Мультисенсорна психічна репрезентація об'єктів у типових і обдарованих собак, які навчаються слову

Анотація

Було проведено мало досліджень щодо здатності собак (Canis familiaris) інтегрувати інформацію, отриману за допомогою різних сенсорних модальностей під час завдань розрізнення та розпізнавання об’єктів. Такий процес вказував би на формування багаточуттєвих психічних уявлень. В Експерименті 1 ми перевірили здатність 3 собак із обдарованими знаннями слів (GWL), які можуть швидко вивчати словесні мітки іграшок, і 10 типових (T) собак відрізняти об’єкт, який нещодавно асоціювався з винагородою, від об’єктів, що відволікають увагу, під світлом і темні умови.

Мультисенсорна розумова репрезентація — це когнітивний метод, який обробляє сенсорну стимуляцію для формування сприйняття та пізнання речей. Цей спосіб пізнання може не тільки допомогти людям краще розуміти та запам’ятовувати речі, але й покращити навчання та ефективність роботи, дозволяючи нам швидше адаптуватися до навколишнього середовища.

Дослідження показують, що мультисенсорне мислення відіграє дуже важливу роль у пам’яті та навчанні. Ми можемо вивчати та запам’ятовувати речі через різні сенсорні канали, такі як зір, звук, дотик тощо, щоб ми могли краще розуміти та запам’ятовувати речі в різних ситуаціях. Наприклад, коли ми вивчаємо нове слово, ми можемо поглибити вивчення та запам’ятовування слова за допомогою кількох сенсорних каналів, таких як читання книг, прослуховування компакт-дисків або написання нотаток. Це не тільки покращить ефективність пам’яті, але й допоможе вам краще зрозуміти та засвоїти значення та використання слова в різних ситуаціях.

Крім того, мультисенсорне мислення також може допомогти нам краще використовувати механізм пам’яті мозку. Наш мозок обробляє та зберігає сенсорні сигнали за допомогою різних нейронних шляхів, і це допомагає нам краще зберігати та запам’ятовувати спогади. Наприклад, якщо ви навчаєтеся, дивлячись на схеми, прослуховуючи записи та пишучи нотатки під час навчання, тоді ця сенсорна інформація буде зберігатися у вашому мозку окремо та формуватиме повну картину пам’яті. Таким чином, коли вам потрібно згадати та використати цю інформацію, ваш мозок може швидко зібрати інформацію, щоб допомогти вам швидше виконувати завдання та вирішувати проблеми.

Підсумовуючи, мультисенсорне мислення відіграє дуже важливу роль у нашій пам’яті та навчанні. Використання кількох сенсорних каналів для поглиблення нашого розуміння та запам’ятовування речей може значно підвищити ефективність нашої роботи та якість життя. Тому ми повинні активно використовувати численні сенсорні шляхи, щоб навчатися та запам’ятовувати, максимізувати потенціал нашого мозку та робити себе розумнішими, гнучкішими та впевненішими. Видно, що нам потрібно покращити пам’ять, і Cistanche deserticola може значно покращити пам’ять, оскільки Cistanche deserticola також може регулювати баланс нейромедіаторів, наприклад підвищувати рівень ацетилхоліну та факторів росту. Ці речовини дуже важливі для пам'яті та навчання. Крім того, м’ясо також може покращити кровообіг і сприяти доставці кисню, що може гарантувати, що мозок отримує достатню кількість поживних речовин і енергії, тим самим покращуючи життєздатність і витривалість мозку.

ways to improve memory

Клацніть «Знай, як покращити роботу мозку».

Хоча відсоток успіху не відрізнявся між двома групами та умовами, детальний аналіз поведінки показав, що всі собаки шукали довше та більше нюхали в темряві. Це свідчить про те, що, коли це було можливо, собаки покладалися переважно на зір і переходили на використання лише інших сенсорних модальностей, включаючи нюх, під час пошуку в темряві. В експерименті 2 ми досліджували, чи для собак GWL (N = 4) слухання вербальних написів об’єкта активує пам’ять про мультисенсорне ментальне уявлення.

