迷人的图形：听说蜜蜂不仅会数学，还挺厉害？ _图形

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转自：沙发科学
作者：Scarlett Howard 皇家墨尔本理工大学博士候选人, Adrian Dyer 皇家墨尔本理工大学副教授, Jair Garcia 皇家墨尔本理工大学研究员
翻译：獭哥, 校对：尹涛
最近发表在《Science Advances》杂志上的一项新研究显示：小小的蜜蜂竟然可以使用符号来进行基本的数学运算，包括加法和减法。

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蜜蜂的大脑十分微小 - 但他们可以学习基本的算术
尽管蜜蜂只拥有不到一百万个神经元的大脑，最近的研究却表明蜜蜂可以解决复杂的问题——比如理解零概念。
蜜蜂一直是探索神经科学问题的高价值模型。在我们的最新研究中，我们决定测试他们是否可以学习进行简单的算术运算，比如加法和减法。
加法和减法运算【迷人的图形：听说蜜蜂不仅会数学，还挺厉害？】当我们还是孩子的时候，我们就知道加号（+）表示我们必须添加更多的数量，而减号（- ）表示我们必须减去一些数量。
为了解决这些问题，我们必须要有长期和短期记忆。在进行运算时我们使用工作（短期）记忆（work memory）来管理数值，在记忆那些加减法则的时候我们会用到长期记忆（long-term memory）。
尽管加法和减法等运算的能力并不简单，但它在人类社会中至关重要。有证据显示，在公元前2000年埃及人和巴比伦人已经在使用算术了，比如说，当他们卖掉了一些家畜的时候，他们会用算术来统计家畜的新数量。

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这个场景描绘了家畜的数量（由埃及学家Lepsius复制）。图片来源：Wikimedia commo
但算术思维的发展是否需要一个像灵长类大脑那样大尺寸的大脑呢，其他动物是否也面临类似的问题，从而使他们也能够进行算术运算呢？于是我们用蜜蜂做实验，探索了这个问题。
如何训练蜜蜂蜜蜂是中心觅食者 - 这意味着如果某个地方能够提供良好的食物来源，觅食中的蜜蜂就会返回这个地方。
我们在实验期间为蜜蜂提供高浓度的糖水，因此个体蜜蜂（所有雌性）就持续不断地回到实验中为蜂巢收集营养。

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在我们的设置中，当蜜蜂选择了正确的的数字（见下文）时，她会获得糖水奖励。如果她做出了错误的选择，她就会收到一种苦味的奎宁水。
我们使用这种方法在四到七个小时内教蜜蜂学习加法或减法。每次蜜蜂吸满了糖水，她就回到蜂巢，然后再继续回到实验的地方学习。

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蜜蜂的加法和减法我们让蜜蜂在一个Y形的迷宫形装置里进行单独训练。
蜜蜂飞到Y型迷宫的入口处，先观察迷宫门口由一到五个形状组成的一系列元素，这些形状可能是方形或者其他形状。这些元素有两种颜色，要么是蓝色的，要么是黄色的，蓝色意味着蜜蜂必须进行加法运算（+1）。如果是黄色，蜜蜂就要进行减法运算（-1）。
不管任务是加法还是减法，迷宫都是一侧设置为正确答案，另一侧设置为不正确答案。在整个实验过程中，正确答案位于哪一侧会随机决定，因此蜜蜂不会只学会飞向Y型迷宫的某一侧。
在观察完初始数字之后，每只蜜蜂将通过一个洞进入迷宫，在那里她可以根据自己受到的训练来选择飞到Y型迷宫的左侧或右侧。

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用于训练蜜蜂的Y迷宫装置，（A）减法和（B）加法 Scarlett Howard
在实验开始时，蜜蜂会做出随机选择，直到他们能够找到解决问题的方法。最终，在超过100次学习之后，蜜蜂终于明白蓝色意味着+1，而黄色意味着-1 。然后，蜜蜂就可以将规则应用于新数字。
在使用新数字进行测试的时候，对于一种元素的加减法，受过训练的蜜蜂在64-72％的时间里都是对的。如果蜜蜂是被随机选择的，那么他们在测试中的表现就会与我们的预期明显不同，我们称之为机会水平表现（50％正确/不正确）。
因此，我们在 “蜜蜂学校”的Y迷宫中的是允许蜜蜂学习如何使用算术运算符来进行加或减。