JoVE Journal > Behavior
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
العربية

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Behavior

ساحة الابتكار: طريقة لمقارنة حل المشكلات المبتكرة عبر المجموعات

Published: May 13, 2022
doi:
10.3791/63026
, , , , ,
1Comparative Cognition, Messerli Research Institute,University of Veterinary Medicine Vienna, University of Vienna, Medical University of Vienna, 2Research Center for Biology,National Research and Innovation Agency (BRIN), 3Department of Cognitive Biology,University of Vienna, 4Max Planck Institute for Ornithology

Summary

ساحة الابتكار هي طريقة مقارنة جديدة لدراسة معدل الابتكار التقني لكل وحدة زمنية في الحيوانات. وهي تتألف من 20 مهمة مختلفة لحل المشكلات ، والتي يتم تقديمها في وقت واحد. يمكن تنفيذ الابتكارات بحرية والإعداد قوي فيما يتعلق بالاستعدادات على مستوى الفرد أو السكان أو الأنواع.

Abstract

تستخدم مهام حل المشكلات بشكل شائع للتحقيق في السلوك التقني والمبتكر ، ولكن مقارنة هذه القدرة عبر مجموعة واسعة من الأنواع هي مهمة صعبة. ويمكن أن تؤثر الاستعدادات المحددة، مثل مجموعة الأدوات المورفولوجية لنوع ما أو تقنيات الاستكشاف، تأثيرا كبيرا على الأداء في مثل هذه المهام، مما يجعل المقارنات المباشرة صعبة. تم تطوير الطريقة المعروضة هنا لتكون أكثر قوة فيما يتعلق بهذه الاختلافات الخاصة بالأنواع: تقدم ساحة الابتكار 20 مهمة مختلفة لحل المشكلات. يتم تقديم جميع المهام في وقت واحد. يواجه الأشخاص الجهاز بشكل متكرر ، مما يسمح بقياس ظهور الابتكارات بمرور الوقت – وهي خطوة تالية مهمة للتحقيق في كيفية تكيف الحيوانات مع الظروف البيئية المتغيرة من خلال السلوك المبتكر.

تم اختبار كل فرد مع الجهاز حتى توقف عن اكتشاف الحلول. بعد الانتهاء من الاختبار ، قمنا بتحليل تسجيلات الفيديو وترميز الاسترجاع الناجح للمكافآت والسلوكيات المتعددة الموجهة من الأجهزة. تم تحليل هذا الأخير باستخدام تحليل المكون الرئيسي ثم تم تضمين المكونات الناتجة في نموذج مختلط خطي معمم مع رقم الجلسة ومقارنة المجموعة ذات الأهمية للتنبؤ باحتمال النجاح.

استخدمنا هذا النهج في دراسة أولى لاستهداف مسألة ما إذا كان الأسر على المدى الطويل يؤثر على قدرة أنواع الببغاوات المعروفة بسلوكها المبتكر على حل المشكلات: ببغاء جوفين. وجدنا تأثيرا في درجة الدافع ولكن لا يوجد فرق في القدرة على حل المشكلات بين المجموعات الأسيرة قصيرة وطويلة الأجل.

Introduction

تواجه حلمة كبيرة (Parus major) زجاجة حليب ، لكنها لا تستطيع الوصول إلى الحليب مباشرة حيث يتم إغلاق الزجاجة بواسطة رقائق الألومنيوم. يجد حلا لهذه المشكلة عن طريق النقر من خلال احباط حتى يتمكن من شرب الكريم. يصف هذا الموقف أحد الأمثلة الأكثر شهرة على نطاق واسع للابتكار الحيواني1.

يمكن أن يكون حل مثل هذه المشكلات مفيدا ، خاصة في البيئات التي تخضع للتغيير المتكرر. وقد عرف كومر وغودال2 الابتكار على نطاق واسع بأنه إيجاد “حل لمشكلة جديدة، أو حل جديد لمشكلة قديمة”. افترض تيبيتش وزملاؤه3 تعريفا أكثر تفصيلا للابتكار على أنه “اكتشاف تفاعل سلوكي جديد مع البيئة الاجتماعية أو المادية ، والاستفادة من فرصة موجودة و / أو خلق فرصة جديدة”.

