пчелы понимать ноль на том же уровне, что и некоторые приматы и птицы.
Большинство животных знают, например, есть ли перед ними “немного еды” или ”ноль еды». Действительно ли пчелы обладают чем-то большим, чем это базовое понимание нуля?
Пчелы способны поместить ноль в числовой континуум. Они знают, что ноль меньше 1, он меньше 2 и он меньше 3. Они также знают, что ноль больше “меньше 6”, чем “меньше 1”.
Многие животные испытывают трудности с нулем. Цифра 1, возможно, была самым низким числом, которое они когда-либо видели. Когда мы получили положительные результаты этого эксперимента, показывающие, что они знали, что ноль меньше любого положительного целого числа, это было действительно захватывающе видеть.
Конечно, у разных пчел разные процессы обучения. Некоторые действительно преуспевают с самого начала. Некоторые из них действительно очень плохи. Вы видите этот момент, когда они начинают делать все более и более правильно. Вы не хотите слишком очеловечивать их, но наблюдать за тем, как они учатся, действительно невероятно.
Подождите — некоторые пчелы лучше разбираются в математике, чем другие пчелы?
Мы действительно определили это количественно. В нашей команде есть физик-теоретик, который работает над численными способностями пчел. Он провел некоторый байесовский анализ моих результатов. Мы надеялись найти момент, когда мы могли бы сказать: “Хорошо, пчелы переключаются с того, что они не очень хороши в арифметической задаче, на понимание ее в этот определенный момент”. Но мы не обнаружили никакой согласованности между отдельными людьми. Момент, когда отдельная пчела переключалась с действительно плохих дел на действительно хорошие, случался на разных стадиях у каждой пчелы.
Другими словами, совсем как люди. Итак, есть ли другие связи? Понимая числовые способности пчел, получаем ли мы представление о числовых способностях людей?
Людей и пчел разделяет более 600 миллионов лет эволюции. Если оба вида способны выполнять схожие числовые задачи, мы могли бы получить представление об эволюции числовых способностей. Является ли эта эволюция дивергентной? Конвергентный? Параллельный?
Существует большая дискуссия о числовых способностях животных. Одна сторона утверждает, что числовое познание — сложные задачи, такие как сложение, вычитание, умножение и деление — возможно только благодаря языку и культуре, в частности человеческим способностям записывать вещи и говорить. Другая сторона утверждает, что у животных есть эволюционная потребность обрабатывать числовую информацию.
Наша работа подтверждает второй аргумент. Мы наблюдаем, как насекомое выполняет сложение и вычитание и учится “больше, чем” и “меньше, чем”. Ученые наблюдали числовые способности у многих разных видов. Эти способности, по—видимому, эволюционно древние — то, что давным-давно появилось у общего предка. Моя гипотеза заключается в том, что пчелы и другие животные могут обрабатывать числовую информацию без культуры и без языка, потому что у них есть потребность, которая сохраняется на протяжении долгого времени.
Какого рода потребность? Почему пчелы извлекают пользу из этих числовых навыков?
Мы работаем над этим вопросом. Мы пытаемся понять, насколько полезными могут быть различение чисел и чувство числа в их деятельности по добыче пищи. Возможно, цифры помогают им определить, какой цветочный участок может быть для них более выгодным. Они заботятся о количестве цветов. Умение считать ориентиры может быть действительно полезно для навигации между их ульем и местами с ресурсами. Есть также более старая статья, в которой предполагается, что пчелы используют количество лепестков для различения видов цветов.
Это исследование отличается от того, что мы делали ранее, потому что задача, которую выполняет пчела, должна быть экологически значимой для них в их естественной среде обитания. Мы хотим посмотреть, как они делают выбор в отсутствие обучения, если они все еще хотят или нуждаются в обработке чисел без необходимости изучать [возможно, не относящуюся к делу] задачу для получения сахара. Это скорее вопрос “Что бы они сделали сами по себе?”
Итак, если вы правы в том, что чувство числа действительно выходит за рамки языка и культуры, что это значит для нашего собственного понимания чисел?
Мы только начинаем задаваться вопросом о последствиях. Тем не менее, моя команда только что получила статью, принятую в учебном журнале. В нашей статье предполагается, что то, как мы обучаем пчел развивать числовые способности, имеет значение не только для человеческого обучения, но и для искусственного интеллекта и дизайна. Но я не рекомендую кормить детей горьким на вкус веществом за неправильные ответы!
Мы думаем, что мы могли бы основать компьютерную модель на мозге пчелы. Мозг пчелы состоит менее чем из 1 миллиона нейронов, по сравнению с нашим, в котором их более 100 миллиардов. Они способны выполнять эти действительно сложные задачи с очень маленькой системой обработки и небольшим потреблением энергии — капли сахарной воды. Если бы мы могли понять, как они учатся таким эффективным способом, мы могли бы применить это к компьютерному обучению. Наши компьютеры потребляют много энергии, поэтому изучение того, как пчелы учатся и выполняют сложные задачи, может повысить эффективность вычислительных решений.
А как насчет высшей математики? Понимают ли пчелы отрицательные числа или такие операции, как умножение и деление?
Мы планируем рассмотреть некоторые из этих концепций. Я бы хотел попробовать деление, например “разделите это число пополам”. Мы могли бы посмотреть, предпочитают ли они округлять результат в большую или меньшую сторону. Есть ли последовательность, или это просто случайность?
В команде было много разговоров об отрицательных числах, но мы не вдавались в подробности. Есть проблемы. Какой стимул может представлять собой отрицательное число? Как вы гарантируете, что пчела сочтет это отрицательным?
С насекомыми много работы уходит на то, чтобы убедиться, что вы правильно задали вопрос. Вы не можете дать им человеческий тест. Им нужна правильная мотивация. Они должны понять вопрос, чтобы иметь возможность ответить на него.
Значит, можно с уверенностью сказать, что вы больше не боитесь пчел?
Если в моем доме есть насекомое, я его не убиваю. Я слежу за тем, чтобы он вышел наружу. Действительно особая часть моей работы — говорить с общественностью, с незнакомыми людьми, с друзьями, со всеми о пчелах. Я слышал о пчелах в таких местах, как вокзал на Флиндерс-стрит в Мельбурне или на крыше Собора Парижской Богоматери. Семья и друзья подходят ко мне и говорят: “На днях я видел пчелу!” или “Я видел пролетающую мимо пчелу!” или “В данный момент в моем саду есть пчелы!” Я отвечаю: “Это здорово!” Это нормально — видеть пчелу, но они хотят рассказать мне об этом. Источник: https://www.quantamagazine.org/what-scarlett-howard-learns-from-the-bees-she-teaches-20200122/?mc_cid=deb1762f40&mc_eid=66de5522fc