Формирование и торможение условных пищевых рефлексов у представителей семейств зайцеобразных

Мы живем в мире, стремительно заполняющимся достижениями современных информационных технологий. Сегодня общение многих подростков виртуальное, мы стали забывать о богатстве ощущений, которые возникают у человека при общении с живой природой, как следствие - души черствеют, отношение к природе формируется потребительское. Для многих городских жителей общение с животными ограничивается домашними питомцами - кошками и собаками, многим ребятам запрещают содержать животных дома родители, из-за стесненных жилищных условий, или по другим причинам. Поэтому все нужней и ценней становится хрупкая материя живого общения с <<братьями нашими меньшими>>, особенно для детей и подростков. Нарастающая проблема преобладания виртуальности над живым общением с природой привела нас к созданию в школе комнаты природы (это отдельный самостоятельный проект). Созданная комната природы стала местом обитания разнообразных видов растений и животных, она позволяет ребятам не только общаться с животными и растениями, вести наблюдения за ними, приобретать навыки ухода, но и предоставляет возможности для выполнения исследовательских проектов по изучению поведения животных, их повадок, особенностей характера. В нашей комнате природы насчитывается 12 биологических видов, среди которых: декоративные кролики, морские свинки <<дядя Федор>> и <<Фруся>>, водная черепаха <<Тортуля>>, канарейка <<Дуся>>, волнистые попугаи, множество хомячков разных пород, декоративные крысы, разноцветные рыбки и любимец публики гигантский таракан из самого Мадагаскара - <<Иннокентий>>. Вся школа участвует в обеспечении обитателей комнаты природы овощным рационом питания.

Проблема, которая привела нас к исследовательской деятельности: недостаточность личных знаний и практических представлений о механизме формирования условных рефлексов у животных.

Тема нашей работы является продолжением исследовательской деятельности, началом которой стал проект по изучению условных рефлексов у морских свинок, в последующих работах мы изучали особенности формирования рефлексов у различных грызунов (морские свинки, хомяки разных пород). С появлением в комнате природы нового обитателя, представителя семейства зайцеобразные, кролика <<Толдика>> и наблюдений за ним была выдвинута гипотеза: условный рефлекс быстрее сформируется у кролика, чем у грызунов, без подкрепления безусловным раздражителем произойдет угасание, но восстановление рефлекса будет происходить быстрее, чем у других животных. Таким образом было решено: выявить особенности формирования условных рефлексов у представителей отряда зайцеобразных и провести сравнение с тем, как это происходит у некоторых видов грызунов.

Итак, цель работы: выявить особенности процессов формирования и торможения условных рефлексов у разных видов грызунов и кроликов, подтвердить или опровергнуть выдвинутую гипотезу.

Индивидуально-приспособительная деятельность животного, то есть адаптация особи к конкретным условиям среды, позволяет ему с большим или меньшим успехом выживать, преодолевая трудности и опасности повседневного существования. Эта деятельность многообразна по составу и включает приобретенные компоненты разной природы, например процесс обучения.

Из существующих в настоящее время определений феномена <<обучение>> предпочтение отдается определению У. Торпа (Thorpe, 1963)

Обучение - это адаптивное изменение индивидуального поведения в результате приобретения опыта.

Существует несколько типов обучения, предложенные Торпом (1963) .

Тип научения

Характеристика поведения

Привыкание

При продолжительном повторении стимулов, не подкрепляемых поощрением и наказанием, реакция на них постепенно угасает. Привыкание - результат изменения в нервной системе, а не форма сенсорной адаптации, так как новое поведение здесь устойчиво и после привыкания стимул никогда уже не вызывает реакции.