تتطلب مشاهدة الابتكارات العفوية ملاحظات شاملة ومستهلكة للوقت ، وهو أمر غير ممكن في كثير من الأحيان في إطار يتضمن مجموعة واسعة من الأنواع. من أجل التعامل مع هذا التحدي ، أجرى الباحثون مراجعات أدبية صارمة لتقدير معدل الابتكار4,5 واكتشفوا الارتباطات بين الميل إلى الابتكار وعوامل أخرى مثل التدابير العصبية 6,7,8 وبيئة التغذية 9,10,11 . ومع ذلك ، يمكن للاختبارات التجريبية أن تثير سلوكا مبتكرا في بيئة خاضعة للرقابة. لهذا السبب ، غالبا ما يتم استخدام الأداء في مهام حل المشكلات التقنية كوكيل للقدرات المبتكرة في الحيوانات (انظر المراجعة في12).

تم استخدام مجموعة متنوعة من الأساليب المختلفة للتحقيق في حل المشكلات المبتكر: على سبيل المثال ، يمكن مقارنة مجموعات مختلفة من الحيوانات من خلال أدائها في مهمة معينة. تستهدف هذه الدراسات عادة ابتكارات أو قدرات معرفية محددة (على سبيل المثال ، سلوك ثني الخطاف ؛ انظر13،14،15). وهذا يسمح للباحثين بالحصول على معلومات مفصلة في سياق محدد، ولكن تفسير أي أوجه تشابه أو اختلاف محدود بطبيعة المهمة، والتي قد تتطلب قوة ابتكارية مختلفة من مجموعات مختلفة (كما نوقش في13،14).

وقد نفذت دراسات أخرى سلسلة من المهام المتتالية16,17. أصبحت مقارنة الأداء في مهام متعددة وتقدير الكفاءة العامة داخل مجالات محددة ممكنة من خلال هذه الطريقة. ومع ذلك ، فإن هناك قيدا على هذه الدراسات في العرض المتتالي للمهام المختلفة ، مما لا يسمح بإجراء تحقيق في ظهور الابتكارات بمرور الوقت.

وهناك نهج آخر يتمثل في تقديم خيارات مختلفة للوصول إلى مكافأة واحدة في وقت واحد. يتم تحقيق ذلك في كثير من الأحيان باستخدام صندوق الوصول المتعدد (MAB) 18،19،20،21،22،23،24،25،26 ، حيث يتم وضع مكافأة واحدة في وسط صندوق الألغاز ويمكن استرجاعها عبر أربعة حلول مختلفة. بمجرد استخدام نفس الحل باستمرار ، يتم حظره ويحتاج الحيوان إلى التبديل إلى حل آخر للوصول إلى المكافأة. من خلال مثل هذه التجربة ، يمكن اكتشاف التفضيلات بين الأنواع وداخلها وحسابها ولكنها لا تزال تحد من التعبير عن السلوك المبتكر إلى حل واحد لكل تجربة18،19،20،21. في دراسات أخرى ، تم تقديم الحيوانات أيضا مع أجهزة تحتوي على حلول متعددة في نفس الوقت ، لكل منها مكافآت منفصلة. وهذا يسمح بابتكارات متعددة في تجربة واحدة، ولكن حتى الآن، اقتصرت المهام إلى حد كبير على عدد قليل من الحلول المتميزة حركيا. وبالنظر إلى أنه لم يكن محور هذه الدراسات، فإن الإعدادات التجريبية لم تتضمن التعرض المتكرر للجهاز، مما سيسمح بقياس معدل الابتكار لكل وحدة زمنية27،28،29.

نقدم هنا طريقة ، بالإضافة إلى الأساليب الأخرى ، قد تساعدنا في هدف مقارنة الأنواع المختلفة في قدراتها المبتكرة على حل المشكلات. لقد طورنا مجموعة واسعة من المهام ضمن إعداد واحد ، والتي من المتوقع أن تختلف في الصعوبة لكل مجموعة أو نوع. ولذلك، فمن غير المرجح أن تؤثر التفاوتات الخاصة بالمهام على الاحتمال العام لإيجاد الحلول. علاوة على ذلك ، نقدم جميع المهام في وقت واحد وبشكل متكرر لقياس ظهور الابتكارات بمرور الوقت. هذا الإجراء لديه القدرة على تعزيز فهمنا للقيمة التكيفية للسلوك المبتكر.

وقد بحثت دراسة أولى باستخدام هذه الطريقة فيما إذا كان الأسر على المدى الطويل يؤثر على قدرات حل المشكلات (كما هو مقترح من قبل ما يسمى تأثير الأسر؛ انظر30) من الببغاء غوفين ( Cacatua goffiniana؛ فيما يلي: Goffins)، وهو نوع نموذجي من الطيور للابتكار التقني (تمت مراجعته في31).

