Медоносні бджоли вміють вибирати джерело їжі, використовуючи стратегію зіставлення ймовірностей. Це з'ясували вчені, які змусили бджіл робити вибір між годівницями, що відрізняються за кольором і міститься рідини: в ході експерименту з'ясувалося, що комахи ґрунтуються на своєму попередньому досвіді при вирішенні завдань множинного порівняння. Такий підхід дозволяє приймати краще рішення без необхідності співвідносити стимули між собою, повідомляється в журналі. Щоб вивчити механізм підкріплення кольору у комах, вчені провели когнітивний експеримент і перевірили його результати за допомогою машинного навчання: вони розробили нейромережу, що імітує роботу мозку бджоли і дізналися які процеси дозволяють комахам приймати найбільш ефективні рішення.
Бджоли харчуються нектаром і пилком різноманітних кольорів, і їх виживаність безпосередньо залежить від здатності знаходити найбільш вигідні ресурси. Але кількість і якість цих ресурсів, як і ймовірність їх виявлення, різниться від квітки до квітки. Однак бджола-складальниця про це нічого не знає і для неї пошук пилку схожий на завдання багаторукого бандита: їй потрібно отримати максимальну вигоду, вибираючи з безлічі варіантів з невідомою ймовірністю нагороди.
Щоб прийняти рішення на користь якоїсь квітки, бджоли можуть скористатися, наприклад, максимізацією ймовірності. Ідея полягає в тому, щоб ранжувати варіанти і завжди зупиняти вибір на тому, який з найбільшою ймовірністю запропонує видобуток. Ще один підхід ґрунтується на попередньому досвіді особини - якщо комаха стикається з тим, що в 60 відсотках випадків червоні квіти несуть в собі більше поживних речовин, ніж, наприклад, жовті, то вона буде досвідляти їх у півтора рази частіше.
На сьогоднішній день неясно, яким з двох способів користуються бджоли насправді, проте розуміння їх когнітивної стратегії може бути корисно при підборі тактик годування як самих бджіл, так і інших тварин. Щоб це з'ясувати, група британських вчених спільно з Ендрю Берроном (Andrew B. Barron) з Університету Маккуорі в Сіднеї поставила перед медоносними бджолами завдання вибору з п'яти варіантів, що відрізняються ймовірністю отримання нагороди або покарання.
Для тренування комах вчені використовували білу коробку з прозорою кришкою. Всередині коробки вчені поставили п'ять годівниць у вигляді кольорових дисків на підставці з перевернутого пластикового стаканчика. Вони підібрали п'ять кольорів з видимого діапазону комах і присвоїли їм випадковий ранг (С1 - С5). Залітаючи на тренувальну арену, бджола бачила вісім дисків: чотири одного кольору і чотири - іншого. Залежно від рангу, присвоєного кольору, годівниці наповнювалися однією з рідин - солодким розчином цукрози (у разі кольорів з меншим рангом) і гірким розчином гемісульфату хініну (у разі кольорів з великим рангом). Так, наприклад, якщо у годівниць, розміщених на арені, ранги були С1 і С3, то нагорода чекала бджолу тільки в разі вибору годівниці кольору рангу С1. Комахи могли вільно перелітати від однієї годівниці до іншої і відлітали повністю наситившись. Через деякий час вони поверталися і процедура повторювалася.
Вчені провели 18 тренувань, кольори в яких розрізнялися часткою тренувальних випробувань, в яких була винагорода: годівниці одних квітів завжди містили розчин цукрози, інші містили його в 66, 50 і 33 відсотках випадків, а ще одні завжди були наповнені гемісульфатом хініну. Після цього дослідники провели три типи тестів: у першому типі бджоли зустріли вже відому їм комбінацію кольорів, у другому - нове поєднання, а в третьому - незнайомий колір і колір, який винагороджувався в 50 відсотках випадків.
У першому випадку бджоли віддали перевагу кольору, за вибір якого завжди отримували нагороду під час тренувань (С1) кольору, за вибір якого завжди каралися (С5) (p = 7,47 − 10 ‑ 10). Вибираючи між двома кольорами, порівнювати які їм раніше не доводилося, комахи зупинилися на кольорі з нижчим рангом (p = 2,09 ст.1 10 ‑ 7). Коли ж бджолам потрібно було вибрати між С3 і новим кольором, то в більшій кількості випадків вони надавали перевагу С3 (p = 7,93 − 10 ‑ 9).
Дослідники помітили, що на ступінь переваги кольору вплинули ймовірності винагороди і покарання, з якими бджоли зіткнулися під час навчання, і припустили, що комахи керувалися зіставленням ймовірностей. Наприклад, хоча бджоли в цілому надавали перевагу кольорам з нижчим рангом під час тестування, ступінь переваги кольору, що завжди пропонує нагороду була вищою, ніж ступінь переваги інших кольорів.
Інформацію про колір до мозку бджоли передають три типи фоторецепторів, кожен з них чутливий до певної довжини хвилі і посилає гальмівний сигнал одному типу трансмедуллярних нейронів. Вони посилають гальмуючі або збуджувальні сигнали нейронам третього порядку, які передають інформацію клітинам Кеньйона грибовидного тіла бджоли.
Щоб дослідити можливості комах до зіставлення ймовірностей, біологи розробили нейромережу, що імітує процеси кодування кольору у медоносних бджіл. Модель на основі навчання з підкріпленням складається з трьох шарів нейронів, які зв'язуються між собою через вагові матриці, з вагами, що визначаються на основі емпіричних даних.
У моделі є ряд особливостей, що дозволяють їй менше помилятися. За прийняття правильного рішення в мозку бджоли відповідальні біохімічні процеси, а нейромережі необхідні пластичність нейронів і розріджене кодування. Пластичність, тобто здатність змінюватися під впливом зовнішнього стимулу, дозволяє розрізняти візуально схожі кольори і запам'ятовувати їх історію підкріплення. А розріджене кодування (таке, де більшість терезів в окремий момент часу нульові) сприяє ефективній класифікації.
Досліджували використовували для тренування моделі той же алгоритм, який застосовували на бджолах. Після 10 випробувань, в яких один колір був асоційований з нагородою, а інший - з покаранням, модель навчилася розрізняти всі комбінації кольорів, відстань між якими по довжині хвилі було більше п'яти нанометрів.
Вчені припускають, що, враховуючи простоту і повсюдність стратегії зіставлення ймовірностей, саме її варто розглядати як пояснення поведінці піддослідних бджіл. Вони заявляють, що така тактика не тільки екологічно вигідна, а й може усунути необхідність у більш складних підходах до добування їжі.
Бджіл не просто так часто використовують у когнітивних дослідженнях - вони здатні зіставляти символи з числами і навпаки, а ще знають про існування нуля. Раніше ми також розповідали, що маленькі фуражири вміють складати і віднімати.