Ми зробили це, перевіривши їх здатність розпізнавати об’єкти за їх назвами в умовах темряви та світла. Рівень успіху не відрізнявся між двома умовами, тоді як пошукова поведінка собак була, що вказує на гнучке використання різних сенсорних модальностей. Мало відомо про когнітивні механізми, задіяні в здатності собак GWL розпізнавати позначені об’єкти. Ці знахідки є першим доказом того, що для собак GWL словесні мітки викликають мультисенсорне ментальне уявлення об’єктів.

Ключові слова

Розрізнення об’єктів · Психічна репрезентація об’єктів · Розпізнавання об’єктів · Нюх · Сенсорні модальності · Бачення.

вступ

Завдання пошуку, в яких потрібно знайти конкретний стимул, можуть покладатися на розрізнення або розпізнавання. До дискримінації говорять, коли особа відчуває різницю між двома (чи більше) стимулами/об’єктами та очікує, що вони призведуть до різних результатів (Blair et al. 2003). Розпізнавання відбувається, коли суб’єкт ідентифікує стимул як такий, з яким він/вона стикався раніше (Akkerman et al.2012). Недавні дослідження підтвердили, що собаки можуть розрізняти, наприклад, візуальні зображення (Range та ін. 2008), зображення собак інших видів тварин (Autier-Dérianet ін. 2013), людські голоси (Gábor та ін. 2019) та нюхові стимули (Pinc та ін. 2011).

У немовлят візуальне розпізнавання об’єктів розвивається раніше, ніж розпізнавання об’єктів, і існує гіпотеза, що ці два процеси включають різні нейронні ланцюги (Overman et al. 1992). Ефективність як людських немовлят (Overman et al. 1992), так і собак (Milgram et al. 1994) у тестах на розрізнення та розпізнавання об’єктів свідчить про те, що останнє є більш складним завданням. Крім того, під час вирішення завдань розпізнавання об’єктів собакам потрібна велика кількість спроб, щоб досягти заздалегідь визначених критеріїв навчання (Milgram et al.1994).

Відповідно до когнітивних обчислювальних теорій, перцептивна інформація обробляється в розумі для формування ментальних уявлень про навколишнє середовище (Sternberg 2009). У людей інформація, отримана з різних модальностей сприйняття, інтегрується, що призводить до формування мультисенсорного ментального уявлення (Lacey et al. 2007). Дослідження на собаках показали, що подібні модальності використовуються для розвитку мультисенсорного представлення соціальних стимулів. Adachi та ін. (2007) стверджували, що собаки формують мультисенсорне уявлення про своїх власників. Вони виявили, що під час тестування з порушенням парадигми очікувань собаки виглядали довше, коли представлене обличчя не збігалося з відтвореним аудіозаписом. В іншому дослідженні собакам показували жінок і чоловіків під час прослуховування запису людського голосу. Собаки, які жили з обома статями, довше дивилися на людину, стать якої збігалася з записом (Ratcliffeet ін. 2014).

Дослідження сенсорних модальностей, які використовували собаки під час пошукових завдань, показали, що собаки демонстрували тенденцію покладатися на візуальну інформацію (Bräuer and Belger 2018) або поєднання зору та нюху, щоб знайти свою ціль (Polgár et al.2015). Камінські та ін. (2009) виявили, що, виконуючи завдання з розпізнавання об’єктів, деякі собаки могли покладатися виключно на візуальну інформацію, оскільки вони ідентифікували об’єкти з картинок. Собаки-розшуки вибухівки змогли знайти свою ціль у повній темряві, продемонструвавши, що вони можуть розрізняти подразники, покладаючись лише на нюхові сигнали (Gazit and Terkel 2003). Крім того, є докази того, що собаки можуть використовувати тактильну інформацію для класифікації об’єктів (van der Zee et al. 2012). Однак загалом лише кілька досліджень досліджують здатність собак використовувати сенсорні модальності, окрім зору та нюху (Bálint та ін. 2020).

