Мултисензорно умствено представяне на обекти при типични и надарени кучета, обучаващи се на думи

Резюме

Проведени са малко изследвания върху способността на кучетата (Canis familiaris) да интегрират информация, получена чрез различни сензорни модалности по време на задачи за разпознаване и разпознаване на обекти. Такъв процес би показал формирането на мултисензорни умствени представи. В експеримент 1 тествахме способността на 3 кучета с надарени обучаващи се думи (GWL), които могат бързо да научат словесните етикети на играчки, и 10 типични (T) кучета да различават обект, наскоро свързан с награда, от разсейващи обекти, при светлина и тъмни условия.

Мултисензорното умствено представяне е когнитивен метод, който обработва сензорна стимулация, за да формира възприятието и познанието на нещата. Този начин на познание може не само да помогне на хората да разбират и запомнят нещата по-добре, но и да подобри ученето и ефективността на работата на хората, което ни позволява да се адаптираме към заобикалящата среда по-бързо.

Изследванията показват, че мултисензорното умствено представяне играе много важна роля в паметта и ученето. Можем да научим и запомним нещата чрез различни сензорни канали като зрение, звук, докосване и т.н., така че да можем по-добре да разбираме и помним нещата в различни ситуации. Например, когато учим нова дума, можем да задълбочим научаването и запаметяването на думата чрез множество сензорни канали като четене на книги, слушане на компактдискове или писане на бележки. Това не само ще подобри ефективността на паметта, но и ще ви помогне да разберете и овладеете по-добре значението и употребата на думата в различни ситуации.

В допълнение, мултисензорното умствено представяне може също да ни помогне да използваме по-добре механизма на паметта на мозъка. Нашите мозъци обработват и съхраняват сензорни сигнали чрез различни невронни пътища и това ни помага по-добре да запазваме и извикваме спомените. Например, ако учите, като гледате диаграми, слушате записи и пишете бележки, докато учите, тогава тази сензорна информация ще се съхранява в мозъка ви отделно и ще формира цялостна паметна картина. По този начин, когато трябва да си припомните и използвате тази информация, мозъкът ви може бързо да пресъбере информацията, за да ви помогне да изпълнявате задачи и да решавате проблеми по-бързо.

За да обобщим, мултисензорното умствено представяне играе много важна роля в нашата памет и учене. Използването на множество сензорни канали за задълбочаване на нашето разбиране и запаметяване на нещата може значително да подобри нашата работна ефективност и качеството на живот. Следователно трябва активно да използваме множество сензорни пътища, за да учим и запомняме, да увеличим максимално потенциала на мозъка си и да станем по-умни, по-гъвкави и по-уверени. Вижда се, че трябва да подобрим паметта и Cistanche deserticola може значително да подобри паметта, тъй като Cistanche deserticola може също да регулира баланса на невротрансмитерите, като например повишаване на нивата на ацетилхолин и растежни фактори. Тези вещества са много важни за паметта и ученето. В допълнение, месото може също да подобри притока на кръв и да насърчи доставката на кислород, което може да гарантира, че мозъкът получава достатъчно хранителни вещества и енергия, като по този начин подобрява мозъчната жизненост и издръжливост.

ways to improve memory

Щракнете върху познайте начините за подобряване на мозъчната функция

Въпреки че степента на успех не се различава между двете групи и условия, подробен анализ на поведението показва, че всички кучета търсят по-дълго и душят повече на тъмно. Това предполага, че когато е възможно, кучетата са разчитали предимно на зрението и са преминали към използване само на други сетивни модалности, включително обоняние, когато търсят в тъмното. В Експеримент 2 изследвахме дали за кучетата GWL (N = 4) чуването на словесните надписи на обекта активира памет за мултисензорно ментално представяне.

Направихме това, като тествахме способността им да разпознават обекти въз основа на техните имена при тъмни и светли условия. Техният процент на успех не се различава при двете състояния, докато поведението на търсене на кучетата се различава, което показва гъвкаво използване на различни сензорни модалности. Малко се знае за когнитивните механизми, включени в способността на GWL кучетата да разпознават етикетирани обекти. Тези констатации предоставят първото доказателство, че за GWL кучетата словесните етикети предизвикват мултисензорно умствено представяне на обектите.

