Wrony rozumieją „koncepcję zera”

Wrony mogą być posiadaczami “ptasiego mózgu”, ale upierzone stworzenia potrafią zrozumieć wysoce abstrakcyjną koncepcję zera, sugerują nowe badania.

Pojęcie zera, używane w systemie liczbowym, w pełni rozwinęło się w społeczeństwie ludzkim około V wieku naszej ery, a potencjalnie kilka wieków wcześniej. Na przykład pomysł pomnożenia 8 przez 0 lub dodania 0 do 10 nie pojawił się do tego czasu. Pojęcie „brak” lub brak jakiejkolwiek ilości prawdopodobnie pojawiło się wcześniej, ale różni się to od używania zera jako odrębnej „ilości” samo w sobie.

Ta idea może wydawać się oczywista, ale zgodnie z koncepcją zera jako wartości liczbowej dziedzina matematyki przeszła dramatyczną transformację.

„Jeśli zapytasz matematyków, większość z nich prawdopodobnie powie, że odkrycie zera było niesamowitym osiągnięciem” – powiedział Andreas Nieder, profesor fizjologii zwierząt w Instytucie Neurobiologii na Uniwersytecie w Tybindze w Niemczech. „Szczególną cechą zera jest to, że nie pasuje do rutyny liczenia rzeczywistych obiektów, jak w przypadku rzeczywistych liczb całkowitych”. Innymi słowy, ktoś może policzyć trzy jabłka włożone do koszyka — jedno, dwa, trzy — ale gdy koszyk jest pusty, nie ma jabłek do policzenia.

Zero reprezentuje tę pustkę, brak jabłek i „to oczywiście wymaga bardzo abstrakcyjnego myślenia… myślenia, które jest oderwane od empirycznej rzeczywistości” – powiedział Nieder. A teraz, zaglądając do mózgów wron, Nieder i jego koledzy odkryli, że komórki nerwowe ptaków, czyli neurony, kodują „zero”, podobnie jak inne liczby. Wzorce aktywności mózgu ptaków również wspierają ideę, że zero wypada przed „1” na mentalnej linii liczbowej wron.

W nowym badaniu, opublikowanym 2 czerwca w The Journal of Neuroscience , zespół przeprowadził eksperymenty z dwoma samcami wron siwych( Corvus corone ), podczas których ptaki siedziały na drewnianym grzędzie i wchodziły w interakcję z monitorem komputera przed nimi. W każdej próbie przed wronami pojawiał się szary ekran zawierający od 0 do 4 czarnych kropek; po tym obrazie „przykładowym” następował obraz „testowy” zawierający taką samą lub różną liczbę kropek.

Wrony szkolono, by dziobały w ekran lub poruszały głowami, jeśli dwa obrazy pasowały do ​​siebie, oraz by pozostawały nieruchome, jeśli się nie zgadzały.

W poprzednim badaniu wykazano, że ​​wrony mogą z powodzeniem identyfikować dopasowane i niedopasowane pary obrazów w około 75% przypadków po przejściu intensywnego treningu, zgodnie z raportem opublikowanym w 2015 roku w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences. To poprzednie badanie nie obejmowało pustego ekranu, zastępującego zero, ale wykazało, że wrony potrafiły odróżnić obraz zawierający trzy kropki od ekranu zawierającego na przykład pięć.

Im większa różnica między dwoma zestawami kropek, tym dokładniej ptaki reagowały; innymi słowy, ptaki myliły bliższe ilości, takie jak dwa i trzy, częściej niż ilości bardziej rozbieżne, takie jak jeden i cztery. Zjawisko to jest znane jako „liczbowy efekt odległości [ang. numerical distance effect]”, który można również zaobserwować u małp i ludzi podczas podobnych testów, powiedział Nieder.

W nowszym badaniu, które obejmowało pusty ekran, „odkryliśmy, że po tym treningu wrony potrafią odróżnić zero od innych policzalnych liczb” – powiedział Nieder. Jednak, co ważne, ptaki nadal wykazywały liczbowy efekt odległości w próbach obejmujących pusty ekran.

Oznacza to, że ptaki częściej mylą obraz bez kropek z obrazem z jedną kropką niż z obrazami z dwoma, trzema lub czterema kropkami, wyjaśnił Nieder. „Wskazuje to, że traktują pusty zbiór nie tylko jako »nic« kontra »coś«, ale tak naprawdę jako ilość liczbową”, ponieważ postrzegają zero kropek jako bliższe jednej kropki.

Aby lepiej zrozumieć aktywność mózgu stojącą za tymi zrachowaniami, zespół wszczepił do mózgów ptaków maleńkie, pokryte szkłem druciki, aby rejestrować aktywność elektryczną, podczas gdy wrony powtarzały testy behawioralne. Wybrane neurony znajdują się w obszarze znanym jako pallium, który znajduje się w tylnej części mózgu ptaka i obsługuje funkcje poznawcze na wysokim poziomie.

