ミツバチに算数を教えるスカーレット・ハワード。彼女は、動物学の博士号候補だったとき、メルボルンの RMIT 大学のコンクリートのバルコニーに数個の蕁麻疹ができたことから始めました。現在、彼女がポスドク研究員であるトゥールーズ大学では、約 50 個の蜂の巣がある小さな畑で彼女の授業が行われています。
少し奇妙に思えるかもしれません。結局のところ、ミツバチは昆虫です。彼らは数学について何を知っていますか?多くのことが判明しました。これらの真社会性の飛ぶ昆虫は、ゼロの概念を足したり、引いたり、理解することさえできます。
「彼らの意思決定プロセスは、彼らの動きと飛行パターンで見ることができます」とハワードは言いました。 2 つの答えのどちらが正しいかを判断する際に、彼らは解決策の 1 つに飛んでから、よく考えてもう 1 つの解決策に向かって飛び立つことがよくあります。
ハワードは一度に 1 匹のミツバチに、それを Y 迷路と呼ばれるブロック文字 Y のような形をした、覆われた箱の横に置いて教えます。ミツバチは Y の一番下の足に入り、形と色で表現された数学的な問題を見ます。 .算数の授業では、青い図形は指定された数の図形に「1 を足す」ことを意味し、黄色の図形は「1 を引く」ことを意味します。質問に答えるために、ミツバチは Y の上腕の入り口に掲示されている 2 つの可能な解決策のいずれかを選択します。ミツバチは、正解に関連付けられた腕に報酬 (砂糖水) を見つけ、不正解の腕に罰 (ミツバチが苦味を感じる強壮剤) を見つけます。
ミツバチにゼロについて教えるために、彼女はまず「未満」の概念を理解するようにミツバチを訓練しました。足し算と引き算の問題と同様に、彼女は正しい選択のために補強を提供しました。個々のミツバチが「未満」を理解していることを示すと、彼女はそのミツバチを実験のテスト段階に進めました。そこでは、ミツバチがこれまで遭遇したことのない数である 0 未満の形状があるかどうかを判断します。各ミツバチには、答えるチャンスが 1 回しかありませんでした。ミツバチは多くの場合、「ゼロの形状」を任意の数の形状よりも小さいと識別し、ハワードは、ゼロが任意の正の整数よりも小さいという先天的な理解を持っているに違いないと結論付けました.
実験ごとに、ハワードは巣箱にある何千ものミツバチからランダムに約 100 匹のミツバチをトレーニングしてテストします。それらを処理するのは簡単です。正しい選択をするたびに、ミツバチは自力で巣箱に戻り、甘い報酬を降ろします。それから、ある時点で、それは戻ってきます。これは、ミツバチが中心的な採餌者であるためです。つまり、ミツバチは実験を覚えていて、追加のリソースを求めてそこに戻ってきます。次の生徒に備えるために、ハワードは Y 迷路の刺激を変更します。彼女は何百、もしかすると何千もの刺激を印刷し、ラミネート加工しています。
ハワード氏は、「ミツバチは匂いを嗅ぐので、ラミネート加工されているので、エタノールできれいにすることができます. 「彼らはテストをカンニングするためなら何でもします。彼らは賢いです！彼らは正しい答えをマークします。ミツバチは、私たちが思っているほど単純ではありません。あるいは、今でもそう思っている人もいます。」
クォンタ マガジン は最近、彼女の研究についてハワードと話しました。インタビューは、わかりやすくするために要約および編集されています。
ミツバチの数学的能力を研究しようと思った最初のきっかけは何ですか?あなたは虫のファンでしたか?
私はいつもミツバチが本当に怖かったです。しかし、私がオーストラリアの大学にいたとき、ミツバチの認知能力を研究しているエイドリアン・ダイアーは私にこう言いました。彼らは人間の顔を認識し、迷路をナビゲートできます。」私は思った。本当？それを自分の目で確かめたい」そこで私は、ミツバチの認知能力に取り組むというアイデアを潜在的な博士号に売り込みました。スーパーバイザー。
私たちは、「本当にハイリスク/ハイリターンな何かをすることも、リスクは低くても面白くないことをすることもできる」と考えました。私たちは最初にリスクの高いことを試みました — ミツバチが霊長類や鳥類と同じレベルでゼロを理解できるかどうか.
たとえば、ほとんどの動物は、目の前に「食べ物がある」か「食べ物がない」かを知っています。ミツバチはゼロについて、この基本的な理解以上のものを本当に持っているのでしょうか?
ミツバチは、数値の連続体の中にゼロを置くことができます。彼らは、0 が 1 未満であること、2 未満であること、3 未満であることを知っています。また、0 が「1 未満」よりも「6 未満」であることも知っています。
多くの動物は、ゼロで困難を抱えています。数字の 1 は、彼らが今まで見た中で最も低い数字だったかもしれません。その実験から、ゼロが正の整数よりも小さいことを知っているという肯定的な結果が得られたとき、それを見るのは本当にエキサイティングでした.
もちろん、ミツバチごとに異なる学習プロセスがあります。最初からうまくいく人もいます。いくつかは本当にかなり悪いです。彼らが物事をますます正しく理解し始めるこの瞬間を目にします。あまり擬人化したくはありませんが、彼らがどのように学習するかを見るのは本当に素晴らしいことです。
ちょっと待って — ミツバチの中には他のミツバチよりも数学が得意なミツバチがいますか?