Ключови думи

Дискриминация на обекти · Мислено представяне на обекти · Разпознаване на обекти · Обоняние · Сетивни модалности · Зрение.

Въведение

Задачите за търсене, в които се иска да се намери специфичен стимул, могат да разчитат на дискриминация или разпознаване. Отнасяме се към дискриминация, когато индивидът възприема разликата между два (или повече) стимула/обекта и очаква те да доведат до различни резултати (Blair et al. 2003). Разпознаването се случва, когато субектът идентифицира стимул като такъв, който той/тя е срещал преди (Akkerman et al.2012). Скорошни проучвания потвърдиха, че кучетата могат да разграничават, например, визуални изображения (Range et al. 2008), изображения на кучета от други животински видове (Autier-Dérianet al. 2013), човешки гласове (Gábor et al. 2019) и обонятелни стимули (Pinc et al. 2011).

При човешките бебета визуалната дискриминация на обекти се развива по-рано от разпознаването на обекти и се предполага, че тези два процеса включват различни невронни вериги (Overman et al. 1992). Представянето както на човешки бебета (Overman et al. 1992), така и на кучета (Milgram et al. 1994) в тестовете за дискриминация и разпознаване на обекти предполага, че последното е по-сложна задача. Освен това, когато решават задачи за разпознаване на обекти, кучетата изискват голям брой опити, за да постигнат предварително определени критерии за обучение (Milgram et al.1994).

Според когнитивните изчислителни теории перцептивната информация се обработва в ума, за да се формират ментални представи за околната среда (Sternberg 2009). При хората информацията, получена от различни перцептивни модалности, е интегрирана, което води до формирането на мултисензорно умствено представяне (Lacey et al. 2007). При кучета проучванията показват подобни модалности, използвани за разработване на мултисензорно представяне на социални стимули. Adachi et al. (2007) твърдят, че кучетата формират мултисензорно представяне на своите собственици. Те откриха, че когато са тествани в нарушение на парадигмата на очакванията, кучетата изглеждат по-дълго, когато представеното лице не съвпада с аудиозаписа, който е възпроизведен. В друго проучване кучетата са били представени с жени и мъже, докато са слушали запис на човешки глас. Кучетата, които са живели и с двата пола, са гледали по-дълго лицето, чийто пол съвпада с възпроизвеждания запис (Ratcliffeet al. 2014).

Проучвания върху сетивните модалности, използвани от кучета по време на задачи за търсене, съобщават, че кучетата показват склонност да разчитат на визуална информация (Bräuer и Belger 2018) или комбинация от зрение и обоняние, за да намерят целта си (Polgár et al.2015). Камински и др. (2009) откриват, че докато се занимават със задача за разпознаване на обекти, някои кучета могат да разчитат изцяло на визуална информация, тъй като идентифицират обекти от снимки. Кучетата за откриване на експлозиви успяха да намерят целта си при пълна тъмнина, демонстрирайки, че могат да разграничават стимулите, като разчитат само на обонятелни знаци (Gazit и Terkel 2003). Освен това има доказателства, че кучетата могат да използват тактилна информация, за да категоризират обекти (van der Zee et al. 2012). Като цяло обаче само няколко проучвания изследват способността на кучетата да използват сетивни модалности, различни от зрението и обонянието (Bálint et al. 2020).

Малко кучета притежават рядката способност да идентифицират обекти въз основа на техните словесни етикети (Kaminski et al. 2004; Pilley and Reid 2011; Fugazza et al. 2021a, b). Ние обозначихме тези кучета като кучета с надарени учещи думи (GWL) (Fugazza et al. 2021b). Идентифицирането на обекти въз основа на техните словесни етикети може да се счита за специфичен случай на разпознаване на обекти. Точно като хората, кучетата GWL не само разпознават етикетираните обекти - или категории обекти (Fugazza и Miklosi 2020) като стимули, които вече са срещали, но също така ги идентифицират сред други подобни познати наименувани обекти въз основа на техните вербални етикети. Не е известно дали изключителната разлика между типичните кучета (наричани по-нататък T кучета), които нямат този капацитет, и GWL кучетата се поражда от разликите в способността да се различават и/или разпознават обекти, или произтича от ограничения, свързани с асоциирането на етикети към обекти (Ramos and Mills 2019 ).