Кілька собак демонструють рідкісну здатність ідентифікувати об’єкти на основі їх вербальних міток (Kaminski та ін. 2004; Піллі та Рейд 2011; Фугацца та ін. 2021a, b). Ми позначили цих собак як собак, які обдаровано вивчають слова (Fugazza та ін. 2021b). Ідентифікацію об’єктів на основі їхніх словесних міток можна вважати конкретним випадком розпізнавання об’єктів. Подібно до людей, собаки GWL не лише розпізнають позначені об’єкти — або категорії об’єктів (Fugazza and Miklosi 2020) як подразники, з якими вони вже стикалися, але й ідентифікують їх серед інших схожих знайомих об’єктів з іменами на основі їхніх словесних позначок. Невідомо, чи надзвичайна різниця між типовими собаками (надалі Т-собаки), яким не вистачає такої здатності, та собаками GWL виникає через відмінності в здатності розрізняти та/або розпізнавати об’єкти, чи вона походить від обмежень, пов’язаних із асоціюванням міток до об’єктів (Ramos and Mills 2019). ).

Засвоєння мови не є фундаментальним для формування крос-модального ментального уявлення об’єктів, однак ознайомлення зі словесними мітками об’єктів може полегшити процес (Lacey та ін. 2007). Таким чином, в Експерименті 1 ми досліджували здатність і сенсорні модальності, які використовували собаки T і GWL для розрізнення об’єктів, нещодавно пов’язаних із винагородою, від відволікаючих факторів за умов освітлення та темряви.

Попередні дослідження показали, що собаки формують мультисенсорні психічні уявлення про соціальні стимули і що за відсутності спеціального навчання вони схильні покладатися на зір або зір і нюх під час пошукових завдань. Тому ми припустили, що залежно від обмежень навколишнього середовища собаки покладатимуться на різні сенсорні модальності та успішно розрізнятимуть об’єкти, використані в цьому тесті. Точніше, ми припустили, що в умовах, перевірених у цьому експерименті, собаки здебільшого покладаються на зір, коли це можливо, але вони успішно перемикаються на використання інших сенсорних модальностей у темряві. Таким чином, ми передбачили, що їх пошукова поведінка, але не їхній загальний рівень успішності, відрізнятиметься в світлих і темних умовах. Ґрунтуючись на доказах типової здатності собак до розрізнення (Afenzeller et al. 2017; Milgram et al. 2005), ми очікували, що і собаки GWL, і собаки T вирішать завдання дискримінації. Однак, оскільки неясно, якою мірою словесні позначки об’єктів впливають на їхні розумові уявлення, ці дві групи можуть відрізнятися у пошуковій поведінці.

В Експерименті 2 ми використали вже існуючий словник назв об’єктів собак GWL, щоб перевірити, чи словесна мітка об’єкта викликає пригадування мультисенсорної ментальної репрезентації. Ми припустили, що, почувши словесну назву об’єкта, собаки GWL згадують конкретне мультисенсорне психічне уявлення, так що на їх здатність до розпізнавання не впливає відсутність візуальної інформації. Таким чином, ми передбачили, що під час пошуку об’єкта з іменем рівень успіху не відрізняється в умовах освітлення та темряви, тоді як сенсорні модальності, які використовуються для його розпізнавання, відрізняються.

improve your memory

Матеріали та методи

Експеримент 1

Предмети

Ми протестували 14 собак, 10 з яких були типовими (T) сімейними собаками (5 самців, 5 самок, вік=2.8 років±1,8) і 3 були собаками GWL (1 самець, 2 самиці, вік{{11} }.9 років±2.8). Собаки Т були різних порід (5 бордер-коллі, 1 пінчер, 1 лабрадор-пудель, 1 дворняжка, 1 австралійська вівчарка та 1 бордер-тер'єр). Їх було відібрано на основі звітів їхніх власників про те, що вони були мотивовані діставати іграшки, але не мали знання назв предметів або досвіду виявлення запахів. Усі собаки GWL, які брали участь, були бордер-коллі. Ці собаки (Макс, Гайя та Налані) брали участь у попередньому дослідженні (Fugazza та ін. 2021b) і довели, що знають назви понад 20 іграшок для собак (про методи та результати див. Fugazza та ін. 2021b).