Ptasi pallium należy do większego obszaru mózgu zwanego kresomózgowia; ludzie mają również kresomózgowie, którego częścią jest kora mózgowa, pomarszczona zewnętrzna warstwa ludzkiego mózgu. Ale chociaż zarówno pallium, jak i kora leżą w kresomózgowi, istnieje wiele podobieństw między tymi dwiema strukturami. Podczas gdy kora mózgowa zawiera sześć odrębnych warstw tkanki mózgowej, połączonych krzyżującymi się przewodami, ptasia pallium nie zawiera żadnych warstw, a ich układ neuronowy jest “skupiony/zbity”, powiedział Nieder.

W poprzednim badaniu z 2015 roku zespół zarejestrował również dane z pallium i nidopallium caudolaterale (NCL). NCL otrzymuje informacje sensoryczne, w tym te z oczu, przetwarza te dane i wysyła je do obszarów mózgu związanych z funkcjami motorycznymi, aby koordynować zachowania fizyczne. (U naczelnych kora przedczołowa odgrywa tę samą rolę.)

W NCL zespół odkrył, że pewne podgrupy neuronów szalały, gdy na ekranie pojawiła się określona liczba kropek. Niektóre zaczynały szybko reagować w odpowiedzi na dwie kropki, podczas gdy inne zaczynały, na przykład, na cztery. Te neurony wydawały się „dostrojone” do określonej liczby. Co ciekawe, im większa odległość między tą preferowaną liczbą a liczbą punktów na ekranie, tym mniej aktywne stają się te neurony.

Te wzorce aktywności mózgu wskazywały na to, jak wrony postrzegają wartości liczbowe w odniesieniu do siebie, powiedział Nieder. „Nieodłącznie reprezentują ten aspekt porządku liczb, to uporządkowanie wzdłuż osi liczbowej, tak że po jeden jest dwa, a po dwa jest trzy i tak dalej” – powiedział.

W nowym badaniu zespół powtórzył ten eksperyment z dodaniem ekranu z zerowymi punktami. W sumie zarejestrował dane z ponad 500 neuronów, 233 u jednej wrony i 268 u drugiej. Tak jak poprzednio, odkryli, że różne podzbiory neuronów NCL zapalały się w odpowiedzi na różną liczbę kropek, ale dodatkowo inny podzbiór zapalał się w odpowiedzi na pusty ekran. Te neurony stawały się coraz mniej aktywne, im więcej kropek pojawiało się na ekranie – lub im dalej od zera ich liczba rosła.

Zaobserwowane wzorce zachowań i aktywność mózgu sugerują, że wrony rzeczywiście rozumieją pojęcie zera, podsumowali autorzy. Jaka użyteczność to ma dla zwierząt, jeśli w ogóle, pozostaje niejasna,  powiedział Nieder. Chociaż umiejętność odróżnienia jednego owocu od dwóch może być przydatna do przetrwania: „Nie widzę bezpośredniej korzyści dla tych zwierząt, aby nie rozumieć niczego jako ilości” – powiedział.

Inne badania behawioralne wykazały, że rezusy i pszczoły miodne również wykazują rozumienie zera. Jeśli chodzi o aktywność mózgu związaną z zerem, wiele badań wykazało, że małpy, podobnie jak wrony, mają specjalnie dostrojone neurony dla liczby zero. A ostatnio Nieder i jego koledzy wykazali to samo u ludzi, jak opisano w raporcie z 2018 roku w czasopiśmie Neuron.

„Myślę, że początkowo pytanie, czy zwierzęta rozumieją zero, brzmi trochę niedorzecznie, ponieważ zero jest bardzo, bardzo szczególną, prawie magiczną liczbą, którą mamy” – powiedział Nieder. Ale teraz coraz więcej dowodów wskazuje, że więcej zwierząt może zrozumieć koncepcję zera, niż początkowo sądzili naukowcy.

Mimo to Nieder powiedział, że byłby zaskoczony, gdyby zwierzęta, takie jak płazy czy gady, mogły wykonywać obliczenia matematyczne, które opierają się na zrozumieniu zera, ponieważ ich zdolności uczenia się nie odpowiadają zdolnościom ssaków i ptaków. Ale biorąc pod uwagę, że ptaki i ssaki oddzieliły się od wspólnego przodka na długo przed wyginięciem dinozaurów, fakt, że mają one nakładające się zdolności poznawcze, jest również niezwykły, powiedział Nieder.

„To fascynujący aspekt, że ewolucja oczywiście niezależnie znalazła różne anatomiczne sposoby, aby wyposażyć te ptaki i ssaki w funkcje poznawcze na wysokim poziomie”.

Źródło: Nicoletta Lanese

Behavioral and Neuronal Representation of Numerosity Zero in the Crow

Neurons selective to the number of visual items in the corvid songbird endbrain

Representation of the Numerosity ‘zero’ in the Parietal Cortex of the Monkey

Single Neurons in the Human Brain Encode Numbers

Zdjęcie: Courtesy of Andreas Nieder

Tematy:
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x