Классическое обуславливание

Выявлено в опытах Павлова. Животные научаются связывать безусловный стимул с условным и давать ответ на любой из них. Выработка условного рефлекса начинается с подкрепления условного раздражителя, индифферентного в отношении регистрируемой реакции, безусловным возбудителем этой реакции. Совпадая по времени с осуществлением какой - либо деятельности, ранее индифферентный раздражитель становится условным сигналом, подготавливающим организм к этой деятельности. Например, птицы не едят оранжевых гусениц одного вида бабочек из-за их неприятного вкуса и избегают есть другие оранжевые гусеницы, даже если они съедобны.

Инструментальное обуславливание (научение проб и ошибок)

Всегда, когда животное производит определенное действие, его за это вознаграждают (положительное подкрепление) или подвергают наказанию (отрицательное подкрепление). Сочетание данного действия с наградой или наказанием соответственно повышает или уменьшает вероятность повторения этого действия в дальнейшем.

Инсайт (постижение)

Это высшая форма научения. Он не является результатом прямого научения методом проб и ошибок, а основан на информации, полученной ранее при других в чем - то сходных обстоятельствах. Инсайт возможен при достаточном уровне интеллекта. Когда шимпанзе подвешивали слишком высоко бананы и отдельно складывали пустые ящики, через небольшое время обезьяна составляла ящики, и, взобравшись на них, собирала бананы.

Импритинг(запоминание)

В мозгу животного запечетлевается образ другого индивида и создается привязанность к нему. Например, лишенные родителя гусята или утята следуют за любым предметом, способным передвигаться. Так же ведет себя прирученные и выкормленные из бутылки ягнята, что может оказывать глубокое и не всегда желательное влияние на последующую жизнь животного, затрудняя установление взаимоотношений с особями своего вида.

Латентное научение

Не все формы поведения бывают явно направлены на удовлетворение непосредственных нужд или получение награды. Иногда животные исследуют новую обстановку и получают информацию, которая может пригодиться или приобрести жизненно важное значение лишь в дальнейшем. Например, знание непосредственного окружения норки может помочь мыши убежать от хищника, тогда как в момент приобретения этого знания оно казалось не нужным.

Формы обучения животных весьма разнообразны и обычно их подразделяют на три основные категории: неассоциативное обучение, ассоциативное обучение и когнитивные процессы, включая элементарное мышление животных. В данной исследовательской работе мы использовали методику ассоциативного обучения, которое включает выработку классических и инструментальных условных рефлексов. При ассоциативном обучении в ЦНС формируется временная связь между двумя стимулами, один из которых изначально был для животного безразличен, а другой выполнял роль вознаграждения или наказания. Формирование этой связи обнаруживается в виде изменений в поведении животного. В 1902 году, анализируя нервную регуляцию процесса пищеварения у собак, И. П. Павлов обнаружил так называемое <<психическое слюноотделение>>. Феномен заключался в выделении у животного слюны, которая стекала в пробирку через фистулу на щеке еще до попадания пищи в рот, т. е. заранее в опережающем режиме, как только собаку приводили в экспериментальную комнату и помещали в специальный станок. Принцип образования условного рефлекса состоит в следующем: действие какого-либо нейтрального (или индифферентного) для животного раздражителя совместно со стимулом, вызывающим у него определенную реакцию (например, поощрение едой), приводит к тому, что постепенно этот ранее нейтральный стимул начинает вызывать такую же реакцию. На основе изучения слюнных УР (условных рефлексов) у собак И. П. Павлов сформулировал основные общие правила образования УР:

* условный сигнал должен предшествовать безусловному раздражителю, но не наоборот;

* действие условного и безусловного раздражителей должно частично перекрываться во времени;

* сочетание условного и безусловного раздражителей должно повторяться многократно.

