ほとんどの子どもは、就学前または小学校低学年で、書かれた数字が数量を表すことを学びます。
今回、私たちの新しい研究では、ミツバチもアラビア数字やローマ数字を用いる私たち人間と同様に、記号と数量を対応づけることを学習できることが示されました。
人間の言語と数学
言語とは、コミュニケーションのために記号による表現の体系を学習し、使用する能力です。これには、記号を抽象的な情報と結びつける能力が含まれます。
例えば、文字がまとまって読める単語になり、音声の単語を正しい順序で並べると会話ができます。人間の言語は、音声、文字、視覚的な手話、あるいは点字のような触覚的な形式を含むことができます。点字。
世界中で、人間は多くの異なる音声言語や文字言語を発展させてきました。しかし、特に数学は、値や方程式を説明する数学的概念が文化やその他の枠組みに依存しないことから、しばしば「普遍的な言語」とみなされています。
私たちは、数字の記号が真に普遍的であるか、つまり人間以外の種にも通用するのかという問いに関心を持っています。
ミツバチの言語
ミツバチは、脳における比較情報処理を研究する上で優れた生物です。1973年、カール・フォン・フリッシュは、ミツバチが象徴的なダンス言語を用いて巣仲間とコミュニケーションできることを実証した功績により、生理学・医学の分野でノーベル賞を受賞しました。
フォン・フリッシュは、報酬となる花を見つけた餌探しのハチが巣に戻り、「尻振りダンス」によって、栄養のある花の方向と距離の両方を伝えられることを示しました。他のハチはそのダンス言語を解釈し、蜜を集めるためにどこへ飛べばよいかを知ることができます。
私たちは、このような印象的なコミュニケーション体系は、ミツバチが別の種類の記号言語、すなわち基本的な記号による数の体系も学習できることを意味するのではないかと考えました。
興味深いことに、チンパンジー、アカゲザル、ハト、そして「アレックス」と名付けられた1羽のヨウムアレックスは、アラビア数字または数の英語名のいずれかを学習する能力を示してきました。これは、人間以外のどの種も数の記号による表現を発展させていないように見える一方で、それは脳の能力が不足しているためではないことを示しています。
私たちの研究では、ミツバチが、より大きいか小さいかの比較、「ゼロ」の量的な価値の理解、そして簡単な算術といった難しい数の概念を学習し、応用できることがすでに示されています。
私たちは、最新の研究でこの知見をさらに一歩進めました。
ミツバチはどのように学習するのか？
ミツバチに記号（「記号」と呼ばれる）と数量（「数量」と呼ばれる）を対応づけるよう訓練するため、以前に類似の課題でハトを訓練する際に使われた記号の一部を用いました。
ミツバチはY字型の迷路に飛び込むよう訓練されました。迷路の中で、ミツバチは刺激を見ます。その後、ミツバチは判断室に飛び込み、そこで正解1つと不正解1つの2つの選択肢を見ます。
ある群のミツバチは記号を数量に対応づけるよう訓練され、別の群は数量を記号に対応づけるよう訓練されました。
ミツバチが記号を数量に対応づけることを学習している場合、まず記号を見て、その後2つまたは3つの図形から選ぶ選択肢が与えられます。ミツバチが数量を記号に対応づけることを学習している場合、まず3つの正方形などの数の項目を見て、その後2つの記号から選ぶ選択肢が与えられます。
例えば、ミツバチがN字型の記号を見た場合、そのミツバチは2つの項目を提示する表示を選ぶ必要があります。図形の形、模様、色にかかわらず、ミツバチはこれを行えなければなりません。
ミツバチが正しく選択すると砂糖水を得られますが、誤って選択すると苦いキニーネの味を感じます（キニーネはミツバチを傷つけることはありませんが、ミツバチにとって不快です）。重要なのは、ミツバチはキニーネも砂糖も匂いで識別できないため、意思決定の唯一の手がかりは視覚的なものだという点です。
記号と数量の対応づけ
ミツバチは、N字型の記号を数「2」に、逆さまのT字型の記号を数「3」に対応づけるよう50回の試行で訓練され、約75%の正答率を達成しました。無脊椎動物で記号と数量の対応づけが示されたのは、これが初めてです。
訓練の完了後、ミツバチは、全く新しい模様、色、形を用いたいくつかの条件で試験されました。その結果、ミツバチは記号を数量に、または数量を記号に対応づける選択を引き続き好みました。
しかし興味深いことに、ミツバチは学習した課題を逆転させることができないことがわかりました。ミツバチが記号を数量に対応づけることを学習した場合、その後、数量を記号に対応づけることはできず、その逆も同様でした。数と記号による表現の関連づけは一方向にのみ学習され、逆転させることはできなかったようです。
興味深いことに、このような学習の結果は、「操作的スキーマ」と呼ばれ、人間の学習にも当てはまることがあります。
これは何を意味するのか？
人間以外のどの種も、自発的に数の言語を発展させたことはありませんが、私たちの研究は、昆虫が記号を通じて数の基本的な表現を理解し、学習できることを示唆しています。
ミツバチに教えた体系には、いくつかの点で限界がありました。例えば、ミツバチに2つの数量と2つの記号だけを結びつけるよう訓練しました。また、ミツバチが記号に量的な価値を与えたかどうかはまだわかっていません。私たちは単に、ミツバチが記号と数量を結びつけられることを知っているだけです。
それでもなお、ミツバチが記号を通じて数を理解する何らかの能力を示したことは注目に値します。
私たち人間は結局のところ本当に特別な存在なのだろうか、数学を学ぶ能力はむしろ普遍的なものなのかもしれない、という疑問が残ります。
現在の研究には限界があるものの、私たちは、6億年以上の進化によって隔てられてきた昆虫の種との記号によるコミュニケーションを、わずかではありますが実証しました。
私たちの研究は、非常に異なる動物種とのコミュニケーション体系を開発するための基礎を築いており、人間と人間以外の動物の違いは、以前考えられていたほどには大きくないという場合もあることを示しています。