Protocol

تمت الموافقة على هذه الدراسة من قبل لجنة الأخلاقيات والرفق بالحيوان بجامعة الطب البيطري في فيينا وفقا للمبادئ التوجيهية للممارسات العلمية الجيدة والتشريعات الوطنية. كانت التجربة شهية بحتة وغير غازية بشكل صارم ، وبالتالي تم تصنيفها على أنها تجربة غير حيوانية وفقا لقانون التجارب الحيوانية النمساوي (TVG 2012). تمت الموافقة على الجزء من التجربة التي أجريت في إندونيسيا من قبل وزارة البحث والتكنولوجيا والتعليم العالي (RISTEK) بناء على اجتماع لفريق تنسيق تصاريح الباحثين الأجانب (10/TKPIPA/E5/Dit.KI/X/2016) الذي منح تصاريح إجراء هذا البحث إلى M.O. (410/SIP/FRP/E5/Dit.KI/XII/2016) و B.M. (411/SIP/FRP/E5/Dit.KI/XII/2016). 1. الشروط المسبقة / المتطلبات الأساسية أساسيات تأكد من إمكانية تحديد الموضوعات بشكل فردي. قد يكون لأنواع الدراسة أنماط فردية متميزة أو يمكن تمييز الأفراد (على سبيل المثال ، بحلقات ملونة أو طلاء غير سام).ملاحظة: لمزيد من المعلومات حول الرنين وكذلك اصطياد الجوافين البرية وإطلاقها ، انظر إجراء إطلاق الالتقاط في المعلومات التكميلية ل32. تأكد من توفر غرفة مغلقة بصريا للاختبار لتجنب التعلم الاجتماعي بين المواد. تحديد مكافأة مفضلة للغاية لأنواع الدراسة ومجموعتها من خلال اختبار العديد من الحلوى المختلفة والمتاحة (انظر33 أو اختبار تفضيل الأغذية في المعلومات التكميلية للمرجع32). فكر فيما إذا كان وقت التغذية يختلف اختلافا كبيرا بين المجموعات. إذا كان الأمر كذلك، ففكر في بروتوكول يضمن أن وقت التغذية لا يقلل بشكل كبير من الوقت المتاح لحل المهام لإحدى المجموعات (راجع الخطوة 4.8 لمزيد من المعلومات).ملاحظة: في هذه الدراسة ، كان هناك تفضيل للمجموعة الأسيرة طويلة الأجل للكاجو والذرة المجففة في المجموعة الأسيرة قصيرة الأجل. تصميم ساحة الابتكارملاحظة: يتكون الجهاز الكامل ، أي ساحة الابتكار ، من 20 صندوقا مختلفا للألغاز ، مرتبة في نصف دائرة على منصة خشبية. تصميم المخطط الأساسي للصناديق بحجم ينطبق على أنواع الدراسة. استخدم الصناديق الشفافة ذات الشكل شبه المنحرف (لسهولة المحاذاة في نصف دائرة) ، والأغطية القابلة للإزالة (للسماح بالاصطياد بين الجلسات) ، والقواعد القابلة للفصل (انظر الشكل 1).ملاحظة: ستبقى كل قاعدة لاحقا في وضع دائم بينما ستغير بقية الصناديق مواقعها. في الدراسة المقدمة ، تم اختيار حجم الصناديق لضمان سهولة الوصول إلى كل لغز بواسطة الببغاوات. يمكن تعديل الأبعاد لكل نوع من أنواع الدراسة. صمم منصة لحمل صناديق الألغاز ال 20. تصميم نظام تثبيت يحافظ على أغطية الصناديق في مكانها أثناء الاختبار ، وبالتالي لا يمكن إزالتها من قبل الأشخاص أثناء جلسات الاختبار.ملاحظة: يجب أن تكون قابلة للفصل عن الجهاز حيث يجب خلع أغطية الصناديق للاصطياد. بالنسبة لمقدمة كل صندوق، صمم 20 مهمة مختلفة، ستشكل كل منها تحديا تقنيا مختلفا (انظر الشكل 2).ملاحظة: تم تصميم مهام هذه التجربة بهدف أن تقع الحلول ضمن النطاق المورفولوجي للعديد من الأنواع المختلفة. بالنسبة للقوة النسبية ، سيكون من المثالي استخدام مهام مماثلة لهذه المهام قدر الإمكان ولكن ضع في اعتبارك أنه من الأهمية بمكان أن تكون المهام جديدة على الموضوعات. انظر جدول المواد للحصول على القياسات الدقيقة والرسم الفني التكميلي للحصول على توضيح أكثر تفصيلا للمهام. الحصول على جميع المواد اللازمة للجهاز. تأكد من وجود كاميرا واسعة الزاوية ، وبرنامج ترميز (موصى به ، على سبيل المثال ، برنامج تفاعلي لأبحاث المراقبة السلوكية ، BORIS34) وبرنامج للتحليل الإحصائي (موصى به ، على سبيل المثال ، R35).