新たな研究によると、身近なミツバチは記号を使い、足し算や引き算などの基本的な数学を行える。この研究は本日（2月7日）、学術誌Science Advancesに掲載された。
100万個未満のニューロンしかない脳を持つミツバチが、最近、複雑な問題もこなせることを示した。たとえば、ゼロの概念を理解することだ。
ミツバチは、神経科学に関する問いを探るうえで非常に有用なモデルだ。今回の研究では、足し算や引き算などの簡単な算術演算を学べるかどうかを検証した。
足し算と引き算
子どものころ、プラス記号（+）は2つ以上の量を足すこと、マイナス記号（-）は量を互いに引くことを意味すると学ぶ。
こうした問題を解くには、長期記憶と短期記憶の両方が必要だ。演算中の数値を扱うには作業記憶（短期記憶）を使い、足し算や引き算の規則は長期記憶に保存する。
足し算や引き算のような算術を行う能力は簡単なものではないが、人間社会にとって欠かせない。エジプト人とバビロニア人が算術を使っていたことを示す証拠は紀元前2000年ごろのものがあり、たとえば家畜の頭数を数えたり、牛を売った際に新たな数を計算したりするのに役立ったと考えられる。
算術的思考の発達には大型の霊長類の脳が必要なのだろうか。それとも、ほかの動物も算術演算を処理できるような同様の問題に直面するのだろうか。私たちはミツバチを使ってこれを調べた。
ミツバチの訓練方法
ミツバチは定点採餌を行う。つまり、餌を探すミツバチは、餌が豊富に得られる場所へ戻ってくる。
実験中は高濃度の砂糖水を与えるため、個々のミツバチ（すべてメス）は巣に栄養を持ち帰ろうと、実験場所に繰り返し戻ってくる。
実験では、ミツバチが正しい数（下記参照）を選ぶと、砂糖水のご褒美を与える。間違った選択をすると、苦味のあるキニーネ溶液を与える。
この方法で、個々のミツバチに足し算または引き算の課題を4～7時間かけて学習させる。満腹になるたびに巣へ戻り、その後実験に戻って学習を続けた。
ミツバチの足し算と引き算
ミツバチを1匹ずつ、Y字迷路型の装置を訪れるよう訓練した。
ミツバチはY字迷路の入口から飛び込み、1～5個の図形の並びを見る。図形（たとえば四角形だが、実験ではさまざまな形を用いた）は2色のいずれかだった。青色なら足し算（+ 1）を行い、黄色なら引き算（- 1）を行うよう求められた。
1を足すか引く課題では、片側に誤答、もう片側に正解が提示された。実験中、刺激を提示する側はランダムに変え、ミツバチがY字迷路の片側だけを訪れるよう学習しないようにした。
最初の数を見た後、ミツバチは穴を通って選択室へ飛び込み、訓練された演算に応じてY字迷路の左側または右側へ飛ぶことができた。
実験の初め、ミツバチは問題の解き方を見つけるまでランダムに選択した。やがて100回を超える学習試行を経て、青は+1、黄色は-1を意味すると学んだ。その後、新しい数にも規則を適用できるようになった。
初めて見る数を使ったテストでは、ミツバチは要素を1つ足す、または引く問題に64～72%の割合で正解した。テストでの成績は、ミツバチがランダムに選んだ場合に予想される成績、すなわち偶然の水準（正解・不正解が50%ずつ）とは有意に異なっていた。
このように、Y字迷路を使った「ミツバチの学校」によって、ミツバチは算術演算子を使って足し算や引き算をする方法を学べた。
ミツバチにとって、なぜこれは複雑な問いなのか
足し算や引き算などの数値演算が複雑な問いとなるのは、2段階の処理を必要とするからだ。第1段階では、数の属性が持つ値を理解する必要がある。第2段階では、作業記憶の中で数の属性を頭の中で操作しなければならない。
この2つの処理に加え、ミツバチは作業記憶の中で算術演算も行わなければならなかった。足したり引いたりする「1」という数は、視覚的には提示されていなかった。むしろ、1を足す、または「1」を引くという考えは抽象的な概念であり、ミツバチは訓練を通じてそれを理解する必要があった。
ミツバチが簡単な算術と記号学習を組み合わせられることが示されたことで、ほかの動物も足し算や引き算ができるかなど、研究を広げる多くの分野が見えてきた。
AIと神経生物学への示唆
AIや、コンピューターが未知の問題をどれほど自律的に学習できるかに、大きな関心が寄せられている。
今回の新たな知見は、足し算や引き算を可能にする記号的な算術演算子の学習が、小さな脳でも可能であることを示している。これは、新しい問題をAIが迅速に学習できるよう、長期的な規則と作業記憶の相互作用を設計に取り入れる新たな方法があることを示唆している。
また、演算子を伴う言語として数学記号を理解することは、多くの脳で実現可能であることを示しており、人間の多くの文化が独自に数的能力を発達させた理由を説明する助けとなる。
