今天发表在杂志上的新研究表明，不起眼的蜜蜂可以使用符号来执行基本数学，包括加法和减法科学进步。
尽管蜜蜂的大脑含有不到一百万个神经元，但蜜蜂最近表明它可以处理复杂的问题，例如理解零的概念。
蜜蜂是探索神经科学问题的高价值模型。在我们最新的研究中，我们决定测试他们是否能够学习执行简单的算术运算，例如加法和减法。
加法和减法运算
作为孩子，我们知道加号 (+) 意味着我们必须将两个或多个数量相加，而减号 (-) 意味着我们必须将数量相减。
为了解决这些问题，我们需要长期记忆和短期记忆。我们在执行运算时使用工作（短期）记忆来管理数值，并将加法或减法的规则存储在长期记忆中。
尽管执行加法和减法等算术的能力并不简单，但它在人类社会中至关重要。埃及人和巴比伦人展示使用算术的证据公元前 2000 年左右，这对于计算牲畜存栏量并在牛被出售时计算新的数字很有用。
但是算术思维的发展是否需要灵长类动物的大脑，或者其他动物是否也面临着类似的问题，使它们能够处理算术运算？我们利用蜜蜂对此进行了探索。
如何训练蜜蜂
蜜蜂是中心地点觅食者，这意味着如果某个地方提供良好的食物来源，觅食蜂就会返回该地点。
我们在实验过程中为蜜蜂提供高浓度的糖水，因此个体蜜蜂（均为雌性）不断返回实验，为蜂巢收集营养。
在我们的设置中，当蜜蜂选择正确的数字（见下文）时，她会收到糖水奖励。如果她做出了错误的选择，她将收到苦味的奎宁溶液。
我们使用这种方法在四到七个小时内教蜜蜂个体学习加法或减法任务。每次蜜蜂吃饱后，她都会回到蜂巢，然后回到实验中继续学习。
蜜蜂的加法和减法
蜜蜂被单独训练来参观 Y 形迷宫形状的装置。
蜜蜂会飞入 Y 迷宫的入口，并观察由一到五个形状组成的一系列元素。形状（例如：正方形，但实际实验中采用了许多形状选项）将是两种颜色之一。蓝色意味着蜜蜂必须执行加法运算（+ 1）。如果形状是黄色的，蜜蜂将必须执行减法运算（- 1）。
对于加或减一的任务，一侧将包含错误答案，另一侧将包含正确答案。在整个实验过程中，刺激的一侧是随机变化的，这样蜜蜂就不会学会只访问 Y 迷宫的一侧。
在查看初始数字后，每只蜜蜂都会通过一个洞飞入决策室，在那里它可以根据她所接受的操作选择飞到 Y 迷宫的左侧或右侧。
（斯嘉丽·霍华德饰演）
在实验开始时，蜜蜂会做出随机选择，直到它们找到解决问题的方法。最终，经过 100 多次学习试验，蜜蜂了解到蓝色代表 +1，黄色代表 -1。然后蜜蜂可以将规则应用到新的数字上。
在使用新数字进行测试时，蜜蜂在加减某个元素时的正确率是 64-72%。蜜蜂在测试中的表现与我们在蜜蜂随机选择时的预期显着不同，称为机会水平表现（50% 正确/错误）
因此，Y 型迷宫内的“蜜蜂学校”让蜜蜂能够学习如何使用算术运算符进行加法或减法。
为什么这对蜜蜂来说是一个复杂的问题？
加法和减法等数字运算是复杂的问题，因为它们需要两级处理。第一级要求蜜蜂理解数字属性的值。第二级要求蜜蜂在精神上操纵工作记忆中的数字属性。
除了这两个过程之外，蜜蜂还必须在工作记忆中执行算术运算——要加或减的数字“一”在视觉上并不存在。相反，加一或减“一”的想法是蜜蜂必须在训练过程中解决的抽象概念。
蜜蜂可以将简单的算术和符号学习结合起来，这已经确定了许多可以扩展的研究领域，例如其他动物是否可以加法和减法。
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能够自我学习新问题很感兴趣。
我们的新发现表明，通过微型大脑学习符号算术运算符以实现加法和减法是可能的。这表明可能有新的方法将长期规则和工作记忆的相互作用纳入设计中，以提高人工智能对新问题的快速学习。
此外，我们的研究结果表明，许多人的大脑都可以将数学符号理解为一种带有运算符的语言，这有助于解释有多少人类文化独立发展了计算技能。
斯嘉丽·霍华德, 博士研究生,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， 和贾尔·加西亚, 研究员,皇家墨尔本理工大学。