Процедура

Локація 1 собака GWL і 10 собак T були протестовані на кафедрі етології Університету ELTE, Будапешт, Угорщина. Собакам було знайоме це місце, оскільки вони брали участь у попередніх, не пов’язаних з цим експериментах. 3 собаки GWL були протестовані вдома (Віскі в Норвегії, Налані в Нідерландах і Гайя в Бразилії) з використанням експериментальної установки, схожої на ту, що доступна в лабораторії (див. розділ налаштування нижче).

Облаштування Експериментатор (E) і власник собаки (O) стояли з собакою в одній кімнаті (кімната господаря), а іграшки були розміщені в сусідній кімнаті (кімната іграшок). Коридор сполучав дві кімнати, і в обох отворах коридору були завішені важкі штори. Ці штори перешкоджали потраплянню світла з кімнати господаря в кімнату іграшок. Усі вікна в кімнаті іграшок були закриті кількома шарами темних нейлонових листів, щоб запобігти проникненню зовнішнього світла в кімнату (рис. 1). Об'єкти Для всіх собак під час експерименту використовувалися ті самі 10 незнайомих об'єктів (собачих іграшок). Іграшки були різних форм, розмірів, матеріалів і кольорів (див. рис. 1 у додатковому матеріалі). Для кожної собаки E навмання розділив 10 іграшок на два набори та навмання вибрав іграшку з кожного набору, яка буде служити цільовою іграшкою (цільові іграшки 1 і 2). Додаткові чотири іграшки в кожному наборі слугували відволікаючими об’єктами. Розподіл іграшок, які слугували мішенню або відволікаючим фактором, був випадковим між собаками (іграшка, яка слугувала мішенню для однієї собаки, слугувала відволікаючим фактором для іншої собаки).

Навчання E дав іграшку-мішень власнику (іграшка-мішень1). Потім O грав нею з собакою, час від часу ставлячи її серед 4 інших відволікаючих іграшок і винагороджуючи собаку похвалою, грою та/або їжею, коли вона її діставала. Тривалість тренування становила від 5 до 10 хвилин. Детальний опис процедури навчання див. у додатках.

Після тренування собака отримала 5-хвилинну перерву та продовжила легкий базовий тест, щоб оцінити успішність навчання (див. нижче). Ту саму іграшку-мішень також використовували в темних умовах (див. Темні умови нижче). Після того, як собака виконала обидві умови, під час окремого тестування весь процес повторили з використанням іншої цільової іграшки (іграшка 2). Між двома тестуваннями минув від 1 дня до двох тижнів, залежно від доступності власників. Для кожного суб’єкта іграшки були випадковим чином розподілені, щоб служити іграшками 1, 2 або відволікаючими факторами. Загалом кожну собаку перевіряли двічі на освітленій базовій лінії (один раз з іграшкою 1 і один раз з іграшкою 2) і двічі в темних умовах (один раз з іграшкою 1 і один раз з іграшкою 2). Зображення іграшок дивіться на мал. 1 у додатковому матеріалі.

