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Neugier und Spieltrieb nutzen

Neurowissenschaftler am DPZ haben Tiertraining für neurowissenschaftliche Forschung automatisiert
Das Rhesusaffenmännchen Chico lernt an der Computer-Touchscreen-Kombination XBI kognitive Aufgaben zu erfüllen. In diesem Beispiel wird er mit Fruchtsaft aus dem Trinkröhrchen belohnt, wenn er das weiße Quadrat auf dem Bildschirm berührt. Foto: Ingo Bulla

In der neurowissenschaftlichen Forschung spielt das Training mit Affen eine essentielle Rolle. Für kognitive Fragestellungen beispielsweise, wird den Tieren durch positive Verstärkung beigebracht, an Bildschirmen komplexe Aufgaben zu lösen. Das heißt, sie werden dann belohnt, wenn sie etwas richtig gemacht haben. Das Training eines Rhesusaffen kann jedoch sehr viel Zeit in Anspruch nehmen und der Erfolg ist sowohl von der Motivation des Tieres, als auch von der Strategie des Trainers abhängig. Üblicherweise werden verschiedene Affen von verschiedenen Trainern mit unterschiedlichen Strategien trainert. Dadurch lassen sich weder die Trainingsstrategien noch das Lernverhalten der Tiere vergleichen. Wissenschaftler der Abteilung Kognitive Neurowissenschaften am DPZ haben daher ein standardisiertes und automatisiertes Trainingsprotokoll entwickelt, das ohne Überwachung durch einen Trainer auskommt. Die Ergebnisse wurden im Journal of Neurophysiology veröffentlicht.

Zunächst konzipierten die Forscher ein neues Trainingsgerät für die Affen. Das sogenannte eXperimental Behavioral Instrument, kurz XBI, ermöglicht das Training der Affen an einem Touchscreen in ihrer gewohnten Umgebung. Das Besondere daran ist, dass die Tiere in ihrem Gehege bleiben können und die Gruppe nicht verlassen müssen. Durch ihre natürliche Neugierde, lernen die Tiere die Aufgaben spielerisch und ohne, dass ein Trainer dabei sein muss.

Zudem haben die Wissenschaftler das Gerät so konzipiert, dass ein Algorithmus im Computer die Aufgabe am Touchscreen steuert. Je häufiger das Tier die Aufgabe richtig macht, desto schwierigier wird es. Um die Belohnung zu erhalten muss das Tier anfangs ein großes Quadrat auf dem Bildschirm nur kurz berühren. Dieses wird nach einigen Interaktionen kleiner und wechselt die Position. Bei fortschreitender Anwendung werden die Aufgaben komplexer. Da der Lernerfolg bei allen Affen unterschiedlich ist, passt der Computer das Training individuell an die Leistungsfähigkeit des Affen an - alles ganz automatisch und ohne Einwirkung vom Menschen.

Die Automatisierung des Trainingsprotokolls ermöglicht es das Lernverhalten der Affen zu vergleichen. So können besonders lernfähige und motivierte Tiere identifiziert werden und es müssen schlussendlich weniger für entsprechende Versuche eingesetzt werden. Ein positiver Nebeneffekt: Beim automatisierten Training bleibt die Schwierigkeit der Aufgabe beibehalten. Dadurch wird es weder langweilig noch zu schwierig und die Affen bleiben motiviert. Das XBI mit dem neuen Trainingsprotokoll lässt sich daher auch als Spielzeug zur Verbesserung der Tierhaltung einsetzen.

Einen Podcast der Zeitschrift, in dem die Forscher ihre Studie erklären, können Sie hier hören

Originalpublikation

Berger M, Calapai A, Stephan V, Niessing M, Burchardt L, Gail A, Treue S (2017): Standardized automated training of rhesus monkeys for neuroscience research in their housing environment. Journal of Neurophysiology, DOI: https://doi.org/10.1152/jn.00614.2017

Calapai A., Berger M., Niessing M., Heisig K., Brockhausen R., Treue S., Gail A. (2016): A cage-based training, cognitive testing and enrichment system optimized for rhesus macaques in neuroscience research. Behavior Research Methods, 5, 1-11 https://doi.org/10.3758/s13428-016-0707-3