혁신 아레나는 동물의 시간 단위 당 기술 혁신률을 연구하기위한 새로운 비교 방법입니다. 동시에 제공되는 20 가지 문제 해결 과제로 구성됩니다. 혁신은 자유롭게 수행 할 수 있으며 개인, 인구 또는 종 수준의 경향과 관련하여 설정이 강력합니다.
문제 해결 작업은 일반적으로 기술적이고 혁신적인 행동을 조사하는 데 사용되지만 광범위한 종에서이 능력을 비교하는 것은 어려운 작업입니다. 종의 형태 학적 툴킷이나 탐사 기술과 같은 특정 경향은 그러한 작업의 성능에 실질적으로 영향을 줄 수 있으므로 직접적인 비교가 어려워집니다. 여기에 제시된 방법은 이러한 종별 차이와 관련하여보다 견고하게 개발되었습니다 : 혁신 아레나는 20 가지 문제 해결 과제를 제시합니다. 모든 작업이 동시에 표시됩니다. 피험자는 장치에 반복적으로 직면하게되며, 이는 시간이 지남에 따라 혁신의 출현을 측정 할 수있게 해줍니다 – 동물이 혁신적인 행동을 통해 변화하는 환경 조건에 어떻게 적응할 수 있는지 조사하기위한 중요한 다음 단계입니다.
각 개인은 해결책을 발견하지 못할 때까지 장치로 테스트되었습니다. 테스트가 끝난 후, 우리는 비디오 녹화를 분석하고 보상과 여러 장치 지향 행동의 성공적인 검색을 코딩했습니다. 후자는 주성분 분석을 사용하여 분석되었으며 결과 구성 요소는 세션 번호 및 관심 그룹 비교와 함께 일반화 된 선형 혼합 모델에 포함되어 성공 확률을 예측했습니다.
우리는 첫 번째 연구에서이 접근법을 사용하여 장기간의 포로 생활이 혁신적인 행동으로 유명한 앵무새 종의 문제 해결 능력에 영향을 미치는지에 대한 질문을 대상으로했습니다 : 고핀의 앵무새. 우리는 동기 부여의 정도에 영향을 미쳤지 만 단기 및 장기 포로 그룹 간의 문제 해결 능력에는 차이가 없음을 발견했습니다.
큰 가슴 (Parus major)은 우유 병에 직면하지만 병이 알루미늄 호일로 닫히기 때문에 우유에 직접 접근 할 수 없습니다. 그것은 크림을 마실 수 있도록 호일을 쪼개서이 문제에 대한 해결책을 찾습니다. 이 상황은 동물 혁신의 가장 널리 알려진 사례 중 하나를 설명합니다1.
이러한 문제를 해결하는 것은 특히 자주 변경되는 환경에서 유리할 수 있습니다. Kummer와 Goodall2 는 혁신을 “새로운 문제에 대한 해결책 또는 오래된 문제에 대한 새로운 해결책”을 찾는 것으로 광범위하게 정의했습니다. 혁신에 대한보다 상세한 정의는 Tebbich와 동료3 에 의해 “사회적 또는 물리적 환경과의 새로운 행동 상호 작용의 발견, 기존 기회를 활용 및 / 또는 새로운 기회를 창출하는 것”으로 가정되었습니다.
자발적인 혁신을 목격하려면 철저하고 시간이 많이 걸리는 관찰이 필요하며, 이는 다양한 종을 포함하는 프레임 워크에서는 종종 실현 가능하지 않습니다. 이 도전에 대처하기 위해 연구자들은 혁신률 4,5를 추정하기 위해 엄격한 문헌 검토를 실시했으며 혁신 성향과 신경 학적 측정 6,7,8 및 먹이 생태학 9,10,11과 같은 다른 요인 사이의 상관 관계를 밝혀 냈습니다. . 그러나 실험적 테스트는 통제 된 환경에서 혁신적인 행동을 이끌어 낼 수 있습니다. 이러한 이유로 기술적 문제 해결 과제의 성과는 종종 동물의 혁신적인 역량을위한 대리자로 사용됩니다 (12의 리뷰 참조).