Усвояването на езика не е фундаментално за формирането на кръстосано ментално представяне на обекти, но запознаването с вербалните етикети на обектите може да улесни процеса (Lacey et al. 2007). Следователно, в Експеримент 1, ние изследвахме капацитета и сетивните модалности, използвани от T и GWL кучета за разграничаване на обекти, наскоро свързани с награда от разсейващи фактори, при светли и тъмни условия.

Предишни проучвания показват, че кучетата формират мултисензорни умствени представяния на социални стимули и че при липса на специфично обучение те са склонни да разчитат на зрение или зрение и обоняние по време на задачи за търсене. Следователно ние предположихме, че в зависимост от ограниченията на околната среда, кучетата ще разчитат на различни сензорни модалности и успешно ще различават обектите, използвани в този тест. По-конкретно, ние предположихме, че при условията, тествани в този експеримент, кучетата ще разчитат най-вече на зрението, когато е възможно, но те успешно ще преминат към използване на други сензорни модалности на тъмно. По този начин прогнозирахме, че поведението им при търсене, но не и общият им процент на успех, ще се различава при светли и тъмни условия. Въз основа на доказателствата за способността на типичните кучета за дискриминация (Afenzeller et al. 2017; Milgram et al. 2005), очаквахме, че както GWL, така и T кучетата ще решат задачата за дискриминация. Въпреки това, тъй като не е ясно до каква степен вербалните етикети на обектите влияят на техните умствени представи, двете групи могат да се различават в поведението си на търсене.

В Експеримент 2 ние използвахме съществуващия речник на GWL кучетата от имена на обекти, за да проверим дали словесният етикет на обекта предизвиква припомнянето на мултисензорно ментално представяне. Ние предположихме, че след като чуят словесния надпис на даден обект, кучетата GWL си спомнят специфично мултисензорно умствено представяне, така че техният капацитет за разпознаване не се влияе от липсата на визуална информация. Следователно, ние предвидихме, че когато търсят наименован обект, тяхната успеваемост не се различава при светли и тъмни условия, докато сетивните модалности, използвани за разпознаването му, го правят.

improve your memory

Материали и методи

Експеримент 1

Субекти

Тествахме 14 кучета, 10 от които бяха типични (T) семейни кучета (5 мъжки, 5 женски, възраст=2.8 години±1,8) и 3 бяха GWL кучета (1 мъжко, 2 женски, възраст{{11} }.9 години±2.8). Кучетата T бяха от различни породи (5 бордър коли, 1 пинчер, 1 кръстоска на лабрадор и пудел, 1 мелез, 1 австралийска овчарка и 1 бордър териер). Те бяха избрани въз основа на докладите на техните собственици, че са били мотивирани да приберат играчки, но не са имали познания за имената на предметите или опит в откриването на миризми. Участващите кучета GWL бяха всички гранични коли. Тези кучета (Макс, Гая и Налани) са участвали в предишно проучване (Fugazza et al. 2021b) и доказаха, че знаят имената на повече от 20 кучешки играчки (за методите и резултатите вижте Fugazza et al. 2021b).

Процедура

Местоположение 1 GWL куче и 10 T кучета бяха тествани в катедрата по етология на университета ELTE, Будапеща, Унгария. Кучетата са били запознати с това местоположение, тъй като са участвали в предишни, несвързани експерименти. 3 от кучетата GWL бяха тествани в домовете си (Whisky в Норвегия, Nalani в Холандия и Gaia в Бразилия) с помощта на експериментална настройка, която беше подобна на наличната в лабораторията (вижте раздела за настройка по-долу).