実際に数値化しました。私たちのチームには、ミツバチの数的能力に取り組んでいる理論物理学者がいます。彼は私の結果に対してベイジアン分析を実行しました。私たちは、「OK、ミツバチは算数のタスクがあまり得意ではない状態から、この特定の時点で理解できるようになる」と言える瞬間を見つけたいと考えていました。しかし、個人間に一貫性は見られませんでした。個々のミツバチが非常に悪い結果から非常に良い結果に切り替わる瞬間は、各ミツバチの異なる段階で発生しました.
つまり、人と同じように。では、他のつながりはありますか？ミツバチの数的能力を理解することで、人間の数的能力についての洞察が得られるでしょうか?
人間とミツバチは、6 億年以上の進化によって分離されています。両方の種が同様の数的作業を行うことができれば、数的能力の進化についての洞察が得られるかもしれません.この進化は分岐ですか？収束？パラレル?
動物の数的能力については大きな議論があります。一方は、数的認知 (足し算、引き算、掛け算、割り算などの複雑なタスク) は、言語と文化、特に物事を書き留めて話す人間の能力のおかげでのみ可能であると主張しています。反対側は、動物は進化的に数値情報を処理する必要があると主張しています。
私たちの仕事は、2 番目の引数をサポートします。足し算と引き算を行い、「より大きい」と「より小さい」を学習する昆虫を見ています。科学者は、多くの異なる種にわたって数的能力を観察してきました。これらの能力は、進化的に古いものであり、共通の祖先でずっと前に発生したものです。私の仮説は、ミツバチやその他の動物は、文化や言語がなくても数値情報を処理できるというものです。これは、時間の経過とともに持続するニーズがあるためです.
どのようなニーズがありますか?ミツバチはなぜこれらの数的スキルから恩恵を受けるのでしょうか?
私たちはこの問題に取り組んでいます。私たちは、数の識別と数の感覚が彼らの採餌活動にどのように役立つかを確認しようとしています.おそらく、数字は、どの花のパッチがより有益であるかを決定するのに役立ちます。彼らは花の量を気にします。目印を数えることができれば、彼らの巣とリソースのある場所との間のナビゲーションに非常に役立つ可能性があります.ミツバチが花弁の数を使用して花の種を区別していることを示唆する古い論文もあります.
この研究は、私たちがこれまで行ってきたものとは異なります。なぜなら、ミツバチが行う仕事は、自然環境において生態学的に関連している必要があるからです。砂糖を受け取るための [おそらく無関係な] タスクを学習するプレッシャーなしに数字を処理したい、または処理する必要がある場合、トレーニングがない場合に彼らがどのように選択を行うかを調べたい.それはむしろ、「彼らは自分たちで何をするか?」という問題です。
では、数の感覚が言語や文化を本当に超えるというあなたの言い分が正しければ、それは私たち自身の数の理解にとって何を意味するのでしょうか?
私たちはその影響について尋ね始めたばかりです。それでも、私のチームは教育雑誌に論文が受理されたばかりです。私たちの論文は、ミツバチを訓練して数的能力を発達させる方法が、人間の学習だけでなく、人工知能と設計にも影響を与えることを示唆しています。しかし、間違った答えのために子供に苦味のある物質を与えることはお勧めしません!
私たちの考えでは、ミツバチの脳に基づいてコンピューター モデルを作成できると考えています。ミツバチの脳は、1000 億を超えるニューロンがある私たちのニューロンと比較して、100 万未満のニューロンで構成されています。彼らは非常に小さな処理システムでこれらの非常に複雑なタスクを実行することができ、エネルギー消費の邪魔にならない - 砂糖水の滴.彼らがいかに効率的に学習するかを解明できれば、それをコンピューター学習に応用できるかもしれません。私たちのコンピューターは多くのエネルギーを消費するため、ミツバチがどのように学習し、複雑なタスクを実行するかを調べることで、コンピューティング ソリューションの効率を改善できる可能性があります。
高等数学はどうですか?ミツバチは負の数や掛け算や割り算などの演算を理解できますか?
これらの概念のいくつかを検討する予定です。 「この数を半分に割る」などの割り算をしてみたいです。結果を切り上げるか切り下げるかを調べることができます。一貫性はありますか、それともランダムですか?
チーム内では負の数について多くの議論がありましたが、詳細を突き止めることはできませんでした.課題があります。負の数を表すことができる刺激は?ミツバチがそれをネガティブと見なすようにするにはどうすればよいですか?
昆虫の場合、質問が正しい方法で行われたことを確認するために多くの作業が行われます。彼らに人間のテストを与えることはできません。彼らには正しい動機が必要です。答えられるようにするには、質問を理解する必要があります。
それで、もうミツバチが怖くないと言っても過言ではありませんか?
家に虫がいても、殺しません。外に出るようにしています。私の仕事の本当に特別な部分は、ミツバチについて一般の人々、見知らぬ人、友人、すべての人に話すことです.メルボルンのフリンダース・ストリート駅やノートルダムの屋上などでミツバチの話を耳にします。家族や友人が私のところに来て、「先日ミツバチを見た！」と言います。または「ハチが飛んでいるのを見た！」または「今、私の庭にミツバチがいます！」私は「それは素晴らしいです！」と答えます。ミツバチを見るのは普通のことですが、彼らはそれについて私に話したいと思っています.
