Para Ilmuwan Ajari Lebah Matematika, Ini Kisahnya

Oleh Scarlett Howard, Adrian Dyer, dan Jair Garcia

LEBAH madu dapat menggunakan simbol untuk melakukan aritmatika dasar termasuk penjumlahan dan pengurangan. Penemuan ini diterbitkan dalam jurnal Science Advances.

Meski memiliki otak yang berisi kurang dari satu juta neuron, lebah madu bisa menangani masalah kompleks–seperti memahami konsep bilangan nol.

Lebah madu adalah model penting untuk menggali pertanyaan tentang ilmu saraf. Dalam penelitian terbaru kami, kami memutuskan untuk menguji apakah mereka dapat belajar melakukan operasi aritmatika sederhana seperti penjumlahan dan pengurangan.

Operasi penjumlahan dan pengurangan

Sewaktu kecil, kita belajar bahwa simbol plus (+) berarti kita harus menambahkan dua atau lebih kuantitas, sedangkan simbol minus (-) berarti kita harus mengurangi jumlah satu sama lain.

Untuk memecahkan masalah ini, kita membutuhkan memori jangka panjang dan jangka pendek. Kita menggunakan memori kerja (jangka pendek) untuk mengelola nilai numerik saat melakukan operasi aritmatika, dan menyimpan aturan untuk menjumlah atau mengurangi dalam memori jangka panjang.

Kemampuan untuk melakukan aritmatika seperti menjumlah dan mengurangi tidak sederhana, dan sangat penting penting bagi kehidupan manusia.

Bangsa Mesir kuno dan Babilonia menunjukkan bukti bahwa mereka menggunakan aritmatika sekitar tahun 2000 SM. Keahlian ini bermanfaat untuk menghitung jumlah hewan ternak dan menghitung sisanya ketika ada yang laku terjual.

Adegan ini menggambarkan jumlah ternak (disalin oleh Egyptologist Lepsius). Di daftar tengah, kita melihat 835 sapi bertanduk di sebelah kiri, tepat di belakang mereka ada 220 ternak dan di kanan 2.235 kambing. Dalam daftar terbawah kita melihat 760 keledai di sebelah kiri dan 974 kambing di sebelah kanan. Wikimedia commons, CC BY

Tetapi, apakah pengembangan pemikiran aritmatika membutuhkan otak primata yang besar, atau apakah hewan lain menghadapi masalah-masalah serupa yang memungkinkan mereka memproses operasi aritmatika? Kami menggali pertanyaan ini menggunakan lebah madu.

Cara melatih lebah

Mayoritas lebah madu adalah pengumpul makanan–yang berarti mereka akan kembali ke suatu tempat jika lokasinya menyediakan sumber makanan yang baik.

Kami memberikan lebah air gula dengan konsentrasi tinggi selama percobaan, agar lebah betina terus kembali ke percobaan untuk mengumpulkan nutrisi untuk sarangnya.

Dalam pengaturan kami, ketika seekor lebah betina memilih nomor yang tepat (lihat di bawah) dia menerima hadiah berupa air gula. Jika dia membuat pilihan yang salah, dia akan menerima larutan kina yang pahit.

Kami menggunakan metode ini untuk melatih lebah betina belajar penjumlahan atau pengurangan selama empat hingga tujuh jam. Setiap kali lebah kekenyangan, dia kembali ke sarang, lalu kembali ke eksperimen untuk lanjut belajar.

Penjumlahan dan pengurangan pada lebah

Lebah madu secara individual dilatih untuk mengunjungi instrumen berbentuk labirin Y.

Lebah akan terbang ke pintu masuk labirin Y dan melihat berbagai elemen yang terdiri dari satu hingga lima bentuk. Bentuk-bentuknya (misal: persegi, tetapi banyak opsi bentuk digunakan dalam percobaan sebenarnya) bisa terdiri dari satu atau dua warna. Biru berarti lebah harus melakukan operasi penjumlahan (+ 1). Jika bentuknya kuning, lebah harus melakukan operasi pengurangan (- 1).