혁신적인 문제 해결을 조사하기 위해 다양한 접근법이 사용되었습니다 : 예를 들어, 동물의 다른 그룹은 특정 작업에서의 성과에 의해 비교 될 수 있습니다. 이러한 연구는 전형적으로 특정 혁신 또는 인지 능력(예를 들어, 후크-굽힘 행동;13,14,15 참조)을 표적으로 한다. 이를 통해 연구원은 특정 컨텍스트 내에서 자세한 정보를 얻을 수 있지만 유사점이나 차이점에 대한 해석은 작업의 성격에 의해 제한되며, 이는 다른 그룹의 다른 혁신적인 힘을 요구할 수 있습니다 (13,14에서 논의 된 바와 같이).
다른 연구들은 일련의 연속적인 과제들(16,17)을 실행하였다. 이 방법으로 여러 작업에 대한 성과 비교와 특정 영역 내의 전반적인 역량 평가가 가능합니다. 그러나 이러한 연구의 한계는 시간이 지남에 따라 혁신의 출현에 대한 조사를 허용하지 않는 다양한 과제의 연속적인 발표에 있습니다.
또 다른 접근법은 동시에 단일 보상에 액세스하는 다양한 옵션을 제공하는 것입니다. 이것은 종종 멀티 액세스 박스 (MAB) 18,19,20,21,22,23,24,25,26을 사용하여 달성되며, 여기서 하나의 보상은 퍼즐 박스의 중앙에 배치되고 네 가지 솔루션을 통해 검색 할 수 있습니다. 동일한 솔루션이 일관되게 사용되면 차단되고 동물은 보상에 액세스하기 위해 다른 솔루션으로 전환해야합니다. 이러한 실험을 통해 종 간 및 종 내 선호도를 감지하고 설명 할 수 있지만 여전히 혁신적인 행동의 표현을 시험 당 하나의 해결책으로 제한합니다 18,19,20,21. 다른 연구에서, 동물은 동시에 여러 솔루션을 포함하는 장치를 제시했으며, 각각은 별도의 보상을받습니다. 이를 통해 단일 시험 내에서 여러 가지 혁신을 할 수 있지만, 지금까지는 몇 가지 모터적으로 별개의 솔루션으로 작업이 크게 제한되었습니다. 이러한 연구의 초점이 아니었기 때문에 실험 설정은 장치에 반복적으로 노출되는 것을 포함하지 않았으며, 이는 시간 단위27,28,29 당 혁신률을 측정 할 수있게 해줍니다.
여기서 우리는 다른 접근법 외에도 혁신적인 문제 해결 능력에서 다른 종을 비교하는 데 도움이 될 수있는 방법을 제시합니다. 우리는 단일 설정 내에서 더 넓은 범위의 작업을 개발했으며, 이는 그룹이나 종에 따라 난이도가 다를 것으로 예상됩니다. 따라서 작업별 불균형이 해결책을 찾는 전반적인 확률에 영향을 줄 가능성이 적습니다. 또한 우리는 시간이 지남에 따라 혁신의 출현을 측정하기 위해 모든 작업을 동시에 반복적으로 제시합니다. 이 측정은 혁신적인 행동의 적응 가치에 대한 이해를 향상시킬 수있는 잠재력을 가지고 있습니다.
이 방법을 사용한 첫 번째 연구는 장기 포로 생활이 기술 혁신성을위한 조류 모델 종 인 Goffin의 cockatoo (Cacatua goffiniana; 이하 : Goffins)의 문제 해결 능력 (소위 포로 효과에 의해 제안 된 바와 같이;30 참조)에 영향을 미치는지 여부를 조사했습니다.