ملاحظة: بالنسبة للدراسات الميدانية ، من الناحية المثالية ، قم بتصميم الساحة قبل المغادرة إلى موقع الدراسة وإحضار أكبر قدر ممكن من المعدات الأساسية ، مثل زجاج الأكريليك المقطوع مسبقا. الشكل 1: رسم تخطيطي لمربع أساسي ثلاثي الجوانب. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل. الشكل 2: مهام ساحة الابتكار مع وصف مماثل للإجراء الحركي المطلوب لحلها ( = المكافأة ؛ تشير الأسهم الحمراء إلى اتجاهات الإجراءات المطلوبة لحل المهام ؛ تشير الأسهم الصفراء إلى مسارات المكافأة). يتم ترتيب المهام وفقا لمتوسط صعوبتها (من اليسار إلى اليمين ، من الأعلى إلى الأسفل). نشرت سابقا في32. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. 2. التحضيرات قم بلصق ثلاثة جوانب من الصناديق: الجانب الأيسر والخلفي والأيمن ولكن ليس الجانب الأمامي والعلوي والأساسي. ضع كل صندوق ثلاثي الجوانب أعلى كل قاعدة وقم بمحاذاتها بالتساوي في نصف دائرة على المنصة (الشكل 3). يجب أن يجلس القسم الأمامي من كل صندوق على بعد 1 متر من المركز.ملاحظة: ستتم إضافة الآليات التي تشكل المهمة (الوجوه الأمامية للمربعات والمحتويات المحتملة) في وقت لاحق أثناء التجربة. ارسم خطا من كل مربع 20 سم باتجاه وسط الساحة وقم بتوصيل الخطوط ، مما يؤدي إلى شبكة قرب (الشكل 3).ملاحظة: اعتمادا على حجم أنواع الدراسة ، قد تكون المسافة المختلفة أكثر ملاءمة. بالنسبة للدراسة المقدمة هنا ، تم اختيار 20 سم لأنه تقريبا طول Goffin (ريش الذيل المستبعد). قم بإزالة كل شيء باستثناء قواعد الصناديق وإرفاقها بشكل دائم بالمنصة. سيضمن ذلك بقاء الصناديق في مكانها أثناء التجربة. قم بإرفاق كاميرا واسعة الزاوية على السقف فوق الساحة. قم بإعداد جدول زمني لموضع كل مربع لكل جلسة وموضوع. سيواجه كل موضوع دائما بجميع المربعات ، ولكن بترتيب جديد في كل جلسة. يجب تعيين الموقع (المواضع من 1 إلى 20) لكل مهمة بشكل عشوائي مع تقييد عدم وجود مربع في نفس الموضع مرتين لكل موضوع.ملاحظة: هذا هو الوضع المثالي. إذا لم يتمكن المرء من تخطيط ترتيب اختبار الموضوعات (وهو أكثر احتمالا في الدراسات الميدانية) ، فيجب أن يكون هذا الحد من التوزيع العشوائي (لا يوجد مربع في نفس الموضع مرتين) بين الجلسات (ولكن ليس داخل الموضوع) كافيا. الشكل 3: ساحة الابتكار. المهام مرتبة في نصف دائرة. مواقف المهام ال 20 قابلة للتبادل. يتم وضع علامة على شبكة القرب (20 سم أمام كل صندوق) باللون الأسود. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. 3. التعود ملاحظة: الغرض من التعود هو تقليل تأثيرات ردود الفعل المعادية للجدد تجاه الساحة. ضمان الحد الأدنى من مستوى التعود لجميع المواد الدراسية من خلال إجراء التعود الذي يتطلب من كل فرد الوصول إلى معيارين. التعود على الساحة غير الوظيفية (حتى المعيار الأول) ضع جميع الصناديق ثلاثية الجوانب على القواعد ، وأضف غطاء كل صندوق وأمسكها في مكانها مع نظام التثبيت (بدون وجود الموضوع).ملاحظة: فكر في تعويد الموضوعات على مراحل مناسبة لكل نوع ، على سبيل المثال ، عن طريق إضافة المزيد من المربعات تدريجيا إلى المنصة ، وتقديم الساحة في منطقتهم الأصلية ، ووضع المكافآت في أي موضع من المنصة مثل حولها ، في الأعلى ، ومع الصناديق أو مواجهتها بالجهاز في مجموعات أكبر أولا وتقليل حجم المجموعة تدريجيا. تعريف الأشخاص بعناصر منفصلة من المهام التي قد تثير ردود فعل معادية للنيوفوبيا.