Vědci potvrdili: zvířata umí počítat a dokonce znají i význam nuly

(Aktualizováno před )

Vědci nedávno prokázali, že zvířata rozumí pojmu nula. Je to nejnovější důkaz o nadání zdánlivě neinteligentních stvoření pro numerickou abstrakci. K experimentu použili vrány.

Porozumění číslům je často považováno za výrazně lidskou schopnost – znak naší inteligence, který nás spolu s jazykem odlišuje od všech ostatních živočichů. To však není zdaleka pravda.

Včely medonosné při navigaci ke zdrojům nektaru počítají orientační body. Lvice vnímají počet řevů, které slyší od útočící smečky, než se rozhodnou, zda zaútočit, nebo ustoupit. Někteří mravenci sledují své kroky, určití pavouci zase počet kořisti zachycené v jejich síti. Jeden druh žab zakládá celý svůj pářící rituál na počtu: Pokud se samec ozve – skučivý cinkot zvaný “whine” následovaný krátkým pulzujícím tónem zvaným “chuck” -, odpoví mu jeho sok tím, že na konec svého volání umístí dva komponenty “chuck”. První žába pak odpoví třemi, druhá čtyřmi a tak dále až do počtu šesti, kdy jim dojde dech.

Prakticky všechny druhy, které vědci zkoumali – hmyz a hlavonožci, obojživelníci a plazi, ptáci a savci – dokážou rozlišit různé počty objektů v sadě nebo zvuky v sekvenci. Nemají jen smysl pro “větší než” nebo “menší než”, ale mají přibližný smysl pro množství: že dvě je něco jiného než tři, že 15 je něco jiného než 20. To znamená, že mají smysl pro “větší než” nebo “menší než”. Tato mentální reprezentace velikosti množiny, nazývaná numerosita, je zřejmě “obecnou schopností” a je velmi stará, řekl Giorgio Vallortigara, neurolog z univerzity v italském Trentu.

Vědci nyní u svých zvířecích subjektů odhalují stále složitější numerické schopnosti. U mnoha druhů se projevuje schopnost abstrakce, která se rozšiřuje na provádění jednoduchých aritmetických úkonů, a několik vybraných druhů dokonce prokázalo, že rozumí kvantitativnímu pojmu “nula” – což je tak abstraktní, že s ním někdy mají problémy i velmi malé děti. Experimenty totiž ukázaly, že jak opice, tak včely medonosné umí s nulou zacházet jako s číselným údajem a umisťují ji na mentální číselnou řadu podobně jako jedničku nebo dvojku. A v článku publikovaném v červnu v časopise Journal of Neuroscience vědci uvedli, že to umí i vrány.

Skutečnost, že tyto tři druhy pocházejí z různých taxonomických skupin – primátů, hmyzu a ptáků – naznačuje, že určité početní schopnosti se v živočišné říši vyvíjely opakovaně. Vědci si lámou hlavu nad tím, proč příroda obdařila tolik zvířat alespoň základním nadáním pro počty a co nám to může říci o hlubokém původu lidské matematiky, pokud vůbec něco. Otázek je stále více než odpovědí, ale neurovědci a další odborníci se dozvěděli dost na to, aby pozměnili a rozšířili pohled na poznávání zvířat.

Téměř před 120 lety se v Berlíně stal kůň jménem Clever Hans celebritou: Zdálo se, že umí počítat, když kopytem vyťukával řešení úloh na sčítání, odčítání, násobení a dělení. Jeden postgraduální student psychologie si však brzy uvědomil, že zvíře ve skutečnosti jen velmi pozorně vnímá jemné náznaky chování svého trenéra nebo diváků, kteří znají odpovědi. Tato událost zakořenila skepsi vůči početním schopnostem zvířat, která přetrvává dodnes. Někteří vědci například navrhují, že zatímco lidé mají “pravdivé” chápání číselných pojmů, zvířata jen zdánlivě rozlišují mezi skupinami objektů na základě množství, když se místo toho spoléhají na méně abstraktní charakteristiky, jako je velikost nebo barvy.

