Abelhas sabem fazer contas de matemática? Estudo mostra que sim

Pesquisadores fizeram um labirinto para testar as abelhas

Autores: Scarlett Howard, Adrian Dyer e Jair Garcia*

Uma humilde abelha pode utilizar símbolos para realizar algumas operações básicas de matemática como a adição e a subtração, mostra novo estudo publicado na revista científica Science Advances.

Apesar de terem um cérebro com um pouco menos de um milhão de neurônios, as abelhas mostraram recentemente que podem lidar com problemas complexos — como por exemplo entender o conceito do zero.

As abelhas são um modelo valioso para explorar questões sobre a neurociência. Em nosso último estudo decidimos testar se elas conseguiriam realizar algumas operações de aritmética, como a adição e a subtração.

As operações de adição e subtração

Quando crianças, nós aprendemos que o sinal de mais (+) significa que temos que adicionar duas ou mais quantidades, enquanto que o símbolo de menos (-) significa que temos que subtrair uma quantidade da outra.

Para resolver esses problemas, nós precisamos da nossa memória longa e curta. Normalmente usamos a memória curta para trabalhar com os valores numéricos enquanto realizamos essa operação, e armazenamos as regras das operações de soma e subtração em nossa memória longa

Embora a habilidade de realizar operações aritméticas como a soma e a subtração não seja simples, ela é vital nas sociedades humanas. Os egípcios e babilônios já mostraram evidências sobre o uso da aritmética por volta de 2000 a.C, o que teria sido útil — por exemplo — para contar o estoque e calcular novos números quando o gado fosse vendido.

Mas o desenvolvimento do pensamento aritmético requer um cérebro grande, ou outros animais encaram problemas semelhantes em processar operações aritméticas? Nós exploramos essas questões com as abelhas.

Como treinar uma abelha

As abelhas são forrageiras locais – o que significa que muito provável elas retornarão ao mesmo local caso haja uma boa fonte de alimento.

Durante o experimento nós demos às abelhas uma concentração alta de água com açúcar, assim as abelhas (todas fêmeas) continuaram a retornar ao experimento para buscar alimento para a colmeia.

Em nossa configuração, quando uma abelha escolhia um número correto (veja quadro) ela recebia a recompensa de água com açúcar. Se ela escolhesse uma alternativa incorreta, ela receberia uma solução amarga de quinina

Nós usamos esse método, que durou de 4 a 6 horas, para ensinar abelhas individuais a aprender a adição e a subtração. Cada vez que a abelha ficava cheia ela retornava a colmeia, depois voltava ao experimento para continuar aprendendo.

Adição e subtração nas abelhas

As abelhas foram individualmente treinadas para visitar um labirinto em formato de y.

Então a abelha voaria de volta à entrada do labirinto em y e veria um conjunto, que variava de 2 e 5 formas. As formas ( por exemplo as quadradas, mas muitas outras formas foram empregadas no experimento) e teria que escolher uma de duas cores. O azul significava que a abelha teria que fazer uma operação de adição (+1). Se a forma era amarela, a abelha teria que realizar uma operação de subtração (-1).

Para as tarefas de adição ou subtração, um dos lados continha uma resposta incorreta e do outro lado uma resposta correta. Durante o experimento, o lado dos estímulos foi mudado aleatoriamente, assim a abelha não aprenderia a visitar apenas um dos lados do labirinto em y.

Depois de ver o número inicial e dependendo do treinamento que cada abelha passava, ela poderia escolher entre o lado esquerdo ou direito do labirinto em y.

No início do experimento, até o momento que as abelhas aprenderam a resolver os problemas, elas faziam escolhas aleatórias. Eventualmente, depois de mais de 100 treinamentos de aprendizagem, as abelhas aprenderam que o azul significava +1 e o amarelo -1. As abelhas puderam, assim, aplicar as regras a novos números.

No teste com novos número, as abelhas acertaram entre 64 e 72% das vezes as operações de adição e subtração. A performance das abelhas durante os testes foi significativamente diferente do que se elas tivessem feito escolhas aleatórias, chamado de desempenho do nível de chance (50% correto/ incorreto).

Assim, nossa “escola para abelhas”, juntamente com o labirinto em Y, permitiu as abelhas aprenderem operações de adição e subtração.

Por que isso é uma questão complexa para as abelhas?

As operações numéricas como a adição e a subtração são questões complexas porque requer dois níveis de processamento. O primeiro nível requer que a abelha compreenda o valor numérico atribuído. O segundo nível requer que a abelha manipule mentalmente os valores numéricos em sua memória.

Além desses dois processos, as abelhas também tiveram que realizar as operações aritméticas em memória de trabalho — o número “um” para ser adicionado ou subtraído não estava visualmente presente. Em vez disso, a ideia de adicionar ou subtrair “um” foi um conceito abstrato que as abelhas tiveram de resolver durante o treinamento.

O fato de uma abelha conseguir combinar a aritmética simples juntamente com símbolos mostra que há inúmeras áreas de estudo a serem expandidas, como por exemplo se outros animais podem também somar e subtrair.

Implicações para a IA e a neurobiologia

Há muito interesse em inteligência artificial, e como os computadores podem contribuir na auto aprendizagem de novos problemas.

Nossas novas descobertas mostram que é possível aprender símbolos e operações aritméticas com um cérebro pequeno. Sugerindo que talvez há outros jeitos de incorporar as regras de nossa memória longa e curta para aprendermos mais rapidamente novos problemas.

Além disso, nossas descobertas mostram que o entendimento de símbolos matemáticos como uma linguagem é algo que nosso cérebro pode alcançar, além de ajudar a explicar como muitas outras culturas humanas independentes desenvolveram habilidades numéricas.

*Scarlett Howard é doutoranda na RMIT.
*Adrian Dyer é um professor associado na RMIT.
*Jair Garcia é um pesquisador na RMIT.