Apakah lebah bisa berhitung? Apa kata sains?

informasi hewan » Serangga » Apakah lebah bisa berhitung? Apa kata sains?

Gagasan bahwa serangga kecil dapat melakukan perhitungan matematika terdengar, setidaknya, aneh. Namun, dalam beberapa tahun terakhir, beberapa tim peneliti telah menunjukkan bahwa lebah madu mampu melakukannya. konsep numerik yang mengejutkanMulai dari menghitung jumlah kecil hingga memahami arti angka nol atau membedakan apakah suatu kelompok unsur bersifat genap atau ganjil. Semua ini dengan otak yang beratnya kurang dari satu miligram.

Jauh dari sekadar anekdot, penemuan-penemuan ini mengubah cara para ilmuwan memahami kecerdasan hewan. Eksperimen yang dilakukan di universitas-universitas di Jerman, Australia, Italia, dan Prancis menunjukkan bahwa lebah dapat menerapkan aturan matematika abstrakMereka melampaui isyarat visual dasar dan mempelajari aturan yang kemudian mereka terapkan pada situasi baru. Dan, dengan melakukan itu, mereka menginspirasi ide-ide baru di bidang kecerdasan buatan.

Kehebatan pikiran numerik lebah

Selama beberapa dekade, kemampuan serangga untuk memecahkan tugas-tugas kompleks dipandang dengan skeptisisme yang cukup besar. Banyak ahli saraf percaya bahwa, dengan jumlah neuron yang sangat sedikit, hewan-hewan ini hanya dapat merespons melalui refleks sederhana dan asosiasi dasarNamun, penelitian-penelitian terbaru secara bertahap telah membongkar pandangan yang sangat terbatas ini.

Dalam kasus khusus lebah madu (Apis mellifera), termasuk varian seperti lebah AfrikaBeberapa kelompok penelitian telah menunjukkan bahwa serangga-serangga ini tidak hanya membentuk peta mental lingkungan mereka atau mengenali bunga, tetapi juga mampu mengatasi berbagai tantangan. masalah numerik yang kita anggap "manusiawi": menghitung hingga jumlah tertentu, memilih himpunan terkecil, membedakan hingga empat objek, dan bahkan menangani gagasan tentang ketiadaan.

Kontribusi penting terhadap pergeseran perspektif ini datang dari Universitas Monash di Australia, di mana sebuah tim yang dipimpin oleh peneliti Scarlett Howard merancang serangkaian eksperimen untuk menguji apakah otak kecil lebah dapat beroperasi dengan konsep matematika dasarUntuk melakukan ini, mereka melatih serangga-serangga ini untuk memilih di antara berbagai jumlah angka, dan menawarkan hadiah manis ketika pilihan mereka benar.

Apa yang mereka temukan adalah bahwa, meskipun memiliki kurang dari satu juta neuron, lebah mampu memproses informasi visual yang kompleks dan, terlebih lagi, menerapkan aturan abstrak pada apa yang mereka lihat. Dengan kata lain, mereka tidak hanya bereaksi terhadap rangsangan; mereka tampaknya membangun semacam “aturan numerik internal” yang memandu keputusan mereka.

Otak kecil yang mampu menangani angka nol.

Salah satu temuan paling mencolok dari penelitian ini adalah menunjukkan bahwa lebah dapat memahami konsep nol, sesuatu yang secara historis sulit bahkan bagi masyarakat manusia. Tim Scarlett Howard menyertakan kondisi yang sangat rumit dalam pengujian mereka: sebuah permukaan benar-benar kosong, tanpa objek apa pun., yang mewakili ketiadaan unsur secara total.

Dalam percobaan utama, lebah mempelajari aturan yang sangat sederhana: mereka selalu harus memilih opsi dengan bentuk geometris paling sedikit untuk menerima hadiah makanan. Melalui percobaan berulang dengan hadiah manis dan hukuman pahit, lebah akhirnya mengikuti aturan ini. Aturan "Pilih yang terkecil" dengan akurasi yang cukup tinggi.

