Včely medonosné dokáží rozpoznávat lidské tváře – lze je vycvičit k rozlišování mezi jednotlivými lidmi podle obličeje a nadále je rozpoznávat z různých úhlů pohledu, a to i přesto, že mají mozek menší než špendlíková hlavička.

Standardní populární chápání rozpoznávání lidského obličeje jej považuje za problém tak složitý, že k jeho vyřešení je zapotřebí velkých mozků a specializovaných nervových oblastí. Lidská vřetenovitá oblast obličeje, část spánkového laloku, která se aktivuje konkrétně při pohledu na obličej, je studována po celá desetiletí jako nervový základ této schopnosti. Toto chápání je pravděpodobné. Zároveň však podle zjištění z roku 2005, které bylo v následujících letech potvrzeno a rozšířeno, není zcela správné. Včely medonosné, s mozkem o průměru zhruba jeden milimetr, který obsahuje asi milion neuronů, lze vycvičit k rozpoznávání jednotlivých lidských obličejů.

Výsledek publikoval v časopise Journal of Experimental Biology Adrian Dyer, tehdy působící na Univerzitě Johannese Gutenberga v Mohuči a na Univerzitě v Cambridgi, ve spolupráci s Christou Neumeyerovou z Mohuči a Larsem Chittkou z Královny Marie na Londýnské univerzitě. Podle článku týmu z roku 2005 dokázaly jednotlivé včely trénované na fotografiích ze standardního testu lidské psychologie rozlišit cílový obličej od podobného obličeje, který je rušivým faktorem, s přesností přes 80 procent a trénovaný obličej mohly rozpoznávat i dva dny po tréninku. Včely nikdy předtím nebyly vystaveny lidským tvářím v žádném evolučním ani vývojovém smyslu. Úkol se naučily, protože Dyerův tým jim nabídl cukrovou vodu za to, že ho správně vyřešily.

Jak experiment fungoval

Metodologie využila proslulé robustní asociativní schopnosti včel. Včely jsou zkušenými učiteli vzorů; a musí být, protože květy, ze kterých sbírají potravu, mají obrovskou rozmanitost tvarů a barev a přesné rozpoznávání typů květin, které jim přinášejí uspokojivé výsledky, je pro jejich život klíčové. Dyer usoudil, že stejný mechanismus by mohl být použitelný pro jakýkoli vizuální vzor, ​​včetně takového, který pro včelu nemá vůbec žádný evoluční význam.

Tým předložil včelám fotografie lidských tváří pořízené z testu rozpoznávání obličejů, který byl původně vyvinut pro výzkum lidské psychologie. Fotografie byly oříznuty pouze na obličej a krk, se standardizovaným osvětlením a pozadím, aby se včelám zabránilo v použití oblečení nebo jiných kontextových signálů. Jeden obličej byl spojen s kapkou roztoku sacharózy. Ostatní obličeje byly spojeny s kapkou roztoku hořkého chininu. Během opakovaných tréninkových pokusů se jednotlivé včely naučily létat k odměněnému obličeji a vyhýbat se ostatním.

Klíčový výsledek přišel v testovacích pokusech bez odměny, ve kterých byly obě tváře předloženy bez cukru, aby se potvrdilo, že včely nesledovaly pouze zbytkový pach. Včely se i nadále přibližovaly k trénované tváři s přesností 80 až 90 procent. Podle článku časopisu Science přetrvávala paměť včel na tváře nejméně dva dny po trénování a rozpoznávání bylo odolné vůči změnám polohy tváře na testovací desce.

Stejná strategie, jakou používá lidský mozek

Hlubší zjištění přišlo v roce 2010 v navazující studii Aurore Avargues-Weber a Martina Giurfy z Univerzity Paula Sabatiera v Toulouse ve spolupráci s Dyerem. Tato studie, rovněž publikovaná v časopise Journal of Experimental Biology , testovala, jak včely rozpoznávají obličeje. Tým trénoval včely na velmi zjednodušených obrázcích podobných obličejům, které se skládaly ze dvou teček pro oči, svislé čárky pro nos a vodorovné čárky pro ústa, a poté testoval, zda se včely učí jednotlivé rysy, vztahy mezi rysy, nebo obojí.

Včely se učily konfiguraci. Když byly rysy přeskupeny do vzoru, který nepřipomínal obličej, vycvičené včely již nerozpoznávaly obraz jako odměněný, přestože byly přítomny všechny jednotlivé rysy. Když byly rysy zmenšeny, mírně otočeny nebo posunuty po zorném poli společně jako skupina, rozpoznání bylo zachováno. Strategie, kterou včely používaly, je to, co kognitivní vědci nazývají konfiguračním zpracováním: identifikace podle relativního prostorového uspořádání rysů, spíše než podle samotných rysů. Je to stejná strategie, jakou používá lidský vizuální systém při zpracování obličejů, a proto inverze obličeje, která narušuje konfigurační signály, dramaticky zhoršuje rozpoznávání lidského obličeje, ale má malý vliv na rozpoznávání jiných kategorií objektů.

Giurfa, citovaný v tiskových materiálech týmu, formuloval důsledky takto: „Opravdu úžasné je, že hmyz s mozkem o velikosti mikrotečky dokáže zvládnout tento typ analýzy obrazu, když máme celé oblasti mozku věnované tomuto problému.“

Co to znamená o velikosti mozku

Mozek včely medonosné obsahuje zhruba 960 000 neuronů v objemu asi jednoho krychlového milimetru. Lidský mozek obsahuje zhruba 86 miliard neuronů v objemu asi 1 200 krychlových centimetrů. Poměr je přibližně jedna desetitisícina. Podle článku v prosinci 2013 v časopise Scientific American, jehož spoluautory jsou Elizabeth Tibbetts z Michiganské univerzity a Adrian Dyer, nyní působící na RMIT University v Melbourne, je objev včely součástí širšího trendu ve výzkumu kognitivních funkcí zvířat, který ukazuje, že několik složitých vizuálních úkolů, včetně rozpoznávání individuálních obličejů, lze provádět neuronovými obvody mnohem menšími než oblast vřetenovité tváře savců.

Důsledky vedou dvěma směry. Zaprvé, existence specializované oblasti pro zpracování obličeje v lidském mozku nemusí znamenat, že rozpoznávání obličeje vyžaduje specializovanou oblast, pouze to, že lidský mozek ji vyhradil pro úkol, který lidé vykonávají často. Výsledek s včelou naznačuje, že univerzální vizuální učící se mechanismy mohou vyřešit problém rozpoznávání obličeje s dostatečným tréninkem, aniž by vyžadovaly specializovaný hardware. Zadruhé to naznačuje, že skutečný výpočetní problém rozpoznávání obličeje je ze své podstaty méně obtížný, než naznačovala architektura mozku savců. Počítačoví vědci pracující na umělých systémech rozpoznávání obličeje si toho všimli; Dyerova skupina výslovně navrhla, že konfigurační přístup včel by mohl ovlivnit návrh algoritmů pro systémy, které potřebují pracovat s omezenými výpočetními zdroji.

Širší kognitivní obraz spočívá v tom, že komplexní sociální a vizuální schopnosti se v liniích s velmi odlišnou architekturou mozku vyvinuly vícekrát na základě obecných principů učení, které nevyžadují velké mozky. Včely ve svém přirozeném prostředí nemusí rozpoznávat lidské tváře. Skutečnost, že to dokážou, když jim je nabídnuta sladká voda k pokusu, je důkazem překvapivé flexibility malých nervových systémů a překvapivé řešitelnosti problému, který lidská neurověda dlouho považovala za výjimečný.