혁신 아레나는 혁신적이고 기술적 인 문제 해결을 테스트하기위한 새로운 프로토콜입니다. 혁신 경기장의 작업을 설계 할 때, 우리는 종의 형태 학적 제약 조건 (예 : 부리,, 발톱, 발톱 또는 손 사용)을 감안할 때 작업을 해결할 수 있어야한다고 신중하게 고려했습니다. 이미 테스트 된 종과 미래에 테스트 할 종 간의 더 넓은 비교 가능성을 가능하게하기 위해, 우리는 각 모델에서 실현 가능한 경우 이러한 작업의 사용을 권장합니다. 그러나 우리는 일부 작업이 종의 특정 형태 학적 한계에 맞게 조정되어야 할 수도 있음을 알고 있습니다. 가장 중요한 것은 작업이 주제에 대해 참신해야 하며, 이는 새로운 대체 설계가 필요할 수 있다는 것입니다. 혁신 경기장의 한 가지 장점은 다양한 작업의 수로 인해 향후 연구에서 일부 작업을 조정하거나 변경해야하는 경우에도 비교가 가능하고 유익하다는 것입니다.
연구를 계획하는 동안 사전 테스트 단계 (예 : 장치 설계 및 구성)에는 상당한 시간이 필요할 수 있음을 고려해야합니다. 또한, 피험자를 장치에 철저히 습관화하는 것이 중요합니다. 상이한 그룹들은 그들의 탐색적 접근법과 신생 반응(40,41,42)에서 실질적으로 다를 수 있다. 신 혐오 반응의 제거 (또는 감소)는 비교를보다 신뢰할 수있게하고 동기 부여의 역할을 식별 할 수있게합니다. 시간이 지남에 따라 혁신의 개별 출현을 측정하고 사회 학습을 피하기 위해서는 과목을 반복적으로 개별적으로 테스트하는 것이 중요하며 이는 현장 조건에서 어려울 수 있습니다. 많은 종의 경우, 야생 포획 대상은 새로운 환경, 인간 존재 및 상호 작용에 익숙해지고 작동하는 분리 절차를 개발하기 위해 광범위한 시간이 필요합니다. 또한 세션당 각 개인에 대한 무작위화 일정을 엄격하게 준수하는 것이 실질적으로 불가능할 수도 있습니다. 우리 연구에서 장기간 포로 된 앵무새는 개별 이름으로 불릴 때 테스트 구획에 들어가도록 훈련 받았지만, 우리는 어떤 개인이 현장의 시험실에 들어가는지에 관해서는보다 기회주의적이어야했습니다. 동기 부여 수준 외에도 우리는 혁신 경기장을 사용한 비교 연구의 결과에 영향을 줄 수있는 또 다른 요인을 만났습니다. 먹이 선호도와 식량 가용성으로 인해 우리는 두 그룹에 대해 서로 다른 보상 유형을 사용했으며, 이는 실험실 조류에 비해 야생 앵무새의 먹이 시간을 늘렸습니다. 우리는 개인이 경기장에 직면 한 총 시간에 먹이 지속 시간 (3 초를 초과하는 경우)을 추가하여 이러한 차이를 설명했습니다. 이 프로토콜은 경기장과 상호 작용하는 시간이 먹이 시간으로 인해 한 그룹에서 감소되지 않도록 보장했습니다. 미래의 연구는이 잠재적 인 문제를 고려해야하며 습관화 단계에있는이 프로토콜을 구현하는 것을 목표로 삼을 수 있습니다.
이 방법의 강도와 참신함에는 더 다양한 작업의 조합, 이러한 작업의 동시 프리젠 테이션, 장치와의 만남 당 여러 보상 및 각 주제에 대한 장치에 대한 반복적 인 노출이 포함됩니다.
또한 개인은 새로운 작업을 해결하지 못할 때까지 테스트됩니다. 고정된 세션 수와는 달리, 솔루션 검색의 최대(또는 점근 수준)는 세션당 해결되는 작업 수와 함께 변화하는 환경에 대한 그룹의 잠재적 적응에 대한 정보를 제공할 수 있습니다.