ملاحظة: يجب عدم دمج هذه العناصر المنفصلة (أي كل شيء باستثناء الصناديق الأساسية والنظام الأساسي ونظام التثبيت) في آليات وظيفية في هذه المرحلة. ضع مكافأة واحدة داخل الصندوق (في الوسط). أحضر الموضوع إلى المقصورة. انتظر مدة الجلسة دون تدخل. من المفترض الآن أن يأكل الأشخاص المكافآت.ملاحظة: اختلفت مدة جلسات التعود هذه في التجربة: تلقت الطيور الأسيرة طويلة الأجل 10 دقائق ، في حين كان لدى الببغاوات الأسيرة قصيرة الأجل 20 دقيقة لتناول المكافآت. كان هذا ضروريا لحساب وقت تغذية أطول بكثير بسبب أنواع المكافآت المختلفة. تمت معالجة هذه المشكلة بشكل مختلف لاحقا في جلسات الاختبار (راجع الخطوة 4.8). كرر لكل موضوع (جلسة واحدة في يوم الاختبار) حتى يتم الوصول إلى المعيار: يستهلك كل فرد جميع المكافآت من صناديق ثلاثية الجوانب (مكافأة واحدة لكل صندوق) خلال ثلاث جلسات متتالية بينما يكون معزولا بصريا عن المجموعة. التعود على الساحة الوظيفية (حتى المعيار الثاني) الغراء وإرفاق جميع العناصر الضرورية بشكل دائم إلى الصناديق لجعلها صناديق اللغز وظيفية.ملاحظة: في هذه المرحلة ، تعمل الساحة بكامل طاقتها كما هو الحال في جلسات الاختبار. ضع الصناديق بشكل عشوائي على المنصة (سيتم الاحتفاظ بها في مكانها بواسطة القواعد) وقم بتأمين الأغطية على الصناديق. ضع مكافأة واحدة على غطاء كل صندوق على الحافة الأقرب إلى وسط الساحة. أحضر الموضوع إلى المقصورة. انتظر مدة الجلسة دون تدخل.ملاحظة: من المفترض أن يأكل الأشخاص الآن المكافآت. كرر لكل مادة (جلسة واحدة في يوم الاختبار) حتى يتم الوصول إلى المعيار.ملاحظة: المعيار الثاني: يستهلك الفرد جميع المكافآت من أعلى مربعات الألغاز الوظيفية (مكافأة واحدة لكل صندوق) خلال جلسة واحدة بينما يكون معزولا بصريا عن المجموعة. سيضمن هذا المعيار الثاني عدم خوف الأشخاص من الساحة ، حتى عندما يتم إرفاق أجزاء جديدة. غير أنه ينبغي ألا تتفاعل مع الآليات وينبغي مقاطعتها إذا فعلت ذلك. 4. الاختبار ضع الصناديق على المنصة وفقا لجدول التوزيع العشوائي. قم بطعم كل مهمة في الموقع المناسب داخل الصناديق (انظر الشكل 2).ملاحظة: يعتمد الموقع الدقيق لكل مكافأة على المهمة المحددة ويمكن رؤيته في الفيديو. قم بتوصيل الأغطية بالصناديق وقم بتأمينها بنظام التثبيت (للتأكد من أن الأهداف لا يمكنها سحبها). افصل موضوعا فرديا واحدا وأحضره إلى حجرة الاختبار. يتم اختبار الموضوعات واحدة تلو الأخرى لتجنب التدخل في التعلم الاجتماعي. إما وضعها على موضع البداية (أي النقطة التي تكون على مسافة متساوية مع جميع المهام في مركز المنصة) أو وضع حافز (على سبيل المثال ، مكافأة) في موضع البداية لضمان أن الموضوع يبدأ هناك. ابدأ تشغيل المؤقت وانتظر لمدة 20 دقيقة (مدة الجلسة) دون التدخل أو التفاعل مع الموضوع. يمكن للموضوع حل أكبر عدد ممكن من المهام. إذا تشتت انتباه الموضوع بأشياء غير مرتبطة بالجهاز ، يسمح للمجرب بوضعها مرة أخرى في موضع بداية الساحة (إن أمكن). إذا كان الموضوع يتغذى لفترة أطول من 3 ثوان على المكافأة ، فأوقف المؤقت ، وانتظر حتى تنتهي التغذية ، ثم استأنف التوقيت.