В лаборатории Павлова было обнаружено, что любой посторонний и достаточно сильный стимул, подействовавший в течение эксперимента, уменьшает условнорефлекторное слюноотделение у собаки, как бы <<отвлекает>> ее. Павлов объяснил это явление на основе своего понимания механизма формирований УР: вмешательство посторонненго стимула вызывает в коре головного мозга собаки сильный очаг возбуждения, который в силу природы условнорефлекторных связей подавляет уже сформированный УР, <<индуцируя>> торможение участка коры, ответственного за этот УР. Такое торможение Павлов назвал внешним. Помимо внешнего торможения в лаборатории И. П. Павлова было изучено и описанго внутреннее торможение Если УР не подкрепляется безусловным раздражителем, то постепенно рефлекс начнет исчезать, угасать. Однако этот УР не разрушается, не исчезает и при возобновлении подкрепления восстанавливается. Для восстановления требуется значительно меньшее число сочетаний УС с подкреплением, чем при первоначальном обучении. По Павлову, отмена подкрепления не разрушает УР, а лишь подавляет его в связи с формированием очага внутреннего торможения [5 c. 66-67]. Так же как и классические вырабатываются инструментальные условные рефлексы, или научение методом проб и ошибок. Если животное производит какое-то действие, его за это вознаграждают или наказывают. При классических УР временная связь между условным сигналом и безусловной реакцией возникает непроизвольно при действии безусловного раздражителя (подкрепления). При инструментальных УР подкрепление, например пища, дается только после того, как животное совершает определенное действие, которое не имеет прямой связи с безусловным раздражителем. В классическом УР выделение слюны происходит в ответ на контакт пищи с рецепторами полости рта, и эта реакция может стать условнорефлекторной. В отличие от этого при выработке инструментального УР пищевое подкрепление изначально никак не связано с действиями животного. Однако мы можем давать животному пищу сразу после того, как оно сделало такое движение, и вскоре животное будет его совершать, чтобы получить подкрепление. На основе огромного опыта изучения условных рефлексов И. П. Павлов и его ученики создали учение о высшей нервной деятельности [5 c. 68-71]. Концепция содержит следующие положения:

* высшая нервная деятельность есть результат взаимодействия двух основных нервных процессов - возбуждения и торможения;

* при действии УС в коре головного мозга формируется очаг возбуждения;

* из этого очага возбуждение иррадирует (распространяется) по коре, внешнее проявление иррадиации возбуждения - процесс генерализации, т. е. появление УР не только на данный стимул, но и на близкие к нему по параметрам раздражители(например, не только на звуковой тон определенной высоты, который использовался при обучении, но и на другие звуки близких диапазонов);

* свойством генерализации обладает и тормозной процесс;

* очаги индукции и торможения обладают свойством отрицательной индукции, благодаря которому на периферии очага возбуждения в коре появляется очаг торможения.

Выводы:

1. Поведение животных служит предметом изучения многих научных направлений: нейрофизиологии, бихевиоризма, зоопсихологии, этологии, социобиологии, генетики и др. Поэтому усиливается тенденция к синтезу разных подходов в стремлении создать общую теорию.

2. Изучая научную литературу по зоопсихологии, этологии, физиологии стало понятно, что основными формами обучения животных являются: ассоциативное обучение, неассоциативное обучение (привыкание) и когнитивные процессы, которые включают элементарное мышление животных. По-видимому, обучение представляет собой индивидуальный процесс и осуществляется у разных видов и в разных обстоятельствах по-разному, но в основе ассоциативного поведения животных лежат дуги условных рефлексов.

ГЛАВА 2. Изучение предмета исследования

Описание объектов исследования

Систематическое положение исследуемых животных в системе органического мира:

Систематические категории

Кролик <<Толдик>> Морская свинка <<Фруся>> Хомяк <<Лелик>> тип хордовые хордовые хордовые подтип позвоночные позвоночные позвоночные класс млекопитающие млекопитающие млекопитающие отряд зайцеобразные грызуны грызуны семейство зайцевые свинковые хомяковые род кролик (oryctolagus) свинка (cavia) хомяк (mesocricetus) вид кролик домашний

(oryctolagus cuniculus) свинка морская (cavia porcellus) хомяк сирийский

(mesocricetus auratus)

Объект кролик <<Толдик>>. Долгое время этих животных относили к семейству грызунов. Но в отличие от грызунов у зайцеобразных две пары зубов-резцов, а при рождении даже три! Причем зубы у них покрыты эмалью, которой у грызунов на внутренней стороне зубов нет. В отличие от зайцев кролики оборудуют норы, в которых размножаются.