Momen kuncinya terjadi kemudian. Dalam fase pengujian, para peneliti untuk pertama kalinya menyajikan kepada lebah sebuah nampan yang benar-benar kosong dibandingkan dengan nampan yang berisi antara satu hingga enam benda. Lebah yang telah dilatih untuk memilih jumlah benda yang lebih sedikit mulai secara spontan bergerak menuju nampan kosong. nampan tanpa isiseolah-olah mereka mengerti bahwa "tidak ada" lebih kecil dari "satu, dua, atau tiga".

Untuk lebih menyempurnakan hasilnya, tim melakukan percobaan kontrol. Mereka ingin memastikan bahwa lebah tidak hanya dipandu oleh detail visual yang sangat mendasar, seperti jumlah tinta atau kompleksitas gambar. Permukaan kosong, yang tidak memiliki bentuk atau frekuensi spasial yang sebanding, memungkinkan mereka untuk mengesampingkan faktor-faktor ini. isyarat persepsi tingkat rendahMeskipun demikian, lebah-lebah itu tetap memilih opsi yang kosong, sesuai dengan aturan yang telah dipelajari.

Menariknya, ketika nampan kosong bersaing dengan nampan lain yang hanya berisi sedikit benda, tugas tersebut menjadi lebih sulit bagi lebah. Dalam kasus ini, waktu yang mereka butuhkan untuk mengambil keputusan meningkat, begitu pula jumlah kesalahan. Ini menunjukkan bahwa, meskipun mereka dapat memahami konsep nol, perbedaan antara "hampir tidak ada" dan "tidak ada" merupakan tantangan bagi mereka. tantangan kognitif utama, sesuatu yang mirip dengan apa yang terjadi pada manusia ketika kita membandingkan kuantitas yang sangat berdekatan.

Aturan “pilih kuantitas terkecil” dan cakupannya

Salah satu aspek paling menarik dari karya Howard dan rekan-rekannya adalah bagaimana lebah-lebah itu dilatih. Mereka menggunakan metode pembelajaran hadiah dan hukuman: lebah yang memilih opsi dengan elemen yang lebih sedikit secara benar menerima larutan gula, sementara lebah yang melakukan kesalahan akan menghadapi... kina yang rasanya pahitHanya dalam beberapa sesi, banyak lebah mencapai tingkat keberhasilan mendekati 80%.

Dalam percobaan kontrol yang disebutkan di atas, lebah yang dilatih dengan aturan "pilih jumlah terkecil" akhirnya memilih stimulus kosong meskipun stimulus tersebut tidak disajikan selama fase pembelajaran. Artinya, mereka mengekstrapolasi aturan tersebut ke suatu kondisi tertentu. situasi baru dan lebih abstrak yang sebelumnya belum pernah mereka alami.

Poin ini sangat penting dari perspektif ilmu saraf. Jika perilaku lebah semata-mata disebabkan oleh otomatisasi visual sederhana—misalnya, bergerak menuju gambar dengan lebih sedikit "bintik"—maka akan sangat mudah bagi Baki kosong merusak pola.Namun, cara mereka merespons lebih sesuai dengan gagasan bahwa secara internal mereka menerapkan aturan numerik umum seperti "semakin sedikit, semakin baik".

Para penulis studi tersebut menekankan bahwa hal ini berbeda dari penjelasan klasik yang didasarkan pada asosiasi mekanis. Keputusan lebah tampaknya dipandu oleh semacam penalaran numerik abstrak, di mana mereka secara fleksibel menangani informasi yang mereka terima berdasarkan aturan yang telah dipelajari.

Karya ini merupakan bagian dari rangkaian penelitian yang mempertanyakan obsesi untuk mengukur kecerdasan semata-mata menggunakan kriteria manusia. Howard meringkasnya dengan menunjukkan bahwa sangat penting untuk menghindari bias antroposentris Saat mempelajari pikiran hewan: manusia mempersepsikan dan mengalami dunia dengan cara yang sangat berbeda dari makhluk hidup lainnya, sehingga berpura-pura bahwa semua orang berpikir "seperti kita" dapat menyebabkan salah tafsir terhadap perilaku yang kompleks.

Kritik, kolaborasi, dan perubahan perspektif

Untuk waktu yang lama, beberapa spesialis skeptis terhadap hasil semacam ini, dengan alasan bahwa perilaku numerik yang diamati pada hewan dapat dijelaskan oleh asosiasi sensorik sederhana. Namun, penelitian terbaru tentang lebah telah membantah kritik-kritik ini dengan desain eksperimental yang semakin disempurnakan.