대안적인 방법의 예가 다중 액세스 박스(MAB)인데, 여기서 네 개의 상이한 솔루션을 통해 태스크를 해결할 수 있지만, 장치(18 )와의 만남 당 오직 하나의 보상만이 검색될 수 있고, 따라서 시간에 따른 혁신률의 추정은 상당히 제한된다. 또한, 종에 따라 다를 수있는 단일 작업에 대한 어려움은인지 능력과 관련된 성과의 비교에 큰 영향을 줄 수 있습니다. 우리의 지식에 따르면, 모터적으로 뚜렷한 솔루션을 가진 작업의 동시 프리젠 테이션은 이전 연구에서 최대 6 개의 과제로 제한되었습니다 (Federspiel, mynah 조류에 대한 6 방향 MAB, 지금까지 공개되지 않은 데이터). MAB는 탐사 기술을 발견하는 데 매우 유용한 도구이지만, 혁신 아레나는 혁신 능력의 비교에 더 적합하다고 생각합니다. 또한 난이도에 따라 다양한 광범위한 과제는 전반적인 기술적 문제 해결 능력(29)에 대해 더 많은 정보를 얻을 수 있다.
우리의 첫 번째 연구에서, 우리는 같은 종의 두 그룹 인 Goffin의 cockatoo를 성공적으로 비교했는데, 이는 그들의 경험에서 크게 달랐습니다. 이 비교를 통해 우리는 장기적인 포로 생활이 문제 해결 능력에 영향을 미치는지에 대한 질문을 구체적으로 목표로 삼았습니다. 이전의 연구에 따르면 장기간의 포로 생활 스타일은 그러한 능력을 향상 시키지만 (30,43 참조) 통제 된 실험 접근법을 통한 직접적인 비교는 드뭅니다 (그러나 44,45 참조). 혁신 아레나를 사용함으로써 우리는이 질문을 목표로 삼을 수 있었고 새로운 해결책을 찾기 위해 Goffins의 전반적인 능력에 대한 포로 효과에 대한 지원을지지하지 않고 오히려 동기 부여 수준32에 미치는 영향을 발견했습니다.
또한 혁신 아레나는 혁신적인 문제 해결의 다양한 측면에 초점을 맞춘 질문을 해결하는 데 사용할 수 있습니다. 추가 단계에는 발산과 수렴의 효과를 목표로하는 조사가 포함될 수 있습니다. 예를 들어, 생태학이 다른 밀접한 관련 종 (예 : 섬 종 대 비 섬 종)뿐만 아니라 이전에 개별 물리적 문제 해결에서 유사한 성능을 보인 앵무새와 코비드 대표 또는 조류 및 영장류 종과 같은 멀리 관련된 종과의 비교46. 이노베이션 아레나는 멀리 떨어져 있는 종들조차도 다양한 종들을 비교하기 위해 개발되었습니다.
즉,이 방법은 개인 간 차이를 조사하는 데에도 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 성격 점수를 예측 변수로 사용하여 혁신률에 미치는 영향을 추정 할 수 있습니다. 우리는 제시된 방법이 동물과 인간의 혁신을 연구하는 연구 그룹 및 / 또는 다른 종의 연구를 전문으로하는 실험실에서 공동으로 사용할 수 있다고 믿습니다.
The authors have nothing to disclose.
이 비디오 제작에 도움을 준 Stefan Schierhuber와 David Lang, 기술 도면에 도움을 준 Christoph Rössler, 이 원고를 교정해 주신 Poppy Lambert에게 감사드립니다. 이 출판물은 오스트리아 과학 기금 (FWF; START 프로젝트 Y01309는 A.A.에 수여됩니다). 발표 된 연구는 오스트리아 과학 기금 (FWF; A.A.에 수여 된 프로젝트 P29075 및 P29083 및 프로젝트 J 4169-B29)과 비엔나 과학 기술 기금 (WWTF; 프로젝트 CS18-023이 A.A.에 수여)의 자금을 지원했습니다.