Vědecké experimenty v posledních dvou dekádách ukázaly, že i zvířata s velmi malým mozkem dokáží neuvěřitelné početní výkony. Zdá se, že jedním z mechanismů, který je jim všem společný, je systém pro odhad čísel, který je většinu času správný, ale někdy je ve specifických ohledech nepřesný. Zvířata jsou například nejefektivnější v rozlišování číselných hodnot, které jsou od sebe velikostně daleko – takže porovnávat skupinu šesti teček se třemi tečkami je snazší než porovnávat šest s pěti. Pokud je rozdíl mezi dvěma číselnými hodnotami stejný, je snazší vypořádat se s menšími veličinami než s většími: Rozlišit 34 položek od 38 je mnohem obtížnější než rozlišit čtyři od osmi.
Tyto silné a slabé stránky se odrážely v nervové aktivitě zvířat. V prefrontální kůře opic našli vědci neurony, které byly selektivně naladěny na různé číselné hodnoty. Neurony, které reagovaly na tři tečky na obrazovce, reagovaly slabě také na dvojku a čtyřku, ale vůbec ne na vzdálenější hodnoty, jako je jednička nebo pětka. Dlužno podotknout, že tento přibližný smysl pro množství vykazují i lidé. Číselné hodnoty si však také spojují s konkrétními číselnými symboly.

Tato pozorování naznačují, že “smysl” pro číslo je vrozený a hluboce zakořeněný v mozku zvířat, nejen lidí. “V pozadí smyslu pro číslo je velmi starý, základní psychofyzický zákon,” řekl Vallortigara.

Jakmile si “uvědomíte, že téměř každé zvíře, nebo možná dokonce každý živočich, má nějakou schopnost plnit početní úkoly, pak začnete chtít vědět… kde je hranice?” řekla Scarlett Howardová, postdoktorandka na Deakinově univerzitě v Austrálii, která zkoumá včely. Pokud mají zvířata tuto přirozenou, pevně zabudovanou schopnost rozlišovat množství, chtěli vědci zjistit, co dále dokáží.

Jako první přišla na řadu aritmetika. Několik druhů prokázalo, že v podstatě umí sčítat a odčítat. V roce 2009 vědci pod vedením Rosy Ruganiové, psycholožky na Padovské univerzitě v Itálii, zjistili, že když byly čerstvě vylíhnutým mláďatům předloženy dvě skupiny předmětů, na které se otiskly, měli několik dní staří ptáci tendenci přiblížit se k větší skupině. Poté tým zakryl skupiny předmětů zástěnami a některé předměty přesunul zpoza jedné zástěny na druhou, zatímco mláďata je pozorovala. Bez ohledu na to, kolik předmětů bylo přemístěno, si mláďata důsledně vybírala zástěnu, která jich zakrývala více. Zdálo se, že provádějí výpočty podobné sčítání nebo odčítání, aby sledovaly měnící se početnost každé skryté skupiny. K tomu, aby to dělaly, nebylo třeba žádného tréninku. “S těmito druhy čísel se vypořádávají spontánně,” řekla.

Něco podobného dělají i divoké opice. Vědci umístili několik kousků chleba do uzavřené krabice a pravidelně jeden nebo více kousků vyndávali. Opice neviděly, kolik kousků ještě zbývá, ale stále se přibližovaly ke krabici, dokud neodstranily poslední kousek – což naznačuje, že při shánění potravy prováděly odečítání.

Včely medonosné se zase mohou naučit jednoduché počty. V roce 2019 Howardová a její kolegové naučili hmyz zaznamenávat barvy a počty objektů, které viděli, a poté přičítat jedničku k číslům modrých objektů nebo odečítat jedničku od čísel žlutých objektů. Pokud například včely proletěly bludištěm, které obsahovalo tři modré tvary, a poté jim byla předložena volba mezi dvěma nebo čtyřmi předměty, důsledně si vybraly skupinu čtyř.