Dalam studi tentang angka nol, misalnya, ahli saraf Mirko Zanon, dari Universitas Trento, turut berpartisipasi. Kontribusinya membantu menyoroti bahwa banyak keberatan menghilang ketika seseorang mempertimbangkan biologi khusus lebah: bagaimana mereka melihat dunia, bagaimana mereka memproses informasi visual, dan bagaimana sistem saraf mereka memanfaatkan sumber daya yang sangat terbatas secara maksimal.

Para penulis menekankan bahwa perilaku yang diamati tidak sesuai dengan pengulangan mekanis sederhana. Lebah tidak hanya mengingat gambar tertentu, tetapi secara fleksibel menerapkan aturan numerik pada berbagai kombinasi bentuk dan kuantitas. Cara merespons ini menunjukkan strategi kognitif yang lebih canggih dari apa yang diharapkan dari seekor invertebrata.

Semua ini telah memaksa dilakukannya peninjauan ulang terhadap prasangka yang sudah mengakar kuat tentang hubungan antara ukuran otak dan kecerdasan. Fakta bahwa serangga dengan kurang dari satu juta neuron mampu memahami konsep seperti nol menimbulkan pertanyaan apakah kecerdasan benar-benar satu-satunya faktor yang memengaruhi ukuran otak. efisiensi dan organisasi jaringan saraf Faktor-faktor tersebut bisa jadi sama pentingnya—atau bahkan lebih penting—daripada sekadar jumlah total neuron.

Secara lebih luas, studi-studi ini menunjukkan bahwa perilaku yang tampaknya sederhana, seperti memilih bunga yang paling sesuai atau mengorientasikan diri di lanskap, dapat didukung oleh mekanisme kognitif yang kompleks secara evolusionerMenghitung, membandingkan kuantitas, atau mengenali pola angka dapat memberikan keuntungan yang jelas dalam hal mencari makanan dan bertahan dari ancaman seperti... virus sayap cacat.

Lebah juga membedakan kuantitas dan mengetahui "hingga empat".

Sebelum penelitian tentang angka nol, sudah diketahui bahwa lebah memiliki kemampuan berhitung. Sebuah tim ilmuwan dari Universitas Würzburg, Jerman, melakukan eksperimen panjang—berlangsung selama dua tahun—untuk menilai sejauh mana serangga ini mampu berhitung. membedakan dan menghitung objek.

Dalam kasus ini, lebah di dalam sarang harus secara sistematis terbang melalui tabung metakrilat dengan beberapa pintu keluar. Berbagai set objek—misalnya, lingkaran, segitiga, atau bentuk lainnya—dilukis di pintu masuk dan di setiap pintu keluar yang memungkinkan sehingga lebah dapat menggunakan informasi ini untuk menemukan jalan mereka. jalan yang menuju ke makanan.

Lebah-lebah itu dengan cepat belajar bahwa jika mereka melihat tiga sosok di pintu masuk tabung, mereka harus mencari jalan keluar, yang juga memiliki tiga sosok, terlepas dari objek pastinya. Yang penting bagi mereka adalah jumlah elemen, bukan bentuknyaBahkan ketika tipe objeknya benar-benar baru, mereka tetap mampu mencocokkan jumlah itemnya.

Berkat eksperimen ini, para ilmuwan dapat menentukan bahwa lebah memiliki kemampuan menghitung fungsional hingga sekitar empat item. Dalam kisaran tersebut, perilaku mereka sebanding dengan perilaku vertebrata lain, seperti simpanse, dalam hal membedakan jumlah kecil tanpa perlu menghitung satu per satu seperti yang dilakukan orang dewasa.

Jenis penghitungan cepat ini—yang pada manusia dikenal sebagai "subitisasi," kemampuan untuk melihat sekilas apakah ada satu, dua, tiga, atau empat objek—tampaknya juga ada pada lebah. Dari situ, akurasi mereka menurun, yang sesuai dengan gagasan tentang sistem bilangan perkiraan Berguna untuk tugas-tugas ramah lingkungan sehari-hari.