wooden platform | Dimensions: woodensemicircle, radius approx. 1.5m | ||
FIXATION SYSTEM | |||
5 x metal nut | Dimensions: M8 | ||
5 x rod | (possibly with U-profile) | ||
5 x threaded rod | Dimensions: M8; length: 25cm | ||
5 x wing nut | Dimensions: M8 | ||
PUZZLE BOXES WITHOUT FUNCTION PARTS | |||
20 x acrylic glass back | Dimensions: 17cm x 17.5cm x 0.5cm | ||
20 x acrylic glass base | 4 holes for screws roughly; 2cm from each side Dimensions: trapezoid : 17.5cm (back) x 15cm (front) x 15cm (sides); 1cm thick |
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20 x acrylic glass front | acrylic glass fronts need to be cut differently for each puzzle box (see drawing) Dimensions: 17cm x 15cm x 0.5cm |
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20 x acrylic glass lid | cut out 0.5cm at the edges for better fit Dimensions: trapezoid shape: 18.5cm x 16cm x 16cm x 1cm (thick) |
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40 x acrylic glass side | Dimensions: 17cm x 16cm x 0.5cm | ||
80 x small screw | to attach bases to the platform (4 screws per base) | ||
PARTS FOR EACH MECHANSIM PER TASK | |||
to assemble the parts use technical drawing InnovationArena.3dm | can be loaded e.g. in 3dviewer.net, which is a free and open source 3D model viewer. github repository: https://github.com/kovacsv/Online3DViewer; please contact authors if you are in need of a different format | ||
TASK TWIST | |||
5x small nuts | to attach glass (punch holes) and acrylic glass cube to threaded rod | ||
acrylic glass | Dimensions: 2cm x 2cm x 1cm | ||
cardboard slant | Dimensions: trapezoid: 17.5cm (back) x 15cm (front) x 17cm (sides) | ||
plastic shot glass | Dimensions: height: 5cm; rim diameter: 4.5cm; base diameter: 3cm | ||
thin threaded rod | Dimensions: length: approx. 10cm | ||
TASK BUTTON | |||
2x nut | attach to rod; glue outer nut to rod Dimensions: M8 |
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acrylic glass | V-cut to facilitate sliding of rod Dimensions: 4cm x 3cm x 1cm (0.5cm V-cut in the middle ) |
||
cardboard slant | Dimensions: trapezoid: 17.5cm (back) x 15cm (front) x 17cm (sides) | ||
threaded rod | Dimensions: M8, length: 5cm | ||
TASK SHELF | |||
acrylic glass top | Dimensions: 5cm x 4cm x 0.3cm | ||
acrylic glass lower | Dimensions: 5cm x 4cm x 1cm | ||
acrylic glass side 1 | Dimensions: 4cm x 3cm x 0.5cm | ||
acrylic glass side 2 | Dimensions: 4.5cm x 3cm x 0.5cm | ||
thin plastic bucket | on side cut off to fit Dimensions: diameter: approx. 4.5 cm; height: 1cm |
||
cardboard slant | Dimensions: trapezoid: 17.5cm (back) x 15cm (front) x 17cm (sides) | ||
TASK SLIT | room to reach in: 2cm in height | ||
– | recommended: add small plastic barrier behind reward so it cannot be pushed further into the box | ||
TASK CLIP | |||
2x acrylic glass | Dimensions: 1cm x 1cm x 2cm | ||
cardboard slant | Dimensions: trapezoid: 17.5cm (back) x 15cm (front) x 17cm (sides) | ||
peg | Dimensions: length: approx. 6 cm | ||
thin threaded rod | Dimensions: length: approx. 6 cm | ||
TASK MILL | |||
2x arylic glass triangle | Dimensions: 10cm x 7.5cm x 7.5cm; thickness: 1cm | ||
2x plastic disc | Dimensions: diameter: 12cm | ||
4x small nut | for attachment | ||
7x acrylic glass | Dimensions: 4.5cm x 2cm, 0.5cm | ||
acrylic glass long | position the mill with longer acrylic glass touching lower half of the front (this way the mill can only turn in one direction) Dimensions: 6.5cm x 2cm, 0.5cm |