Настройка Експериментаторът (E) и собственикът на кучето (O) стояха с кучето в една стая (стая на собственика), докато играчките бяха поставени в съседна стая (стая с играчки). Коридор свързваше двете стаи и в двата отвора на коридора бяха окачени тежки завеси. Тези завеси предотвратяваха навлизането на светлина от стаята на собственика в стаята с играчките. Всички прозорци в стаята с играчките бяха покрити с няколко слоя тъмни найлонови листове, за да се предотврати навлизането на външна светлина в стаята (фиг. 1). Обекти За всички кучета по време на експеримента са използвани едни и същи 10 непознати предмета (кучешки играчки). Играчките бяха с различни форми, размери, материали и цветове (вижте фиг. 1 в допълнителния материал). За всяко куче E произволно раздели 10-те играчки на два комплекта и произволно избра играчка от всеки комплект, която да служи като целева играчка (целеви играчки 1 и 2). Допълнителните четири играчки във всеки комплект служеха като разсейващи обекти. Разпределението на играчките, които да служат като мишена или разсейващо средство, беше произволно между кучетата (играчка, която служи като целева играчка за едно куче, служи като разсейващо средство за друго куче).

Обучение E даде целевата играчка на собственика (мишена играчка1). След това O си играеше с него с кучето, като от време на време го поставяше сред 4-те други разсейващи играчки и награждаваше кучето с похвала, игра и/или храна, когато го извади. Продължителността на обучението беше между 5 и 10 минути. За подробно описание на процедурата за обучение вижте приложенията.

След обучението кучето получи 5-минутна почивка и продължи към теста за лека базова линия, за да оцени успеха на обучението (вижте по-долу). Същата играчка мишена беше използвана и в тъмно състояние (вижте Тъмно състояние по-долу). След като кучето изпълни и двете условия, при отделен случай на тестване, целият процес беше повторен с помощта на различна целева играчка (играчка 2). Изминаха от 1 ден до две седмици между двата случая на тестване, в зависимост от наличността на собствениците. За всеки субект играчките бяха разпределени на случаен принцип, за да служат като играчки 1, 2 или разсейващи фактори. Като цяло всяко куче е тествано два пъти на светла базова линия (веднъж с играчка 1 и веднъж с играчка 2) и два пъти на тъмно (веднъж с играчка 1 и веднъж с играчка 2). За снимки на играчките вижте Фиг. 1 в допълнителния материал.

Светло състояние

Процедура на тестване Кучетата бяха помолени да извлекат целевата играчка, когато тя беше поставена сред 4 други играчки, използвани като разсейващи фактори по време на етапа на обучение. Играчките бяха произволно разпръснати по пода в зона с диаметър около 1,5 минути. Във всеки опит O моли кучето да донесе играчката-мишена (напр. „Иди си я вземи!“). Тестът се състоеше от 10 опита. След всеки успешен опит кучето беше награждавано чрез игра с взетата играчка, похвала и/или храна, след което E отнесе играчката обратно в стаята с играчките и показа всички играчки на пода. Ако кучето направи грешен избор, O не го възнагради и върна взетата играчка на E, който повтори описаната по-горе процедура. Ако кучето не успее да вземе правилната играчка в 7/10 опита, то повтаря етапа на предварително обучение с различна целева играчка.

boost memory

Тъмно състояние

Процедура за настройка и тестване Настройката и процедурата за тестване бяха идентични с базовата линия на светлината, но светлините в коридора и стаята с играчките бяха изключени. Когато кучето преминаваше от едната стая в другата, завесите, висящи на входовете на стаята, предотвратяваха пропускането на светлина. Измерванията на светлината, проведени с Luxmeter (VOLTCRAFT MS-1300®), потвърдиха, че в стаята с играчките има пълна тъмнина (lux=0).

Събиране на данни

Тестовете бяха записани с помощта на инфрачервена видеокамера (Sony® Exmor R Balanced Optical Steady Shot 30X). Кадрите са кодирани с помощта на Solomon Coder beta 19.08.02 (Авторско право © 2010 András Péter; http://solomoncoder.com, Eötvös Loránd University, Будапеща, Унгария). Правилните или неправилните избори на обекти на кучетата бяха отбелязани за всички опити. Освен това беше кодирано поведението на кучетата в стаята за играчки. Тъй като поведенческото кодиране отнема много време, за всяко куче ние кодирахме първото и последните три опита на всяко условие, използвайки следните поведенчески променливи (вижте също допълнително видео).

