请问能否统计一下蜂巢中所有蜂房的数量？ 来自 www.shutterstock.com
一项发表在今天期刊上的新研究表明，不起眼的蜜蜂能够利用符号进行基本的数学运算，包括加法和减法。 科学进展.
蜜蜂的大脑很小，但它们可以学习基本的算术运算。
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尽管蜜蜂的大脑神经元数量不足一百万，但它最近的研究表明，它能够处理复杂的问题——例如…… 理解零的概念.
蜜蜂是探索神经科学问题的一种极具价值的模型。在我们最新的研究中，我们决定测试它们是否能够学习进行简单的算术运算，例如加法和减法。
加法和减法运算
孩提时代，我们学会了加号（+）表示两个或多个量相加，减号（-）表示两个量相减。
为了解决这些问题，我们需要长期记忆和短期记忆。我们使用工作（短期）记忆来管理运算过程中的数值，并将加减运算规则存储在长期记忆中。
虽然进行加减运算等算术运算并不简单，但它在人类社会中至关重要。埃及人和巴比伦人就是如此。 展示运用算术的证据 大约在公元前 2000 年，这将非常有用——例如——统计牲畜数量，并在牛被出售时计算新的数量。
这幅图描绘的是清点牲畜的场景（由埃及学家莱普修斯临摹）。中间层左侧有835头带角的牛，它们身后约有220头牲畜，右侧有2,235只山羊。底部层左侧有760头驴，右侧有974只山羊。 维基共享资源, CC BY
但是，算术思维的发展是否需要灵长类动物拥有庞大的大脑？或者其他动物是否也面临类似的问题，从而使它们能够进行算术运算？我们以蜜蜂为例对此进行了探索。
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提供良好的食物来源，觅食蜂就会返回该地。
我们在实验中为蜜蜂提供高浓度的糖水，因此单个蜜蜂（均为雌性）会不断返回实验地点为蜂巢采集营养。
在我们的实验装置中，当蜜蜂选对数字（见下文）时，它会得到糖水奖励。如果选错，它会得到味道苦涩的奎宁溶液。
我们用这种方法训练蜜蜂个体，让它们在四到七个小时内学习加减运算。每次蜜蜂吃饱后，都会返回蜂巢，然后再回到实验中继续学习。
蜜蜂的加减法
蜜蜂经过单独训练，能够访问 Y 形迷宫装置。
蜜蜂会飞入Y形迷宫的入口，看到由一到五个形状组成的元素阵列。这些形状（例如：正方形，但实际实验中使用了多种形状）有两种颜色。蓝色表示蜜蜂需要进行加法运算（+1）。如果形状是黄色，则蜜蜂需要进行减法运算（-1）。
对于加一或减一的任务，一侧包含错误答案，另一侧包含正确答案。实验过程中，刺激物的位置随机变化，以避免蜜蜂养成只访问Y型迷宫一侧的习惯。
在看到初始数字后，每只蜜蜂都会飞过一个洞进入决策室，在那里它可以根据自己接受的训练，选择飞到 Y 形迷宫的左侧或右侧。
用于训练蜜蜂的Y型迷宫装置。 斯嘉丽·霍华德
实验开始时，蜜蜂随机选择，直到它们能弄明白如何解决问题。最终，经过100多次学习试验，蜜蜂学会了蓝色代表+1，黄色代表-1。之后，蜜蜂就能将这些规则应用到新的数字上。
在对一个新数字进行测试时，蜜蜂在加减一个元素时，正确率达到 64-72%。蜜蜂的测试表现与我们预期蜜蜂随机选择时的表现（即概率水平表现，正确率/错误率均为 50%）存在显著差异。
因此，我们在 Y 型迷宫中设立的“蜜蜂学校”让蜜蜂们学会了如何使用算术运算符进行加减运算。
为什么这对蜜蜂来说是一个复杂的问题？
加法和减法等数值运算是复杂的问题，因为它们需要…… 两级处理第一层级要求蜜蜂理解数值属性的价值。第二层级要求蜜蜂在工作记忆中对数值属性进行心理操作。
除了这两个过程之外，蜜蜂还必须在工作记忆中完成算术运算——需要加减的数字“1”并非视觉呈现。相反，“加一”或“减一”的概念对蜜蜂来说是一个抽象概念，需要在训练过程中逐步理解和掌握。
蜜蜂能够将简单的算术和符号学习结合起来，这一发现为拓展研究领域提供了许多方向，例如其他动物是否也能进行加减运算。
对人工智能和神经生物学的影响
人们对人工智能以及计算机如何实现对新问题的自主学习非常感兴趣。
我们的最新研究表明，即使是微型大脑也能学习符号算术运算符，从而实现加减运算。这提示我们，或许可以找到新的方法，将长期规则和工作记忆的相互作用融入到人工智能设计中，以提高其快速学习新问题的能力。
此外，我们的研究结果表明，许多人的大脑可能都能理解数学符号作为一种带有运算符的语言，这有助于解释为什么许多人类文化独立地发展出了计算能力。
关于作者
Scarlett Howard，博士候选人 皇家墨尔本理工大学；阿德里安·戴尔，副教授， 皇家墨尔本理工大学以及研究员贾伊尔·加西亚， 皇家墨尔本理工大学
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