ملاحظة: يتم ذلك لضمان عدم تقليل الحد الأقصى للوقت المتاح لحل المهام عن طريق وقت التغذية وبالتالي مساو لكلتا المجموعتين. إذا لم يتفاعل الموضوع مع أي مهمة خلال أول 3 دقائق ولم يكن مضطربا أيضا ، فقم بتطبيق بروتوكول تحفيز (انظر القسم 5). بمجرد انقضاء 20 دقيقة (الحد الأقصى لمدة جلسة واحدة) أو قيام المشارك بحل جميع المهام ، يتم الانتهاء من الموضوع مع الاختبار لهذا اليوم ويمكن إطلاقه مرة أخرى إلى منطقة المنزل. في يوم الاختبار التالي، كرر هذا الإجراء. استمر في اختبار كل فرد حتى لا يحل أي مهمة جديدة في الجلسات الخمس الأخيرة أو لا يحل أي مهمة على الإطلاق في 10 جلسات متتالية. 5. بروتوكول التحفيز ملاحظة: كما هو موضح أعلاه (الخطوة 4.9) ، يمكن تنفيذ بروتوكول تحفيزي إذا لم يتفاعل الفرد مع أي مهمة خلال أول 3 دقائق من الجلسة. ضع ثلاث مكافآت أعلى المربعات (اختر مربعا على الجانب الأيسر والأوسط والأيمن لهذا الغرض). إذا بدأ الموضوع في التفاعل مع أي مهمة بعد 3 دقائق من استهلاك المكافآت ، فاستأنف الجلسة (تبدأ مدة 20 دقيقة في هذه المرحلة). إذا لم يكن الأمر كذلك ، فضع خمس مكافآت مشتتة على خط الاقتراب (أي شبكة القرب). إذا بدأ الموضوع في التفاعل مع أي مهمة بعد 3 دقائق من استهلاك المكافآت ، فاستأنف الجلسة (تبدأ مدة 20 دقيقة في هذه المرحلة). إذا لم يكن الأمر كذلك ، فضع خمس مكافآت في مركز البداية. إذا بدأ الموضوع في التفاعل مع أي مهمة بعد 3 دقائق من استهلاك المكافآت ، فاستأنف الجلسة (يبدأ الإطار الزمني البالغ 20 دقيقة في هذه المرحلة). إذا لم يكن الأمر كذلك ، فضع حفنة من المكافآت في موضع البداية وقم بإنهاء جلسة الاختبار لهذا اليوم (ولكن امنح الموضوع بعض الوقت لاستهلاك المكافآت). 6. التحليل الترميز السلوكي قبل تحليل مقاطع الفيديو ، افحص بروتوكول الترميز بالتفصيل (الجدول 1) وفكر فيما إذا كانت التعديلات ضرورية للأنواع التي يتم اختبارها.ملاحظة: يجب أن تكون أوصاف متغيرات الترميز محددة قدر الإمكان من أجل تجنب اختلافات الترميز بين مختلف الباحثين. التعليق التوضيحي على أحداث النقاط التالية: عدد المهام المختلفة التي تم لمسها (TasksTouched; لاحظ أن الحد الأقصى لعدد المهام التي تم لمسها هو 20) ، وعدد المهام التي تم حلها (TasksSolved) ، والاتصال بالمهام المطعومة (BaitedContact) ، والاتصال بالمهام التي تم حلها (SolvedContact). قم بالتعليق التوضيحي على فترات الكمون حتى يعبر الموضوع الحدود الخارجية لخط الشبكة (LatencyGrid) والوقت المستغرق داخل الشبكة (GridTime). التحليل الإحصائي حدد ما إذا كانت مقاييس السلوكيات الموجهة للجهاز (LatencyGrid و GridTime و TasksTouched و BaitedContact و SolvedContact) مرتبطة. إذا كانت الإجابة بنعم ، فقم باستخراج المكونات الرئيسية باستخدام تحليل المكون الرئيسي قبل تضمينها في النموذج كتنبؤات. إذا لم تكن مترابطة، فقم بتضمينها بشكل منفصل في النموذج كتنبؤات. قم بتشغيل نموذج مختلط خطي معمم مع بنية خطأ ذات حدين ووظيفة ارتباط logit36. للتنبؤ باحتمال النجاح (أي متغير الاستجابة الذي يتم حله Tasks) ، قم بملاءمة النموذج مع بنية المنحدر العشوائي القصوى وتضمين اعتراضات عشوائية للموضوع والمهمة وعامل مشترك للموضوع والجلسة (SessionID) وعامل مشترك للموضوع والمهمة (Subj.Task) لتجنب النسخ المتماثل الزائف. استخدم مقارنة الاهتمام (مثل الأنواع) والمكونات الرئيسية كمتغيرات تنبؤية ومراقبة للدورة. النظر في التفاعلات المحتملة. لتجنب الاختبارات المتعددة المشفرة37 ، قارن أولا النموذج بنموذج يفتقر إلى جميع التأثيرات الثابتة ذات الأهمية قبل اختبار المتنبئين الفرديين. لاختبار الفرق العام في الصعوبة في المهام بين المجموعات، قارن النموذج (الكامل) بالنموذج الذي يفتقر إلى المنحدر العشوائي للمجموعة داخل المهمة.