“Tyto úkoly jsou schopni plnit, protože se toho ve svém přirozeném prostředí musí hodně naučit,” řekla Howardová. Nikdo neví, zda včely sčítají nebo odčítají v přírodě bez tréninku – takové chování nebylo nikdy pozorováno, ale vědci také neměli důvod po něm až dosud pátrat. Přesto už včely mají všechny stavební kameny pro počítání k dispozici. A “jejich prostředí může být svým způsobem tréninkovým prostředím,” dodala.

Tato zjištění motivovala vědce k hledání ještě abstraktnějších forem číselné reprezentace u zvířat. V roce 2015, několik let po své aritmetické studii u mláďat, Ruganiová a její kolegové zjistili, že zvířata spojují menší číselné hodnoty s levou a větší s pravou stranou – podobně jako lidé prostorově reprezentují vzestupné hodnoty na číselné řadě.

“Měli jsme za to, že to je lidský vynález,” řekl Adrian Dyer, vědec zabývající se viděním na Královském technologickém institutu v Melbourne, který pracuje s včelami a byl Howardovým doktorandským poradcem. Hmyz, ptáci a primáti byli učeni spojovat symboly s počtem prvků. “Vzali jsme včely a učili je, jako by byly na základní škole: tento symbol představuje toto číslo,” řekl Dyer. “A ony si to spojily.” Šimpanzi, kteří byli vycvičeni, aby spojovali číslice se symboly čísel, se také mohli naučit dotýkat se číslic ve vzestupném pořadí.

Nyní vědci zkoumají další druhy numerických úloh. Ruganiová a její tým zkoumají, zda opice dokážou rozdělit množství a určit pojem “střed”, což vyžaduje, aby počítaly a porovnávaly počet prvků z pravé i levé strany řady. Podle jejích slov jsou zatím “výsledky docela působivé”. Ona a další vědci stále znovu a znovu nacházejí důkazy nejen o relativně jednoduchém a všudypřítomném smyslu pro počet u zvířat, ale také o rostoucím počtu mnohem abstraktnějších a složitějších forem numerického poznávání. Proto je pro některé neurobiology současnou velkou hranicí poznání, zda se chápání numerických abstrakcí u některých živočichů rozšiřuje i na pojem “nic”.

Abychom to uvedli. Všechny číslovky jsou abstrakce. Číslovka “tři” může označovat skupinu tří bodů, tři židle nebo tři lidi. “Mít smysl pro číslovku vůbec znamená umět posoudit nebo vyhodnotit velikost množiny bez ohledu na její členy” a drobné rozdíly mezi nimi, řekl Butterworth. “Dokonce i když máte včely, které počítají okvětní lístky, každý květ se v některých ohledech liší od ostatních květů – ve svém umístění, v přesném uspořádání svých okvětních lístků.”

Jedna číselná hodnota se však od ostatních liší. Nula je zcela specifická a zvláštní. Není to jen abstrakce vnímání něčeho, ale také vnímání jeho nepřítomnosti.

S nulou se potýkají i lidé: Zdá se, že například velmi malé děti zpočátku nepovažují prázdnou množinu za číselnou veličinu. Místo toho ji považují za nepřítomnost, za samostatnou kategorii, která nesouvisí s jinými hodnotami. Zatímco počítání s čísly děti obvykle pochopí do 4 let věku, často trvá další dva roky, než si osvojí chápání nuly jako čísla. Když se podíváte na historii matematiky, ukáže se, že dokonce i lidé začali používat nulu jako číslo ve svých matematických výpočtech až kolem sedmého století. Vnímání nuly tedy zdá se, je spíš kulturní a empirickým fenoménem, než biologických. O to víc je fascinující, ze nulu – “nic” – nekterá zvířata vůbec chápou v souvislosti s čísly a dokáží ji zařadit v číselné řadě nalevo od jedničky.

