“像蜜蜂一样忙碌”这句话确实适用于 蜜蜂的大脑。这些昆虫必须权衡努力、风险和回报,躲避捕食者,并准确评估哪些花最有可能为它们的蜂巢提供食物 在它们飞行时。因此,速度和效率对它们的生存至关重要,科学家们正在研究它们的大脑以了解其工作原理。一项 于6月27日发表在《eLife》杂志上的研究 探讨了数百万年的进化如何设计出蜜蜂的大脑,使其能够做出闪电般的快速决策并降低风险。
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“决策是认知的核心。它是对可能结果进行评估的结果,动物的生命充满了决策,”澳大利亚麦格理大学的比较神经生物学家、该研究的合著者 Andrew Barron 在一份声明中表示。“一只蜜蜂的大脑比芝麻籽还小。但它做出决策的速度和准确性却比我们快。一台被编程来执行蜜蜂任务的机器人需要超级计算机的备份。”
Barron 提到,当今的自主机器人主要在远程计算的支持下工作,而 无人机 必须与某种数据中心进行无线通信。研究蜜蜂大脑的工作原理有助于设计出 更具自主探索能力的机器人。
在 这项研究 中,研究团队训练了20只蜜蜂识别五种不同颜色的“花盘”。蓝色花朵总是含有糖浆,而绿色花朵总是含有对蜜蜂来说味道苦涩的汤力水。其他颜色的花朵有时会含有葡萄糖。然后,研究团队将每只蜜蜂引入一个简易的花园,花园里的花朵只有蒸馏水。每只蜜蜂都被拍摄下来,研究团队观看了40多个小时的录像,追踪了昆虫的飞行路径并记录了它们做出决策所需的时间。
“如果蜜蜂确信一朵花里有食物,那么它们就会迅速决定降落,平均花费0.6秒,”该研究的合著者、英国谢菲尔德大学的计算神经行为学家 HaDi MaBouDi 在一份声明中说。“如果它们确信一朵花里没有食物,它们做出决定的速度也同样快。”
如果蜜蜂不确定,它们会花费更长的时间——平均1.4秒——而这段时间反映了花朵含有某种食物的可能性。
接下来,研究团队构建了一个计算机模型,旨在复制蜜蜂的决策过程。他们注意到该模型在结构上与 蜜蜂大脑 的物理布局相似。他们发现,蜜蜂的大脑能够以最少的神经回路做出复杂的自主决策。
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“现在我们知道蜜蜂是如何做出如此明智的决策的,我们正在研究它们是如何快速地收集和采样信息的。我们认为蜜蜂正在利用它们的飞行运动来增强它们的视觉系统,从而使它们在检测最佳花朵方面表现更好,”该研究的合著者、谢菲尔德大学理论与计算生物学家 James Marshall 在一份声明中表示。
Marshall 还是 Opteran 的联合创始人,该公司对昆虫大脑算法进行逆向工程,以使机器能够自主移动。他认为,自然将启发人工智能行业的未来,因为数百万年的昆虫大脑进化产生了这些效率极高且功耗极低的大脑。