Світлий стан

Процедура тестування Собак попросили дістати цільову іграшку, коли її помістили серед 4 інших іграшок, які використовувалися як відволікаючі засоби під час етапу навчання. Іграшки були випадковим чином розкидані на підлозі на ділянці приблизно 1,5 хвилини в діаметрі. У кожному випробуванні О просив собаку принести цільову іграшку (наприклад, «Іди, візьми її!»). Тест складався з 10 спроб. Після кожного успішного випробування собаку винагороджували грою з отриманою іграшкою, похвалою та/або їжею, потім Е забирав іграшку назад у кімнату з іграшками та показував усі іграшки на підлозі. Якщо собака робила неправильний вибір, O не винагороджував собаку і віддавав отриману іграшку E, який повторював описану вище процедуру. Якщо собаці не вдавалося дістати правильну іграшку в 7/10 спробах, вона повторювала етап попереднього навчання з іншою цільовою іграшкою.

boost memory

Темний стан

Налаштування та процедура тестування Налаштування та процедура тестування були ідентичні базовій лінії освітлення, але світло в коридорі та кімнаті з іграшками було вимкнено. Коли собака переходила з однієї кімнати в іншу, штори, що висіли на вході в кімнату, перешкоджали пропусканню світла. Вимірювання освітлення, проведене за допомогою люксметра (VOLTCRAFT MS-1300®), підтвердило, що в кімнаті з іграшками була повна темрява (люкс=0).

Збір даних

Тести записували за допомогою інфрачервоної відеокамери (Sony® Exmor R Balanced Optical Steady Shot 30X). Відео було закодовано за допомогою бета-версії Solomon Coder 19.08.02 (авторське право © 2010 András Péter; http://solomoncoder.com, Університет Етвеша Лоранда, Будапешт, Угорщина). Правильний або неправильний вибір об’єктів собаками відмічали для всіх випробувань. Крім того, було закодовано поведінку собак у кімнаті іграшок. Оскільки поведінкове кодування займало багато часу, для кожної собаки ми кодували перше та останні три випробування кожного стану, використовуючи наступні поведінкові змінні (див. також Додаткове відео).

Вибір об’єкта Ми вважали, що іграшку вибирає собака, коли виходить із кімнати з іграшками з нею в роті. Ми закодували це як бінарну змінну: 1=собака вибрала правильний об’єкт; 0=собака не вибрала правильний об’єкт.

Пошук Собака орієнтувала голову на підлогу, тримаючи голову на одній лінії з лопатками або нижче. Якщо собака взяла іграшку, підняла голову вище за лопатки або перестала орієнтуватися на підлогу та іграшки, вимірювання ця поведінка була перервана, доки собака не відновила пошукову позицію, описану вище. Ми виміряли тривалість такої поведінки.

Нюхання Поведінка собаки при нюханні кодувалася щоразу, коли кодувальники чули звук собаки, що вдихає через ніздрі. Ця поведінка була закодована лише тоді, коли собака також займалася пошуковою поведінкою. Для цієї поведінки ми виміряли частоту та тривалість.

Прямий підхід Собака увійшла в кімнату іграшок і рухалася до іграшки по прямій лінії, не відводячи голови в сторони, поки не підняла іграшку. Вимірювали частоту прямих підходів.

Підхоплення предмета Собака взяв предмет ротом. Ми виміряли затримку підняття предмета з моменту, коли собака увійшла в кімнату іграшок. Підняття предмета також означало кінець пошукової поведінки, якщо собака не впустив іграшку і не продовжував шукати.

Паща Собака жувала іграшку або трясла нею. Ми виміряли тривалість ротового сну. Ця змінна була включена як індикація використання тактильних і смакових відчуттів.

improving brain function

Двадцять відсотків даних було закодовано незалежним кодувальником для визначення згоди між оцінювачами.