Наш любимец <<Толдик>> - альбинос, у него белая шерстка и красные глазки. Его возраст 4 года, он появился в нашей комнате природы почти с рождения, так как девочке, которой его купили, он быстро наскучил и ухаживать за ним никто на хотел. Гастрономические пристрастия <<Толдика>>: сухой корм, сухарики черного хлеба, свежее сено, овощи и фрукты. Особое любимое лакомство - листья зеленого салата и яблоки.

Особенности поведения: кролик ведет себя спокойно, позволяет гладить и очень любит, когда ему чешут за ушком, после марафонских дистанций по комнате природы.

Объект морская свинка <<Фруся>>. Возраст 3 года. Тело покрыто шерстью. Порода <<Фруси>> розетка трехцветная; основной цвет белый, вокруг глазок черная шерстка, мордочка рыжая. У морских свинок большие полушария головного мозга обычно гладкие, терморегуляция несовершенная. 2 пары средних резцов сильно увеличены, постоянно растут и самозатачиваются при стирании. Клыков нет. Между резцами и коренными зубами большая диастема. Половозрелость наступает на втором году жизни, однако наша <<Фруся>> потомства не приносила, хотя женихи были разные. Среди продуктов питания предпочитают овощи: (морковь, капуста, картофель, салат, огурцы, помидоры); сухое и влажное сено; фрукты (яблоки, груши, персики, бананы). Употребляют большое количество воды, поэтому приходиться постоянно следить за тем, чтобы поилка была заполнена водой.

Особенности поведения: несмотря на название, эти животные купаться не любят. Издают свистящие звуки, если они в хорошем настроении, или наоборот, если чем-то встревожены или недовольны. Она легко откликается на ласку, очень любит находиться на руках, особенно, если почесывать ее за ушком. Реагирует на появление человека, привлекая к себе внимание яростным погрызыванием прутьев клетки. Необходимо, чтобы в клетке всегда были твердые деревянные палочки, для того, чтобы свинка могла стачивать свои резцы.

Объект сирийский хомяк <<Лелик>>. Наш хомячок двухцветный: рыжий с белым животом. Возраст 1 год. <<Лелик>> любит кушать различные овощи и фрукты, сухой корм, обожает сыр, пьет молоко.

Особенности поведения Хомяки - ночные животные. Днем они спят, а вечером и ночью бодрствуют. Они очень запасливые и чистоплотные зверьки. Хомяки способны жить группами только в молодом возрасте (до 1,5 мес. ). При этом их поведение отличается особой игривостью. Они борются, кусают друг друга, но все это у них происходит понарошку. В этих играх вырабатываются основные инстинкты нападения и самообороны. Наш <<Лелик>> обожает бегать по столу, так и норовит сбежать и спрятаться где-нибудь в укромном местечке, дескать <<кто не спрятался - я не виноват!>>.

Материалы и оборудование:

1. Столик, на котором будет проводиться исследование

2. Небольшая картонная или металлическая коробочка размером 3x5x1,5 см. , которую можно изготовить самим.

3. Обычная белая бумага.

4. Корм - приманка для животных (морковь или другие овощи).

Методика по выработке условного рефлекса:

1. Подготовить столик для проведения исследования по выработке условного рефлекса. Для этого его необходимо освободить от посторонних предметов и еды, которые могут отвлекать животных.

2. Изготовить бумажные пакетики, свернуть их так, как свертывают бумагу при изготовлении аптечных порошков.

3. Заполнить приготовленную коробочку плотно поставленными друг к другу бумажками.

4. Поднести животному, например, морской свинке коробочку с пакетиками. Если животное выдернет бумажку из коробочки или дотронется до них, то необходимо дать ему за это маленький кусочек морковки и снова поднести коробочку.

