Вчені пояснюють, як бджоли добре вміють приймати рішення

Життя медоносної бджоли залежить від її успішного збору нектару з квітів для виготовлення меду. Вирішити, яка квітка, швидше за все, дарує нектар, неймовірно складно.

Щоб це зробити правильно, потрібно правильно зважити тонкі ознаки типу, віку та історії квітки — найкращі показники того, що квітка може містити крихітну краплю нектару. Зробити це неправильно — у кращому випадку марна трата часу, а в гіршому означає зіткнення зі смертельним хижаком, який ховається у квітах. У новому дослідженні, опублікованому сьогодні в eLife, наша команда повідомляє, як бджоли приймають ці складні рішення.

Поле штучних квітів

Ми кинули виклик бджолам із полем штучних квітів, зроблених із кольорових дисків картону, кожен із яких містив маленьку краплю цукрового сиропу. Різнокольорові «квіти» відрізнялися за ймовірністю пропонувати цукор, а також відрізнялися за тим, наскільки добре бджоли могли визначити, пропонувала фальшива квітка винагороду чи ні.

Ми наносили крихітні нешкідливі позначки фарбою на спину кожної бджоли та знімали кожен візит бджоли до квіткового масиву. Потім ми використали комп’ютерний зір і машинне навчання, щоб автоматично визначити положення та траєкторію польоту бджоли. З цієї інформації ми могли б оцінити та точно визначити час кожного окремого рішення, прийнятого бджолами.

Ми виявили, що бджоли дуже швидко навчилися визначати найбільш корисні квіти. Вони швидко оцінили, прийняти чи відхилити квітку, але дивно, що їхній правильний вибір був у середньому швидшим (0,6 секунди), ніж неправильний (1,2 секунди).

Зазвичай у тварин — і навіть у штучних системах — точне рішення займає більше часу, ніж неточне рішення. Це називається компромісом швидкість-точність. Цей компроміс відбувається тому, що визначення того, правильне чи неправильне рішення, зазвичай залежить від того, скільки доказів ми маємо для прийняття такого рішення. Більше доказів означає, що ми можемо прийняти точніше рішення, але збір доказів потребує часу. Тож точні рішення зазвичай приймаються повільно, а неточні – швидше.

Компроміс «швидкість-точність» настільки часто зустрічається в інженерії, психології та біології, що його можна назвати «законом психофізики». І все ж бджоли, здавалося, порушували цей закон. Єдині інші тварини, які, як відомо, перемагають співвідношення швидкість-точність, це люди та примати. Як тоді бджола з її крихітним, але дивовижним мозком може бути нарівні з приматами?

Бджоли уникають ризику

Щоб розібрати це питання, ми звернулися до обчислювальної моделі, запитуючи, які властивості повинна мати система, щоб досягти компромісу швидкість-точність. Ми створили штучні нейронні мережі, здатні обробляти сенсорні дані, навчатися та приймати рішення. Ми порівняли продуктивність цих штучних систем прийняття рішень зі справжніми бджолами. З цього ми могли б визначити, що система повинна мати, щоб перемогти компроміс.

Відповідь полягала в тому, щоб надати відповідям «прийняти» та «відхилити» різні обмежені за часом порогові значення доказів. Ось що це означає: бджоли приймали квітку лише тоді, коли з першого погляду були впевнені, що вона приносить винагороду. Якщо у них була якась невпевненість, вони її відкидали.

Це була стратегія, яка не схилялася до ризику й означала, що бджоли могли пропустити деякі корисні квіти, але вона успішно зосередила свої зусилля лише на квітах із найкращими шансами та найкращими доказами забезпечення їх цукром.

Наша комп’ютерна модель того, як бджоли приймали швидкі та точні рішення, добре відображалася як на їхній поведінці, так і на відомих шляхах мозку бджіл. Наша модель є правдоподібною для того, щоб бджоли настільки ефективно та швидко приймали рішення. Щобільше, це дає нам шаблон для того, як ми можемо будувати системи — наприклад, автономних роботів для розвідки чи видобутку корисних копалин — із цими функціями.