Representative Results

تم اختبار تسعة عشر شخصا باستخدام ساحة الابتكار: 11 كوكاتو أسير طويل الأجل و 8 كوكاتو أسير قصير الأجل (الشكل 4). الشكل 4: نظرة عامة على عدد المهام التي تم حلها لكل جلسة لكل فرد . أ) المجموعة الميدانية ، ب) مجموعة المختبر. الخطوط الحمراء = أنثى; الخطوط الزرقاء = ذكر. تم تصنيف الأشخاص الذين يتلقون البروتوكول التحفيزي بسبب ترددهم في التفاعل مع الجهاز على أنهم غير متحمسين وتم تصويرهم بخلفية رمادية. نشرت سابقا في المعلومات التكميلية من32. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. وأسفر تحليل المكون الرئيسي عن وجود مكونين لهما قيم ذاتية أعلى من معيار كايزر38 (انظر الجدول 2 للاطلاع على نواتج اتفاق التعاون التقني). تم تحميل PC1 على تكرار جهات الاتصال بالمهام ، والوقت الذي يقضيه بالقرب (أي داخل الشبكة) من المهام ، وعدد المهام التي تم لمسها. تأثر PC2 بشكل إيجابي بعدد جهات الاتصال بالمهام التي تم حلها بالفعل وسلبا بعدد المهام التي تم لمسها ، ولم يتم حلها. وكثيرا ما تستخدم هذه السلوكيات الموجهة نحو المهام لقياس الدافع (انظر12 للاطلاع على مراجعة). لذلك ، استخدمنا PC1 و PC2 كمقاييس كمية للتحفيز على التفاعل مع الجهاز في نموذجنا. وشرحوا معا 76.7٪ من التباين في السلوكيات الموجهة للجهاز وكلاهما ، وكذلك الجلسة ، أثرا بشكل كبير على احتمال حل المهام (PC1: التقدير = 2.713 ، SE ± 0.588 ، χ2  = 28.64 ، p < 0.001 ؛ PC2: التقدير = 0.906 ، SE ± 0.315 ، χ2  = 9.106 ، p = 0.003 ؛ الجلسة: التقدير = 1.719, SE ± 0.526, χ2 = 6.303, p = 0.001; انظر الشكل 5؛ انظر الجدول 4). الشكل 5: تأثير تنبؤات التحكم على احتمال الحل: (أ) PC1 ، (ب) PC2 ، (ج) الجلسة. تظهر النقاط البيانات المرصودة ، وتشير مساحة النقاط إلى عدد الملاحظات لكل نقطة بيانات ، وتظهر الخطوط المتقطعة قيما مناسبة للنموذج وترمز المناطق إلى فترات الثقة في النموذج. نشرت سابقا في32. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. تلقى ستة من أصل 19 شخصا البروتوكول التحفيزي أثناء التجربة (المختبر: 1 من أصل 11; الحقل: 5 من 8). تراوحت PC1 من هذه الطيور ، التي صنفناها على أنها غير متحمسة ، بين -2.934 إلى -2.2 ، في حين تم العثور على قيم إيجابية لجميع الأفراد الآخرين المتحمسين (الجدول 3). باستخدام الطريقة المقدمة ، لم نجد أي اختلاف في المجموعة حول احتمال حل المهام الفنية ال 20 لحل المشكلات في ساحة الابتكار (التقدير = −0.089 ، SE ± 1.012 ، χ2  = 0.005 ، p = 0.945 ؛ الشكل 5؛ انظر الجدول 4 للاطلاع على تقديرات الآثار الثابتة؛ وشملت جميع الطيور). تشير المقارنة اللاحقة للنموذج مع نموذج يتضمن مصطلح تفاعل المجموعة مع الجلسة (التقدير = 2.924 ، SE ± 0.854 ، χ2  = 14.461 ، p < 0.001) إلى احتمال أقل للحل في المجموعة الميدانية في الجلسات السابقة ولكن ليس في الجلسات اللاحقة. قد يكون هذا الاختلاف في الجلسات السابقة بسبب العدد الكبير من الطيور الأقل / غير المتحمسة في مجال المجموعة (الأفراد الذين توقف الاختبار عنهم بسبب قاعدة عدم حل أي مهمة في 10 جلسات متتالية تم تلقيها بين 10 و 13 جلسة). علاوة على ذلك ، لم نجد أي فرق بين المجموعات