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蜜蜂的大脑不到0.5克,却是唯一能分辨奇偶数的非人类动物

在人类幼崽刚接触数学的时候,他们能够很快学会用多种方法将一个数字归类奇数或偶数。有一条最简单的规则:以1、3、5、7或9结尾的数字是奇数,而以0、2、4、6或8结尾的数字是偶数。或者我们可以把一个自然数除以2,如果能除尽,那么它就是偶数,否则它一定奇数。

此前,奇偶分类,从未在非人类动物中出现过。然而最近发表在《生态学与进化前沿》(Ecology and Evolution)杂志上的一项新研究表明,蜜蜂可以学会这样做。

如奇偶分类在人类中被认为是抽象的高级数字概念。有趣的是,人类在将数字归类为奇数或偶数时在准确性、速度、语言和空间关系上都表现出了偏见。例如,我们倾向于用右手做动作对偶数做出更快的反应,用左手做动作对奇数做出更快的反应。

与奇数相比,我们将数字归类为偶数的速度更快,也更准确。研究发现,孩子们通常会把“偶数”和“右”联系起来,“奇数”和“左”联系起来。很多研究表明,人类可能已经学会了关于奇数和偶数的偏见(或先天偏见),这些偏见可能是通过进化、文化传播或两者的结合而产生的。关于这些偏见的起源科学家们尚不清楚,但了解其他动物是否以及如何识别(或如何学习识别)奇数和偶数可以告诉我们更多关于我们自己的奇偶历史。

训练蜜蜂学习奇数和偶数

此前有研究表明,蜜蜂可以学会对数量进行排序,执行简单的加法和减法,将符号与数量匹配,并将大小和数字概念联系起来。

在这项研究中,为了教蜜蜂识别奇数和偶数,研究人员将蜜蜂个体分成两组。其中一人组被训练将偶数与糖水联系起来,将奇数与苦味液体(奎宁)联系起来。另一组则相反,被训练将奇数与糖水联系起来,将偶数与奎宁联系起来。

研究人员使用奇数和偶数的比较(卡片呈现1-10个打印形状)训练单个蜜蜂,直到它们以80%的准确率选择正确答案。值得注意的是,各小组的学习速度不同,经过训练将奇数与糖水联系起来的蜜蜂学得更快,它们对奇数的学习偏见与人类相反,人类对偶数的分类速度更快。

让人有点惊讶的是,研究人员测试每只蜜蜂在训练期间没有显示超过10的新数字,但它们们能够将11或12个元素的新数字归类为奇数或偶数,准确率高达70%。研究结果表明,蜜蜂不到0.5克的微型大脑能够理解奇数和偶数的概念。因此,一个由860亿个神经元组成的庞大而复杂的人类大脑,和一个由约96万个神经元组成的微型昆虫大脑,都可以根据奇偶性对数字进行分类。这是否意味着奇偶分类没有我们之前想象的那么复杂?为了找到答案,研究人员求助于生物技术。

蜜蜂的大脑结构

创建一个简单的人工神经网络

人工神经网络是最早为机器学习开发的学习算法之一,受生物神经元的启发,这些网络具有可扩展性,可以使用命题逻辑处理复杂的识别和分类任务。

研究人员构建了一个只有五个神经元的简单人工神经网络来进行奇偶校验。在校验过程中,他们给出了0到40个脉冲之间的网络信号,它将其归类为奇数或偶数。尽管它很简单,但神经网络正确地将脉冲数分类为奇数或偶数,准确率为100%。

这表明,原则上,奇偶分类不需要像人类这样庞大而复杂的大脑。然而,这并不一定意味着蜜蜂和简单的神经网络使用相同的机制来解决这项任务。

简单还是复杂?

研究人员还不知道蜜蜂是如何完成奇偶分类的。蜜蜂在进行奇偶分类的时候,可能包括简单或复杂的过程。例如,蜜蜂可能能够进行如下的过程:

①配对元素以查找未配对的元素;

②进行除法计算,尽管之前蜜蜂还没有证明会使用除法;

③对每个元素进行计数,然后对总量应用奇偶分类规则。

通过教其他动物物种区分奇数和偶数,以及执行其他抽象数学,我们可以了解更多关于数学和抽象思维是如何在人类中产生的。这项研究还引出了更多的问题:使用数学是智力的必然结果吗?还是数学与人脑有某种联系?人类和其他动物之间的差异,是否比我们之前认为的要小?从各种大脑结构简单的动物身上,或许能够找到解答这些谜题的有用线索。

来源:寰宇科学新观察