Menghitung lebah: dari “ada berapa banyak” hingga “tidak ada satu pun”

Penelitian Howard tentang angka nol menetapkan standar baru dalam bidang pekerjaan ini. Dalam presentasi di Portugal, ahli biologi tersebut menjelaskan bagaimana, melalui pelatihan dengan imbalan manis dan hukuman pahit, timnya berhasil membuat berbagai kasta lebah—ratu, pekerja, dan pejantan—belajar untuk Identifikasi tempat dengan jumlah objek paling sedikit..

Aturan permainannya sederhana: lebah yang berhasil memilih platform dengan jumlah figur paling sedikit akan menerima hadiah berupa gula, sedangkan yang gagal akan mendapatkan kina yang tidak enak. Setelah masa pelatihan, lebah-lebah tersebut mencapai tingkat akurasi sekitar 80% dalam pilihan mereka. nampan dengan jumlah barang paling sedikit.

Kejutan terjadi ketika mereka diberi pilihan antara nampan berisi satu hingga enam benda dan nampan lain yang benar-benar kosong. Tanpa dilatih secara khusus untuk situasi tersebut, banyak lebah pergi ke nampan yang kosong. nampan kosongyang menyiratkan bahwa mereka menganggap ketiadaan unsur sebagai kuantitas yang bahkan lebih kecil daripada satu, dua, atau tiga.

Perilaku ini menunjukkan bahwa lebah tidak hanya dapat memperkirakan berapa banyak objek yang ada, tetapi juga cukup andal mendeteksi di mana tidak ada objek. Meskipun tugas menjadi agak lebih sulit ketika nampan lain hanya memiliki sedikit objek, fakta bahwa mereka sering pergi ke pilihan yang kosong memperkuat gagasan bahwa mereka mampu melakukan hal tersebut. hitung mundur “sampai nol” dalam hal fungsi.

Sekali lagi, bukan berarti lebah memiliki "nol" yang tertulis dalam pikiran mereka seperti yang kita manusia pahami, tetapi perilaku mereka sesuai dengan sistem yang mengatur kuantitas, termasuk situasi "tidak ada elemen" ketika prinsip skalaItu sudah merupakan lompatan yang sangat luar biasa untuk otak sekecil itu.

Genap dan ganjil: lebah yang memahami paritas

Studi menarik lainnya tentang kemampuan matematika lebah dilakukan oleh tim dari Australia dan Prancis, yang juga dipimpin oleh Scarlett R. Howard, kali ini bekerja sama dengan Pusat Ekologi Integratif di Universitas Deakin (Burwood, Australia). Tujuannya adalah untuk menguji apakah serangga ini dapat membedakan antara bilangan genap dan ganjil, sebuah tugas klasifikasi numerik yang, pada manusia, biasanya kita pelajari di masa kanak-kanak.

Sampai saat itu, kategorisasi paritas—yaitu, menentukan apakah suatu angka atau himpunan objek genap atau ganjil—belum pernah dipelajari pada spesies selain manusia. Ini mungkin karena tidak ada yang berpikir bahwa hal itu dapat menghasilkan hasil yang menarik atau dapat diterapkan. Namun, lebah telah menunjukkan kemampuan numerik dasar, jadi tim ini mulai menyelidikinya. melangkah lebih jauh.

Dalam percobaan tersebut, lebah individu dilatih menggunakan kartu dengan satu hingga sepuluh elemen geometris. Serangga-serangga tersebut dibagi menjadi dua kelompok: pada satu kelompok, lebah belajar bahwa angka genap disertai dengan angka dua. hadiah air gula dan yang ganjil berupa larutan kina pahit; pada kelompok lain, hubungan ini terbalik (ganjil bernilai positif, genap bernilai negatif).

Pelatihan dilanjutkan hingga lebah di setiap kelompok mencapai akurasi sekitar 80% dalam memilih kartu yang benar sesuai dengan aturan paritas yang ditetapkan. Ambang batas kinerja ini menunjukkan bahwa mereka mampu belajar secara konsisten Apakah "baik" dikaitkan dengan angka genap atau ganjil, hanya berdasarkan pengamatan terhadap kumpulan titik atau angka.

Setelah mereka menguasai fase ini, segalanya menjadi menarik: mereka diuji dengan angka-angka baru yang belum pernah mereka temui selama pelatihan, khususnya rangkaian 11 dan 12 elemen. Meskipun kasus-kasus ini benar-benar baru bagi mereka, lebah-lebah itu berhasil. mengklasifikasikannya sebagai genap atau ganjil dengan tingkat akurasi sekitar 70%.