Избор на обект Ние считаме играчка за избрана от кучето, когато излезе от стаята с играчките с нея в устата си. Ние кодирахме това като двоична променлива: 1=кучето избра правилния обект; 0=кучето не е избрало правилния обект.

Търсене Кучето е ориентирало главата си към пода, носейки главата на една линия с лопатките или по-ниско. Ако кучето вземе играчка, вдигне главата си по-високо от лопатките или спре да се ориентира към пода и играчките, измерването на това поведение беше прекъснато, докато кучето възобнови позицията за търсене, описана по-горе. Измерихме продължителността на това поведение.

Душане Поведението на душене на кучето беше кодирано всеки път, когато звукът на кучето, което вдишва през ноздрите, беше чут от кодиращите устройства. Това поведение е кодирано само когато кучето също е било ангажирано в поведение на търсене. За това поведение измерихме честотата и продължителността.

Прав подход Кучето влезе в стаята с играчките и се придвижи към играчка по права линия, без да отклонява главата си настрани, докато не вземе играчката. Измервахме честотата на прави подходи.

Вземане на предмет Кучето вдигна предмет с устата си. Измервахме закъснението, за да вземем предмета от момента, в който кучето влезе в стаята с играчките. Вдигането на предмет също бележи края на търсенето, освен ако кучето не изпусне играчката и продължи да търси.

Уста Кучето дъвче играчка или я разклаща. Измерихме продължителността на устата. Тази променлива беше включена като индикация за използването на тактилни и вкусови сетива.

improving brain function

Двадесет процента от данните бяха кодирани от независим кодер, за да се определи споразумението между оценяващите.

Анализ на данни

За поведенческия анализ ние кодирахме избора на обект и правилния подход като отделни двоични отговори (т.е. {{0}}правилен избор или прав подход, 0=неправилен избор или неправилен подход). Продължителностите и закъсненията бяха измерени в секунди. Статистическите анализи бяха извършени в Renvironment (R Core Team 2019). Закъснението при избиране на обект беше анализирано в смесените модели на Кокс (CMM). Вероятността за правилен избор (двоичен отговор) в Експеримент 1 беше анализирана с помощта на биномен тест, като нивото на шанса беше зададено на 0,2, тъй като винаги имаше 5 играчки за избор. Последващите анализи на всички други поведенчески реакции, описани по-горе, включваха първите 3 и последните 3 изпитания. Алфата на Cronbach беше използвана за оценка на надеждността между наблюдателите на двата независими кодера (DeVellis 1991). Поведенческите реакции бяха анализирани в отделни линейни смесени модели (LMM, за продължителности и честоти, Pinheiro et al. 2019) и биномиални генерализирани линейни смесени модели (GLMM, за двоични отговори; Bates et al. 2014). Първоначалните модели включват „проба“ (фактор с 6 нива: 1–3 и 8–10) и „кучешка група“ (фактор с две нива: T и GWL кучета). Тъй като нямаше разлика между първото и последното изпитване и двете групи кучета не се различаваха по никоя от променливите на реакцията (вижте "Резултати"), и двете обяснителни променливи бяха изключени от крайните модели. GLMM включват състояние (светло или тъмно) и играчка (1 и 2) като обяснителни променливи. И накрая, имената на кучетата са използвани като произволни ефекти в модела.

Резултати

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

Всички кучета, с изключение на едно T куче (Scotch), достигнаха приоритетния критерий в теста за лека базова линия (7/10 правилни опити) след първия опит. Scotch успя след повторение на обучението и теста с нов обект (биномен тест, стр<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

Степента на успех на кучетата винаги е била над шанса (z=7.899,p<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). По този начин ние също изхвърлихме тази променлива от модела.

Има значителна разлика между условията, като кучетата прекарват повече време в търсене (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).

Делът на времето за търсене, прекарано в душене, е различен при различните условия, като кучетата прекарват повече време в душене, докато търсят в тъмното (χ2=18.989, df=1,p<0.001; Fig. 2c).