Andreas Nieder, neurobiolog z univerzity v německém Tübingenu a jeho tým provedli průzkum s vránami, které již více než 300 milionů let nemají společné předky s primáty a jejichž mozek se vyvinul zcela odlišně. Ptáci nemají prefrontální kůru; místo toho mají vlastní inteligenční mozková centra s odlišnou strukturou, zapojením a vývojovou trajektorií.
I přes tyto rozdíly však výzkumníci odhalili lidstvu známé číselné chápání nuly: Vrány si častěji pletly prázdnou obrazovku s obrázky jedné tečky než s obrázky dvou, tří nebo čtyř teček. Záznamy mozkové aktivity vran během těchto úkolů odhalily, že neurony v oblasti jejich mozku zvané pallium reprezentují nulu jako veličinu vedle jiných číselných údajů, stejně jako se vyskytuje v prefrontální kůře primátů. “Z fyziologického hlediska to do toho krásně zapadá,” řekl Nieder. “Vidíme přesně stejné reakce, stejný typ kódu, který je zastoupen v mozku vrány jako v mozku opice.”

Jedním z vysvětlení, proč se stejný neuronový rámec vyvíjí v tak rozdílných mozcích, je prostě to, že jde o efektivní řešení společného výpočetního problému.

Přesto to, že vrány a opice zřejmě kódují abstraktní pojem, jako je nula, stejným způsobem, neznamená, že je to jediný způsob. Zásadnější otázkou ohledně numerické abstrakce v mozcích různých živočichů však není to, jak tato schopnost funguje, ale proč existuje. Proč by zvířata vůbec měla rozpoznávat konkrétní veličiny? Proč evoluce opakovaně zajistila, aby zvířata dokázala pochopit nejen to, že čtyři je méně než pět, ale i to, že “čtyři čtverce” jsou v určitém smyslu pojmově stejné jako “čtyři kruhy”?

Možná je matematika nakonec docela důležitá. Zvířata musí neustále počítat. Dokonce i jednoduchá zvířata. A pokud máte k dispozici abstraktní reprezentaci čísel, je to snadné. Abstrahování číselných informací umožňuje mozku provádět další výpočty mnohem efektivněji.

A tady do toho zapadá stále zmiňovaná nula. Pokud do prostředí vstoupí dva predátoři a pouze jeden ho opustí, zůstává oblast nebezpečná. Zvíře v této situaci potřebuje nejen umět odečítat, ale také interpretovat nulu jako výsledek dříve provedeného numerického odečtu. To si pak zvíře může spojit s konkrétními podmínkami prostředí. V tomto případě “kdykoli dosáhnete nejnižší hodnoty, což je nula, je prostředí bezpečné”. Při hledání potravy se nula může mapovat na potřebu hledat na jiném místě.

Alternativní možností je, že chápání nuly – a obecněji číslic – se mohlo jednoduše objevit v mozku z potřeby rozpoznávat vizuální objekty v prostředí. Když Nieder a jeho kolegové v roce 2019 trénovali umělou síť na rozpoznávání objektů v obrazech, schopnost rozlišovat čísla položek vznikla spontánně, zřejmě jako vedlejší produkt tohoto obecnějšího úkolu.

Přítomnost nadání pro numerickou abstrakci u zvířat naznačuje, že v mozku těchto zvířat je něco, co může představovat evoluční základ pro to, co se u nás lidí může vyvinout v plnohodnotné chápání čísla nula.

Jakkoli jsou však úspěchy zvířat působivé, existují zásadní rozdíly mezi tím, jak si zvířata představují početnost, a tím, jak to dělají lidé. Nechápeme pouze množství, ale spojujeme je s libovolnými číselnými symboly. Množina pěti objektů není totéž co číslo 5, a prázdná množina není totéž co 0.

A tak i když lze zvířata naučit spojovat dva předměty se symbolem 2 a tři předměty se symbolem 3, neznamená to, že by dokázala tyto symboly spojit dohromady, aby zjistila, že 2 + 3 = 5.

Zdroj: Quanta Magazine

Diskuze

Scroll to Top
Web vyrobili ve Webklient.cz