¿Podemos tener un recuento de todas las células de nido de abeja por favor? de www.shutterstock.com

La humilde abeja puede usar símbolos para realizar operaciones matemáticas básicas, incluidas sumas y restas, muestra una nueva investigación publicada hoy en la revista Science Advances.

Las abejas tienen cerebros en miniatura, pero pueden aprender aritmética básica.

{youtube}kCucnmIULGU{/youtube}

A pesar de tener un cerebro que contiene menos de un millón de neuronas, la abeja ha demostrado recientemente que puede manejar problemas complejos, como entendiendo el concepto de cero.

Las abejas son un modelo de alto valor para explorar preguntas sobre neurociencia. En nuestro último estudio, decidimos probar si podían aprender a realizar operaciones aritméticas simples como la suma y la resta.

Operaciones de suma y resta.

Como niños, aprendemos que un símbolo más (+) significa que tenemos que sumar dos o más cantidades, mientras que un símbolo menos (-) significa que tenemos que restar cantidades entre sí.

Para resolver estos problemas, necesitamos memoria a largo y corto plazo. Utilizamos la memoria de trabajo (a corto plazo) para administrar los valores numéricos mientras realizamos la operación, y almacenamos las reglas para sumar o restar en la memoria a largo plazo.

Aunque la capacidad para realizar operaciones aritméticas como sumar y restar no es simple, es vital en las sociedades humanas. Los egipcios y babilonios mostrar evidencia de uso aritmético Alrededor de 2000BCE, que habría sido útil, por ejemplo, para contar el stock en vivo y calcular nuevos números cuando se vendió el ganado.

Esta escena representa un recuento de ganado (copiado por el egiptólogo Lepsius). En el registro del medio, vemos ganado 835 con cuernos a la izquierda, justo detrás de ellos hay algunos animales 220 y en la cabra derecha 2,235. En el registro inferior vemos los burros 760 a la izquierda y los chivos 974 a la derecha. Wikimedia commons, CC BY

Pero, ¿el desarrollo del pensamiento aritmético requiere un gran cerebro de primate, o se enfrentan otros animales a problemas similares que les permiten procesar operaciones aritméticas? Exploramos esto usando la abeja.

Cómo entrenar a una abeja

Las abejas son un lugar central para los recolectores, lo que significa que una abeja recolectora regresará a un lugar si la ubicación es una buena fuente de alimento.

Proporcionamos a las abejas una alta concentración de agua azucarada durante los experimentos, por lo que las abejas individuales (todas hembras) continúan regresando al experimento para recolectar nutrición para la colmena.

En nuestra configuración, cuando una abeja elige un número correcto (ver más abajo) recibe una recompensa de agua azucarada. Si toma una decisión incorrecta, recibirá una solución de quinina de sabor amargo.

Utilizamos este método para enseñar a las abejas individuales a aprender la tarea de sumar o restar durante cuatro a siete horas. Cada vez que la abeja se llenaba, regresaba a la colmena y luego volvía al experimento para seguir aprendiendo.

Suma y resta en abejas.

Las abejas fueron entrenadas individualmente para visitar un aparato en forma de laberinto Y.

La abeja volaría a la entrada del laberinto Y y vería una serie de elementos que consistían de entre una y cinco formas. Las formas (por ejemplo: formas cuadradas, pero se emplearon muchas opciones de forma en experimentos reales) serían uno de dos colores. Azul significaba que la abeja tenía que realizar una operación de adición (+ 1). Si las formas fueran amarillas, la abeja tendría que realizar una operación de resta (- 1).

Para la tarea de más o menos uno, un lado contendría una respuesta incorrecta y el otro contendría la respuesta correcta. El lado de los estímulos se cambió aleatoriamente a lo largo del experimento, de modo que la abeja no aprendiera a visitar solo un lado del laberinto Y.

Después de ver el número inicial, cada abeja volaría a través de un agujero en una cámara de decisión donde podría elegir volar hacia el lado izquierdo o derecho del laberinto en función de la operación para la que había sido entrenada.

El aparato del laberinto Y utilizado para el entrenamiento de las abejas. Scarlett Howard

Al comienzo del experimento, las abejas hicieron elecciones al azar hasta que pudieran encontrar la manera de resolver el problema. Finalmente, durante las pruebas de aprendizaje de 100, las abejas aprendieron que azul significa + 1, mientras que amarillo significa -1. Las abejas podrían entonces aplicar las reglas a los nuevos números.

Durante las pruebas con un número nuevo, las abejas fueron correctas al sumar y restar un elemento 64-72% del tiempo. El rendimiento de la abeja en las pruebas fue significativamente diferente de lo que cabría esperar si las abejas eligieran al azar, lo que se conoce como nivel de rendimiento aleatorio (50% correcto / incorrecto)

Por lo tanto, nuestra "escuela de abejas" dentro del laberinto Y permitió a las abejas aprender a usar operadores aritméticos para sumar o restar.

¿Por qué es una pregunta compleja para las abejas?

Las operaciones numéricas como la suma y la resta son preguntas complejas porque requieren dos niveles de procesamiento. El primer nivel requiere una abeja para comprender el valor de los atributos numéricos. El segundo nivel requiere que la abeja manipule mentalmente los atributos numéricos en la memoria de trabajo.

Además de estos dos procesos, las abejas también tenían que realizar las operaciones aritméticas en la memoria de trabajo: el número "uno" que se debía agregar o restar no estaba presente visualmente. Más bien, la idea de más uno o menos "uno" era un concepto abstracto que las abejas tenían que resolver durante el curso de la capacitación.

Demostrar que una abeja puede combinar el aprendizaje aritmético y simbólico simple ha identificado numerosas áreas de investigación para expandir, por ejemplo, si otros animales pueden sumar y restar.

Implicaciones para la IA y la neurobiología.

Hay mucho interés en la inteligencia artificial y en cómo las computadoras pueden permitir el autoaprendizaje de problemas nuevos.

Nuestros nuevos hallazgos muestran que es posible aprender operadores aritméticos simbólicos para permitir la suma y la resta con un cerebro en miniatura. Esto sugiere que puede haber nuevas formas de incorporar las interacciones de las reglas a largo plazo y la memoria de trabajo en los diseños para mejorar el rápido aprendizaje de nuevos problemas por parte de la IA.

Además, nuestros hallazgos muestran que la comprensión de los símbolos matemáticos como un lenguaje con operadores es algo que muchos cerebros probablemente pueden lograr, y ayuda a explicar cómo muchas culturas humanas desarrollaron de forma independiente las habilidades numéricas.

Sobre el Autor

Scarlett Howard, candidata al doctorado, Universidad RMIT; Adrian Dyer, profesor asociado, Universidad RMIT, y Jair Garcia, investigador, Universidad RMIT

Este artículo se republica de La conversación bajo una licencia Creative Commons. Leer el articulo original.

Libros relacionados

at InnerSelf Market y Amazon