5. Необходимо повторять опыт несколько раз до тех пор, пока животное не будет сразу же без замедления выдергивать бумажки.

6. Зафиксировать время, которое потребовалось для выработки этого рефлекса.

7. Если животное не будет выдергивать бумажки, то можно натереть их морковью или вложить в каждую из них тонкий ее ломтик. После того как животное будет выдергивать бумажки, нужно заменить их новыми.

Методика обработки полученных материалов:

Ведение дневника наблюдений, в котором фиксируются все поведенческие реакции животных. По итогам наблюдений составление таблицы полученных результатов .

Описание исследования.

Мы реализуем первую нашу задачу - сформировать условный пищевой рефлекс у разных видов животных. После его формирования мы закрепляем рефлекс путем многократных повторений при каждом кормлении. Затем мы реализуем вторую задачу - торможение условного рефлекса. Для этого мы прекращаем использовать условный раздражитель- коробочку с пакетиками. У животных происходит условное внутреннее торможение рефлекса.

Выводы:

1. Данная методика позволяет сформировать условные рефлексы у грызунов и зайцеобразных.

2. Время выработки условных рефлексов у исследуемых животных различное, быстро сформировался рефлекс у кролика, более длительное время потребовалось для формирования рефлекса у морской свинки и хомячка.

3. Условный рефлекс на вытаскивание пакетиков у морской свинки осуществляется только при наличии приманки.

4. Подтвердилась наша гипотеза о том, что у кроликов условный рефлекс формируется быстрее, чем у других животных.

Общие выводы:

1. Представители отряда зайцеобразные (кролики) и представители отряда грызуны (морские свинки и хомячки) поддаются выработке условных рефлексов.

2. Для выработки условного рефлекса требуется систематичность (опыты проводились каждый день).

3. Условный раздражитель (пакетик) должен подкрепляться безусловным раздражителем (еда), что соответствует учению И. П. Павлова об условных рефлексах.

4. Рефлекс у кролика сформировался и восстановился после торможения быстрее, чем у других исследуемых животных. Это подтверждает выдвинутую нами гипотезу.

5. Значительно больше времени занял процесс выработки условного рефлекса у морской свинки. Рефлекс удалось выработать только с помощью приманки (в пакетик вкладывалась еда). Возможно, это связано со скоростью синаптических передач и количеством синапсов в коре больших полушарий этих животных.

6. При выработке условных рефлексов у животных большое значение имеет научение. Мы наблюдали два типа научения: классическое обуславливание (по Павлову) и инструментальное обуславливание (научение путем проб и ошибок).

7. Процесс внутреннего (условного) торможения рефлекса (угасание) наблюдается у всех наших подопечных.

8. Возобновление рефлекса после торможения происходит достаточно быстро у всех исследуемых животных, при первом же действии, однако морская свинка вытаскивает пакет только с приманкой.

Заключение

Данное исследование является продолжением изучения высшей нервной деятельности домашних животных. Ранее мы изучали способность к выработке условных пищевых рефлексов у морских свинок разных пород. В данной работе представлены результаты изучения способности к выработке условных рефлексов и их торможения у представителей разных отрядов и видов. Нам удалось выработать условные рефлексы у кролика, сирийского хомячка и морской свинки, понять механизм осуществления рефлекторной деятельности у разных животных, мы также наблюдали угасание рефлекса и его восстановление после повторения условий эксперимента. Сформированный условный рефлекс позволил нам обнаружить явления генерализации и угасания условного рефлекса, различения раздражителей, иррадиации, концентрации и взаимной индукции процессов возбуждения и торможения. Путем ознакомления и подбора различных методик можно продолжить изучение особенностей высшей нервной деятельности животных, например, изучать когнитивные процессы: латентное обучение; выбор по образцу; элементарное мышление. Это позволит расширить представления об интеллектуальной деятельности грызунов и зайцеобразных.