▲꽃가루를 얻던 꿀벌에게 추가 작업이 주어졌다(사진=ⓒ세르게이 라 브렌 티에프)

최근 꿀벌이 단순 사칙연산을 해낼 수 있다는 분석이 나왔다.

꿀벌은 중요한 정신적 일을 수행할 수 있다.

호주 로열 멜버른 공과 대학 (RMIT)의 연구진은 꿀벌이 기본적인 사칙연산을 수행할 수 있음을 발견했다. 이 발견은 동물의 지적 능력과 뇌 크기의 상관 관계에 대한 이해를 또 한 번 증진시켰다. 해당 연구는 프랑스와 호주 국적의 연구원들이 모여 실시했다.

처음에 연구진은 꿀벌이 숫자 0의 개념을 이해할 수 있다는 것을 알게됐다. 이 발견으로 연구원들은 꿀벌이 더하기와 빼기와 같은 사칙연산을 수행할 수 있는지 테스트하기 시작했다. 꿀벌들이 각각 다른 색상을 수학 계산의 상징적 표현으로 인식하도록 훈련을 실시한 후 진행한 연구에서 꿀벌은 주어진 정보들을 처리하여 수학 문제들을 해결했다.

▲꿀벌은 정확한 길을 찾을 경우 보상으로 설탕물을 제공받는 방식으로 훈련을 받았다(사진=ⓒ구글)

연구 과정에서 꿀벌들은 어떻게 훈련 받았을까?

연구의 성공을 위해 연구진은 꿀벌을 실험들에 대비하여 훈련시켰다. 이 시험들은 RMIT의 생체모방디지털인식연구소 소속인 박사급 연구원 스칼렛 하워드의 감독 하에 실시됐다.

꿀벌들이 미로에서 정확한 경로로 간다면 끝에 설탕물을 보상으로 얻었다. 반면 잘못된 길을 선택할 경우 쓴맛이 나는 퀴닌 용액을 받았다.

이후 꿀벌들은 그 위치에 풍부한 식량이 있다는 것을 알게 되면서 특정 장소로 돌아간다. 결과적으로 꿀벌들은 음식을 수집하기 위해 연구진의 실험환경으로 반복해서 돌아가는 과정에서 전체 과정 또한 습득하는 것이다.

꿀벌들은 미로 입구를 지나면서 1~5개의 도형을 보게 된다. 이 도형들은 노란색 또는 파란색으로 칠해져 있으며 노란색은 뺄셈을 나타내고 파란색은 덧셈을 나타낸다. 첫 번째 숫자를 보고 나면 꿀벌은 의사결정실에서 미로의 오른쪽 또는 왼쪽을 선택한다.

한쪽 끝에는 주어진 문제에 대한 잘못된 해답이 있고 다른쪽 끝에는 더하기 또는 빼기를 적용해 올바른 해답을 얻을 수 있다. 연구원들은 실험을 통해 무작위로 정답을 변경하여 꿀벌이 미로의 다양한 경로들을 더 탐색하는 법을 학습하도록 유도했다.

예상대로 꿀벌들은 실험 초기에는 무작위로 선택했다. 꿀벌은 음식을 향한 올바른 경로를 찾는 과정에서 수학 문제를 해결하는 법을 배웠다. 4~7시간에 걸친 100회 이상의 학습 이후 꿀벌은 파란 기호가 +1을 의미하고 노란색은 -1을 나타냄을 이해했다. 그런 다음 꿀벌은 규칙을 사용하여 새로운 번호를 찾아냈다.

▲훈련받은 꿀벌은 사칙연산을 할 수 있다(사진=ⓒ구글)

연구의 의의

RMIT의 부교수인 에드리안 다이어는 "덧셈과 뺄셈을 사용한 수학 계산은 두 단계의 뇌 연산이 필요하기 때문에 복잡하다"고 설명했다. 사칙연산을 실시하려면 단기 기억에 존재하는 특정 숫자들을 조작하거나 계산하기 위해 장기기억도 이용해야 한다.

또 해당 연구에서는 꿀벌들이 시각 보조 도구 대신에 추상적인 아이디어로 플러스 또는 마이너스를 사용하는 방법을 이해했기 때문에 꿀벌이 수학 문제를 수행하는 데 있어 단기 기억을 어떻게 활용할 수 있었는지를 보여줬다. 이 연구 결과는 전문가들이 기존에 예상했던 것과는 달리 발달하고 복잡한 수학적 인식이 자연에서 더 흔하게 발견된다는 점을 시사한다.

꿀벌만큼 작은 두뇌조차 기본적인 사칙연산을 학습할 수 있다는 사실은 특히 인공 지능의 현재 상태에 대한 미래의 개선 가능성, 특히 속성 학습의 향상이라는 측면에서 명확한 잠재력을 보여준다.

수학 문제를 해결하기 위해서는 특정 수준의 정교한 인지, 장기 규칙, 단기 작업 기억 및 수학적 이해에 관련한 복잡한 정신적 활성이 필요하지만 꿀벌은 그 작은 두뇌로도 그러한 연산들을 수행할 수 있었으므로 인공 지능도 앞으로 똑같이 할 수 있을 것이다.

이 연구는 수학 능력을 배우고 개발하는 데 뇌의 크기가 클 필요가 없음을 보여준다. 또 이 결과는 인공 지능 분야에서 새롭고 복잡한 문제의 속성 학습을 향상시키는 데 매우 유용하다. 기존 연구들에서 이미 거미, 새, 영장류와 같은 다른 동물들의 덧셈과 뺄셈 능력은 입증되었다. 이제 꿀벌도 기본 사칙연산을 수행할 수 있는 동물 목록에 포함된 것이다.

작은 꿀벌이 기본적인 수학 문제를 성공적으로 해결할 수 있다는 사실은 자연에 아직 미지의 자원과 잠재력이 많이 있음을 보여준다. 그리고 정확하게 사용된다면 자연의 숨겨진 능력을 더 발전시키는 것이 궁극적으로 인간에게도 도움이 될 것이다.

[팸타임스=이재한 기자]