||
thin threaded rod | Dimensions: length: approx. 4cm | ||
wooden cylinder | Dimensions: diameter: 2cm | ||
TASK SWISH | |||
2x acrylic glass | Dimensions: 2cm x 1cm x 1cm | ||
4x small nut | for attachment | ||
acrylic glass | Dimensions: 10cm x 2cm x 1cm | ||
cardboard slant | Dimensions: trapezoid: 17.5cm (back) x 15cm (front) x 17cm (sides) | ||
thin threaded rod | Dimensions: length: approx. 7cm | ||
wooden cylinder | Dimensions: diameter: 2cm, cut-off slantwise; longest part: 7cm, shortest part: 5cm | ||
TASK SHOVEL | |||
acrylic glass | Dimensions: 20cm x 2cm x 1cm | ||
acrylic glass | Dimensions: 7.5cm x 2cm x 1cm | ||
acrylic glass | Dimensions: 5cm x 1cm x 1cm | ||
small hinge | |||
TASK SWING | |||
4x nut | Dimensions: M8 | ||
acrylic glass | Dimensions: 7.5cm x 5cm x 1cm | ||
cardboard slant | Dimensions: trapezoid: 17.5cm (back) x 15cm (front) x 17cm (sides) | ||
cord strings | Dimensions: 2x approx. 11cm | ||
thin bent plastic | bucket to hold reward; positioned on slant | ||
threaded rod | Dimensions: M8; length: 7cm | ||
TASK SEESAW | |||
2x acrylic glass | Dimensions: 10cm x 1.5cm x 0.5cm | ||
2x acrylic glass | Dimensions: 4cm x 1.5cm x 0.5cm | ||
acrylic glass | Dimensions: 10cm x 3cm x 0.5cm | ||
acrylic glass | Dimensions: 4cm x 1.5cm x 1cm | ||
small hinge | |||
TASK PLANK | |||
cardboard slant | Dimensions: trapezoid: 17.5cm (back) x 15cm (front) x 17cm (sides) | ||
thin tin | bent approx. 1cm inside box Dimensions: 6.5cm x 3cm |
||
TASK CUP | |||
plastic shot glass | Dimensions: height: 5cm; rim diameter: 4.5; base diameter: 3cm | ||
TASK FLIP-BOX | |||
2x acrylic glass triangle | Dimensions: 7cm x 5cm x 5cm; thickness: 0.5cm | ||
2x acrylic glass | Dimensions: 4.5cm x 5cm x 0.5cm | ||
2x acrylic glass | Dimensions: 7cm x 1cm x 1cm | ||
small hinge | |||
TASK SLIDE | |||
4x acrylic glass | Dimensions: 15cm x 1cm x 0.5cm | ||
acrylic glass door | Dimensions: 6cm x 6cm x 0.5cm | ||
TASK DJ | |||
2x small nut | for attachment | ||
acrylic glass | same as box bases Dimensions: trapezoid : 17.5cm (back) x 15cm (front) x 15cm (sides); 1cm thick |
||
plastic disc | Dimensions: diameter 12cm | ||
thin threaded rod | Dimensions: length: approx. 3cm | ||
TASK WIRE | |||
acrylic glass | Dimensions: 9.5cm x 9.5cm x 0.5cm | ||
acrylic glass | Dimensions: 12cm x 2cm x 1cm | ||
2x small hinge | |||
wire from a paperclip | |||
TASK TWIG | |||
2x small hinge | |||
acrylic glass | Dimensions: 5cm x 1cm | ||
cardboard slant | Dimensions: trapezoid: 17.5cm (back) x 15cm (front) x 17cm (sides) | ||
white cardboard | Dimensions: 13cm x 4cm | ||
Y-shaped twig | Dimensions: length: approx. 14cm | ||
TASK COVER | |||
acrylic glass | same as box bases Dimensions: trapezoid : 17.5cm (back) x 15cm (front) x 15cm (sides); 1cm thick |
||
thin plastic | Dimensions: diameter: 5cm | ||
TASK BITE | recommended: put tape on sides of platform the keep reward from falling off | ||
2-3 paper clips | |||
2x cutouts from clipboard | Dimensions: 10cm x 3cm | ||
acrylic glass | hole in middle Dimensions: 5cm x 3cm x 1cm |
||
toilet paper | |||
TASK DRAWER | |||
2x acrylic glass | Dimensions: 5cm x 2.5cm x 0.5cm | ||
2x acrylic glass | Dimensions: 4cm x 3cm x 1cm | ||
acrylic glass | hole approx. 2 cm from front Dimensions: 5cm x 5cm x 1cm |
||
OTHER MATERIAL | |||
wide-angle videocamera |