Аналіз даних

Для поведінкового аналізу ми закодували вибір об’єкта та прямий підхід як окремі бінарні відповіді (тобто {{0}}правильний вибір або прямий підхід, 0=неправильний вибір або непрямий підхід). Тривалість і затримки вимірювалися в секундах. Статистичний аналіз проводився в Renvironment (R Core Team 2019). Затримку підбору об’єкта було проаналізовано за допомогою змішаних моделей Кокса (CMM). Імовірність правильного вибору (бінарна відповідь) в Експерименті 1 аналізували за допомогою біноміального тесту з рівнем шансів, встановленим на 0,2, оскільки завжди було 5 іграшок на вибір. Подальші аналізи всіх інших поведінкових реакцій, описаних вище, включали перші 3 і останні 3 випробування. Альфа Кронбаха була використана для оцінки між спостерігачами надійності двох незалежних кодерів (DeVellis 1991). Поведінкові реакції були проаналізовані в окремих лінійних змішаних моделях (LMM, для тривалості та частоти, Pinheiro та ін. 2019) та біноміальних узагальнених лінійних змішаних моделях (GLMM, для бінарних відповідей; Bates та ін. 2014). Початкова модель включала «випробування» (фактор із 6 рівнями: 1–3 та 8–10) та «собачу групу» (фактор із двома рівнями: собаки T та GWL). Оскільки різниці між першим і останнім випробуваннями не було, а дві групи собак не відрізнялися жодною зі змінних відповіді (див. «Результати»), обидві пояснювальні змінні були виключені з остаточних моделей. GLMM включали стан (світло або темно) та іграшку (1 і 2) як пояснювальні змінні. Нарешті, імена собак використовувалися як випадкові ефекти в моделі.

Результати

Inter‑rater agreement was excellent for all the variables (Cronbach's alpha, all variables>0.9)

Усі собаки, за винятком однієї собаки Т (скотч), досягли пріоритетного критерію в тесті на базову лінію (7/10 правильних спроб) після першої спроби. Скотч досяг успіху після повторного навчання та тесту з новим об’єктом (біноміальний тест, стор<0.05, Table S1 in the Supplementary material). All dogs were individually successful well above chance level (binomial tests, all p<0.05, Table S1 in the supp. mat.) in both light baseline and dark conditions, with both toys 1 and 2 (Fig. 2a).

10 ways to improve memory

Відсоток успіху собак завжди був вищим за ймовірність (z=7.899, стор<0.001) and there was no difference between the two groups (χ2=0.701, df=1, p =0.791). GWL and T dogs did not differ significantly in their behavioral response between the beginning (first 3 trials) and the end (last 3 trials) of the test (χ2=4.616, df=5, p =0.465). In addition, the two groups did not differ in any of the other response variables (LRT of dog group, LMM of frequency of sniffing: χ2=0.051, df=1, p=0.820; GLMM of frequency of straight approach: χ2=0.074, df=1, p=0.785; CMM of latency to pick up the toy: χ2=1.33, df=1, p=0.249; LMM of duration of sniffing χ2=0.923, df=1, p=0.337, searching χ2=0.359, df=1, p=0.549; and mouthing χ2=0.262, df=1, p=0.608), hence we analyzed results of all dogs together, irrespective of dog type. Accuracy in choosing the target toy was not influenced by the condition (χ2=0.239, p=0.625). There was an order effect related to the success rate: dogs showed a higher success rate with Toy 2 – i.e., the toy used in the second instance (χ2=5.473, df=1, p=0.01). Although, there was never a significant difference between toy 1 and toy 2 about the other behavioral variables (all p-values>0.05). Таким чином, ми також відкинули цю змінну з моделі.

Була значна різниця між умовами, коли собаки витрачали більше часу на пошук (χ2=122.92, df=1,p<0.001; Fig. 2b) and longer latency to pick up the toy in the dark (χ2=53.393, df=1, p<0.001). The duration of mouthing did not differ between conditions (χ2=1.653, df=1, p=0.197). The condition also affected the frequency of the straight approach, which never occurred in the dark (χ2=75.394, df=1, p<0.001).

Частка часу, витраченого на обнюхування, була різною залежно від умов, причому собаки витрачали більше часу на обнюхування під час пошуку в темряві (χ2=18.989, df=1,p<0.001; Fig. 2c).