Untuk tugas baik plus maupun minus satu, satu sisi akan berisi jawaban yang salah dan sisi lain akan berisi jawaban yang benar. Sisi rangsangan diubah secara acak selama percobaan, sehingga lebah tidak akan belajar untuk hanya mengunjungi satu sisi labirin Y.

Setelah melihat nomor awal, setiap lebah akan terbang melalui lubang ke ruang keputusan di mana lebah dapat memilih untuk terbang ke sisi kiri atau kanan dari labirin Y tergantung pada operasi yang telah dilatih untuknya.

Di awal percobaan, lebah membuat pilihan acak sampai mereka dapat menemukan cara untuk memecahkan masalah. Akhirnya, setelah lebih dari 100 uji coba pembelajaran, lebah belajar bahwa biru berarti +1 sedangkan kuning berarti -1. Lebah kemudian bisa menerapkan aturan ke angka yang baru.

Selama pengujian dengan angka baru, lebah menjawab benar dalam penjumlahan dan pengurangan satu elemen sejumlah 64-72% dari waktu yang ada.

Performa lebah pada pengujian jauh berbeda dari yang kami harapkan jika lebah memilih secara acak. Hal ini disebut sebagai chance level performance (dengan tingkat kebenaran atau kesalahan sekitar 50:50)

Dengan demikian, “sekolah lebah” kami yang menggunakan labirin berbentuk huruf Y memungkinkan lebah mempelajari cara menggunakan operator aritmatika untuk menjumlah atau mengurangi.

Mengapa ini pertanyaan kompleks bagi lebah?

Operasi numerik seperti penjumlahan dan pengurangan adalah pertanyaan yang rumit karena keduanya membutuhkan dua tingkat pemrosesan. Tingkat pertama membutuhkan lebah untuk memahami nilai atribut numerik. Level kedua mengharuskan lebah memanipulasi atribut numerik dalam ingatan kerja mereka.

Selain dua proses ini, lebah juga harus melakukan operasi aritmatika dalam ingatan sementara–angka “satu” yang akan dijumlah atau dikurangi tidak hadir secara visual. Sebaliknya, gagasan plus satu atau minus “satu” adalah konsep abstrak yang harus diselesaikan lebah selama pelatihan.

Lebah membuktikan dirinya dapat menggabungkan ilmu hitung sederhana dan pembelajaran simbolik. Hal ini memberikan identifikasi terhadap berbagai bidang penelitian yang lebih luas, seperti apakah hewan lain dapat menjumlah dan mengurangi.

Pengaruh bagi kecerdasaan buatan dan neurobiologi

Muncul banyak minat terhadap kecerdasan buatan dan seberapa baik komputer dapat mengoperasikan pembelajaran mandiri bagi masalah-masalah baru.

Temuan baru kami menunjukkan bahwa mempelajari aritmatika simbolik untuk penjumlahan dan pengurangan dengan otak yang kecil adalah hal yang memungkinkan.

Hal ini menunjukkan bahwa kemungkinan ada cara baru untuk menggabungkan interaksi memori jangka panjang dan jangka pendek ke dalam desain untuk meningkatkan pembelajaran kecerdasan buatan terhadap masalah-masalah baru.

Selain itu, temuan kami menunjukkan bahwa pemahaman simbol matematika sebagai bahasa adalah sesuatu yang mungkin dapat dicapai oleh otak. Ini membantu menjelaskan mengapa banyak kebudayaan manusia dapat mengembangkan keterampilan berhitung secara mandiri.

Scarlett Howard

PhD candidate, RMIT University

Adrian Dyer

Associate Professor, RMIT University

Jair Garcia

Research fellow, RMIT University

Artikel ini dipublikasikan atas kerja sama Kompas.com dan The Conversation Indonesia dari judul asli "Penelitian terbaru menunjukkan lebah bisa matematika". Isi artikel di luar tanggung jawab Kompas.com.