Bias, pembelajaran paritas, dan perbandingan dengan manusia

Para penulis studi tersebut sangat tertarik dengan tingkat pembelajaran yang ditunjukkan oleh kedua kelompok lebah. Mereka menemukan bahwa lebah yang dilatih untuk mengaitkan angka ganjil dengan hadiah gula mempelajari aturan tersebut dengan lebih mudah. lebih cepat daripada mereka yang berada di kelompok "pasangan positif".

Hasil ini menarik karena pada manusia, kebalikannya umumnya diamati: kita cenderung mengkategorikan angka genap lebih cepat daripada angka ganjil. Dalam kasus lebah, bias pembelajaran tampaknya terbalik, menunjukkan bahwa mereka mungkin memiliki “Intuisi numerik” yang berbeda dibandingkan dengan sistem kami, dan sistem pemrosesan kuantitas mereka tidak bekerja persis sama.

Bagaimanapun, fakta bahwa mereka mencapai kinerja yang jelas di atas peluang ketika menggeneralisasi aturan paritas ke angka baru (11 dan 12) mendukung gagasan bahwa otak mereka mampu untuk menangkap pola numerik abstrakMereka tidak hanya menghafal kasus-kasus spesifik, tetapi juga mengambil aturan umum yang kemudian mereka terapkan pada contoh-contoh yang belum pernah dilihat sebelumnya.

Hal ini menjadi semakin mengesankan ketika kita mempertimbangkan skala sistem saraf mereka. Otak manusia memiliki sekitar 86.000 miliar neuron, sedangkan otak lebah memiliki sekitar 960.000 miliar. Bahwa mereka dapat mengelola proses-proses ini dengan perbedaan sumber daya yang begitu besar sungguh menakjubkan. klasifikasi numerik yang sangat baik Hal ini memberikan gambaran yang baik tentang seberapa efisien evolusi dalam mengoptimalkan fungsi kognitif.

Sejalan dengan itu, temuan ini terhubung dengan penelitian sebelumnya yang menunjukkan bahwa lebah dapat mengenali wajah manusia, melakukan penjumlahan dan pengurangan sederhana, dan membuat keputusan kompleks tentang lingkungan mereka. Semuanya menunjukkan bahwa "perangkat" mental mereka jauh lebih kaya daripada yang diperkirakan sebelumnya, meskipun keterbatasan ukuran dan jumlah neuron.

Dari sarang ke laboratorium: mengapa lebah merupakan model yang ideal

Salah satu alasan mengapa lebah terus digunakan dalam jenis penelitian ini adalah karena lebah merupakan hewan yang relatif mudah dipelihara dan diamati di lingkungan laboratorium dan dalam inisiatif-inisiatif terkait. peternakan lebah yang berkelanjutan dan bertanggung jawabMereka memiliki kehidupan sosial yang sangat terorganisir, mudah diakses, dan memungkinkan eksperimen berulang dengan banyak individu, yang sangat penting untuk mendapatkan hasil yang optimal. hasil yang dapat diandalkan secara statistik.

Selain itu, perilaku alami mereka sudah melibatkan serangkaian tugas kognitif yang cukup canggih: mereka harus mengingat lokasi bunga, membandingkan kualitas berbagai sumber nektar dan serbuk sari, dan berkomunikasi dengan lebah pekerja lainnya menggunakan bahasa yang terkenal. “tarian lebah” dan beradaptasi dengan perubahan lingkungan. Semua ini menjadikan mereka kandidat ideal untuk mempelajari bagaimana otak kecil memecahkan masalah kompleks.

Dari perspektif ekologis, telah dikemukakan bahwa kemampuan untuk menghitung kelopak atau struktur bunga dapat membantu lebah memilih bunga yang paling bergizi atau paling mudah dimanfaatkan. Jika suatu spesies bunga biasanya menawarkan lebih banyak imbalan dalam kisaran jumlah kelopak atau benang sari tertentu, lebah yang mampu perkirakan jumlah tersebut Hal ini akan memberi mereka sedikit keuntungan dalam hal mengoptimalkan pekerjaan panen mereka.

