Мы соседи по планете

3 868 подписчиков

Свежие комментарии

  • Горбатюк Валерий
    Да ладно "не приручаются зайцы". Знал одно семейство, где зайчонка подобрали. Отлично приручился, его даже на прогулк...Чем заяц отличает...
  • Андрей
    вот твариВ Канаде убили бе...
  • Алексей Андреевич
    там такие твари водятся.....Тауматихта Акселя...

Пчелы научились сравнивать вероятности в погоне за угощением

Пчелы научились сравнивать вероятности в погоне за угощением

Пчелы научились сравнивать вероятности в погоне за угощением

Andrew B. Barron et al. / Royal Society Open Science, 2020

Медоносные пчелы умеют выбирать источник пищи, используя стратегию сопоставления вероятностей. Это выяснили ученые, которые заставили пчел делать выбор между кормушками, отличающимися по цвету и содержащейся жидкости: в ходе эксперимента выяснилось, что насекомые основываются на своем предыдущем опыте при решении задач множественного сравнения. Такой подход позволяет принимать лучшее решение без необходимости соотносить стимулы между собой, сообщается в журнале Royal Society Open Science. Чтобы изучить механизм подкрепления цвета у насекомых, ученые провели когнитивный эксперимент и проверили его результаты с помощью машинного обучения: они разработали нейросеть, имитирующую работу мозга пчелы и узнали какие процессы позволяют насекомым принимать наиболее эффективные решения.

Пчелы питаются нектаром и пыльцой разнообразных цветов, и их выживаемость напрямую зависит от способности находить наиболее выгодные ресурсы.

Но количество и качество этих ресурсов, как и вероятность их обнаружения, разнится от цветка к цветку. Однако пчела-сборщица об этом ничего не знает и для нее поиск пыльцы похож на задачу многорукого бандита: ей нужно получить максимальную выгоду, выбирая из множества вариантов с неизвестной вероятностью награды.

Чтобы принять решение в пользу какого-то цветка, пчелы могут воспользоваться, например, максимизацией вероятности. Идея состоит в том, чтобы ранжировать варианты и всегда останавливать выбор на том, который с наибольшей вероятностью предложит добычу. Еще один подход основывается на предыдущем опыте особи — если насекомое сталкивается с тем, что в 60 процентах случаев красные цветы несут в себе больше питательных веществ, чем, например, желтые, то оно будет опылять их в полтора раза чаще.

На сегодняшний день неясно, каким из двух способов пользуются пчелы на самом деле, однако понимание их когнитивной стратегии может быть полезно при подборе тактик кормления как самих пчел, так и других животных. Чтобы это выяснить, группа британских ученых совместно с Эндрю Бэрроном (Andrew B. Barron) из Университета Маккуори в Сиднее поставила перед медоносными пчелами задачу выбора из пяти вариантов, отличающихся вероятностью получения награды или наказания.

Для тренировки насекомых ученые использовали белую коробку с прозрачной крышкой. Внутри коробки ученые поставили пять кормушек в виде цветных дисков на подставке из перевернутого пластикового стаканчика. Они подобрали пять цветов из видимого диапазона насекомых и присвоили им случайный ранг (С1—С5). Залетая на тренировочную арену, пчела видела восемь дисков: четыре одного цвета и четыре — другого. В зависимости от ранга, присвоенного цвету, кормушки наполнялись одной из жидкостей — сладким раствором сахарозы (в случае цветов с меньшим рангом) и горьким раствором гемисульфата хинина (в случае цветов с большим рангом). Так, например, если у кормушек, размещенных на арене, ранги были С1 и С3, то награда ждала пчелу только в случае выбора кормушки цвета ранга С1. Насекомые могли свободно перелетать от одной кормушки к другой и улетали полностью насытившись. Через некоторое время они возвращались и процедура повторялась.

Ученые провели 18 тренировок, цвета в которых различались долей тренировочных испытаний, в которых было вознаграждение: кормушки одних цветов всегда содержали раствор сахарозы, другие содержали его в 66, 50 и 33 процентах случаев, а еще одни всегда были наполнены гемисульфатом хинина. После этого исследователи провели три типа тестов: в первом типе пчелы встретили уже известную им комбинацию цветов, во втором — новое сочетание, а в третьем — незнакомый цвет и цвет, который вознаграждался в 50 процентах случаев.

Пчелы научились сравнивать вероятности в погоне за угощением

Схема эксперимента

Andrew B. Barron et al. / Royal Society Open Science, 2020

Поделиться

В первом случае пчелы предпочли цвет, за выбор которого всегда получали награду во время тренировок (С1) цвету, за выбор которого всегда наказывались (С5) (p = 7,47 × 10−10). Выбирая между двумя цветами, сравнивать которые им раньше не приходилось, насекомые остановились на цвете с более низким рангом (p = 2,09 × 10−7). Когда же пчелам нужно было выбрать между С3 и новым цветом, то в большем количестве случаев они предпочитали С3 (p = 7,93 × 10−9).

Исследователи заметили, что на степень предпочтения цвета повлияли вероятности вознаграждения и наказания, с которыми пчелы столкнулись во время обучения, и предположили, что насекомые руководствовались сопоставлением вероятностей. К примеру, хотя пчелы в целом предпочитали цвета с более низким рангом во время тестирования, степень предпочтения цвета, всегда предлагающего награду была выше, чем степень предпочтения других цветов.

Информацию о цвете к мозгу пчелы передают три типа фоторецепторов, каждый из них чувствителен к определенной длине волны и посылает тормозной сигнал одному типу трансмедуллярных нейронов. Они, в свою очередь, посылают тормозящие или возбуждающие сигналы нейронам третьего порядка, которые передают информацию клеткам Кеньона грибовидного тела пчелы.

Чтобы исследовать возможности насекомых к сопоставлению вероятностей, биологи разработали нейросеть, имитирующую процессы кодирования цвета у медоносных пчел. Модель на основе обучения с подкреплением состоит из трех слоев нейронов, которые связываются между собой через весовые матрицы, с весами, определяемыми на основе эмпирических данных.

Пчелы научились сравнивать вероятности в погоне за угощением

Архитектура нейросети и результаты эксперимента

Andrew B. Barron et al. / Royal Society Open Science, 2020

Поделиться

У модели есть ряд особенностей, позволяющих ей меньше ошибаться. За принятие правильного решения в мозгу пчелы ответственны биохимические процессы, а нейросети необходимы пластичность нейронов и разреженное кодирование. Пластичность, то есть способность изменяться под воздействием внешнего стимула, позволяет различать визуально похожие цвета и запоминать их историю подкрепления. А разреженное кодирование (такое, где большинство весов в отдельный момент времени нулевые) способствует эффективной классификации.

Исследовали использовали для тренировки модели тот же алгоритм, который применяли на пчелах. После 10 испытаний, в которых один цвет был ассоциирован с наградой, а другой — с наказанием, модель научилась различать все комбинации цветов, расстояние между которыми по длине волны было больше пяти нанометров.

Ученые предполагают, что, учитывая простоту и повсеместность стратегии сопоставления вероятностей, именно ее стоит рассматривать в качестве объяснения поведению подопытных пчел. Они заявляют, что такая тактика не только экологически выгодна, но и может устранить необходимость в более сложных подходах к добыванию пищи.

Пчел не просто так часто используют в когнитивных исследованиях — они способны сопоставлять символы с числами и наоборот, а еще знают о существовании ноля. Ранее мы также рассказывали, что маленькие фуражиры умеют складывать и вычитать.

Василиса Ралдугина

Let's block ads! (Why?)

 

 

Ссылка на первоисточник

Картина дня

наверх