Telah pula dikemukakan bahwa gagasan mereka tentang "kuantitas" dapat memengaruhi cara mereka menilai jumlah teman yang mengunjungi sumber makanan yang sama, atau bagaimana mereka menghitung apakah layak untuk terus memanfaatkan bunga tertentu. Secara keseluruhan, kemampuan numerik ini berkontribusi pada peningkatan efisiensi dalam kehidupan sehari-hari sarang lebahyang membantu menjelaskan mengapa evolusi lebih menyukai mereka.

Terakhir, dari sudut pandang metodologis, lebah memungkinkan kita untuk merancang tugas terkontrol di mana mereka dihadapkan dengan variasi bentuk, kuantitas, dan imbalan yang sangat tepat. Hal ini memudahkan untuk mengisolasi isyarat perseptual mana yang mereka gunakan dan, sedikit demi sedikit, menyingkirkan penjelasan sederhana untuk sampai pada penjelasan yang paling akurat. kemampuan kognitif mendasar yang sebenarnya.

Apa yang diajarkan lebah kepada kecerdasan buatan?

Temuan tentang kemampuan matematika lebah tidak hanya membantu kita lebih memahami kecerdasan hewan; temuan ini juga menginspirasi ide-ide baru di bidang kecerdasan buatan dan pembelajaran mesin. Tim Scarlett Howard sendiri melangkah lebih jauh dan merancang sebuah jaringan saraf tiruan yang sangat sederhana untuk melihat apakah sistem tersebut mampu mereproduksi tugas paritas.

Jaringan ini hanya terdiri dari lima neuron, jumlah yang sangat kecil dibandingkan dengan jutaan neuron dalam seekor lebah. Terlepas dari kesederhanaannya yang ekstrem, sistem ini mampu mengklasifikasikan urutan pulsa—antara 0 dan 40—sebagai genap atau ganjil dengan benar. Akurasi 100%Artinya, tanpa membuat kesalahan dalam rangkaian tugas paritas.

Hasil ini menunjukkan bahwa, setidaknya secara prinsip, kategorisasi paritas tidak memerlukan otak yang besar atau jaringan saraf tiruan yang sangat besar untuk diselesaikan. Seperangkat unit yang sangat kecil, yang diorganisasikan dengan tepat, dapat menangani tugas ini tanpa masalah besar, yang sesuai dengan gagasan bahwa Efisiensi sama pentingnya dengan skala. dalam sistem cerdas.

Namun, para penulis sendiri memperingatkan bahwa ini tidak berarti bahwa lebah dan jaringan saraf menggunakan mekanisme yang persis sama untuk memecahkan masalah tersebut. Bahkan, mereka mengakui bahwa masih belum diketahui secara detail proses kognitif apa yang digunakan lebah untuk memisahkan bilangan genap dari bilangan ganjil. Yang jelas adalah bahwa metode mereka berfungsi sebagai sumber inspirasi untuk mendesain algoritma yang lebih ringan dan efisien di bidang AI.

Jaringan saraf tiruan didasarkan pada ide yang sangat umum yang diambil dari neuron biologis, dan penelitian ini menunjukkan bahwa ada baiknya untuk mengamati secara saksama otak yang kecil namun sangat efisien, seperti otak lebah, untuk menemukan strategi perhitungan ringkas yang dapat ditransfer ke teknologi.

Secara keseluruhan, kombinasi eksperimen dengan lebah—dari penghitungan dasar hingga penanganan angka nol atau paritas—dan model kecerdasan buatan minimalis membuka bidang penelitian di mana batasan antara biologi dan komputasi semakin kabur. hal itu menjadi sangat menyebar dan subur..

Seluruh rangkaian penelitian ini melukiskan gambaran di mana lebah berhenti menjadi sekadar serangga pekerja dan penyerbuk yang penting, melainkan menjadi "otak model" kecil yang memaksa kita untuk memikirkan kembali apa yang kita pahami tentang kecerdasan, bagaimana pemikiran dapat diorganisasikan dengan sumber daya saraf yang sangat terbatas, dan bagaimana mekanisme alami ini dapat membantu kita dalam merancang. teknologi yang lebih efisien dan cerdas.

Artikel terkait:

Inisiatif dan pelatihan mempromosikan pemeliharaan lebah yang berkelanjutan dan bertanggung jawab