فيما يتعلق بالصعوبة الإجمالية للمهام (مقارنة النموذج الكامل مع جميع الطيور المضمنة ، مع نموذج مخفض يفتقر إلى المنحدر العشوائي للمجموعة داخل المهمة: χ2 = 7.589 ، df = 5 ، p = 0.18). ومع ذلك ، فإن المقارنات البصرية للطيور التي لم تتطلب أبدا تجربة تحفيزية ، تشير إلى بعض الاختلافات في القدرة على القيام بمهام فردية واحدة (انظر ، على سبيل المثال ، مهمة الزر في الشكل 6). الشكل 6: البيانات المرصودة للموضوعات المحفزة والقيم الملائمة للنموذج لكل مهمة ومجموعة: تظهر مخططات الصندوق نسبة النجاحات لكل مهمة لكلتا المجموعتين (الأخضر = الحقل؛ البرتقالي = المختبر). تشير الخطوط الأفقية الجريئة إلى القيم الوسيطة ، وتمتد الصناديق من الربعين الأول إلى الثالث للطيور. توضح Boxplots البيانات من الطيور المتحمسة فقط (لتحسين الوضوح البصري). يتم تصوير الملاحظات الفردية بنقاط (تشير المساحة الأكبر إلى المزيد من الملاحظات لكل نقطة بيانات). تظهر الخطوط الأفقية الحمراء القيم الملائمة. تنشأ القيم المجهزة من مجموعة البيانات بأكملها. وشملت الرسوم التوضيحية لمهام Bite (أسفل اليسار) و Button (أعلى الوسط) و Seesaw (أعلى اليمين). نشرت سابقا في32. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. توضح هذه النتائج جدوى منهجية البحث المقارن حتى لو كانت الحيوانات لديها تجارب وظروف بيئية مختلفة. ربما تكون المقارنة بين القدرات المبتكرة على حل المشكلات باستخدام مهمة واحدة فقط ، مثل مهمة الزر ، قد أسفرت عن استنتاج خاطئ مفاده أن الطيور الأسيرة على المدى الطويل هي أفضل حلالا للمشكلات. يمكن تفسير هذا الاختلاف من خلال تجربة سكان المختبر مع تجارب إدخال العصا في حين أن العمل الحركي قد لا يكون ذا صلة بالبيئة للمجموعات البرية. ويمكن أن تكون هذه الاختلافات أكثر وضوحا عند مقارنة الأنواع المختلفة (انظر19). لقد تمكنا أيضا من اختبار كيفية تأثير الدافع على القدرة على حل المشكلات ، بينما قارنا في الوقت نفسه نتائج المجموعتين مع التحكم في الدافع. وبالتالي يمكن استخدام المشاكل التقنية ال 20 لساحة الابتكار للكشف عن الاختلافات بين المجموعات حول مهام معينة ، ولكن أيضا لتقدير القدرة الابتكارية الشاملة للمجموعات. في حالة ببغاء Goffin ، يمكن لكلتا المجموعتين ، أي ، أن يكون لديهما القدرة على استرداد العديد من المكافآت ، إذا أرادوا ذلك ، أي أن يكونوا متحمسين للتفاعل مع الجهاز. الجدول 1: بروتوكول لترميز السلوكيات: وصف مفصل للمتغيرات السلوكية المشفرة. نشرت سابقا في32. يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الجدول. الجدول 2: نواتج المكون الرئيسي: تتم طباعة الأحمال العاملية فوق 0.40 بخط غامق. نشرت سابقا في32. يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الجدول. الجدول 3: تفاصيل حول مواضيع وقيم السلوكيات الموجهة للمهام والمكونات الرئيسية: الحروف المرتفعة إذا تجاوزت أحمال القياس 0.40 لكل جهاز كمبيوتر. نشرت سابقا في32. يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الجدول. الجدول 4: نتائج التأثيرات الثابتة لنموذج الاحتمال لحلها. نشرت سابقا في32. يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الجدول. ملف تكميلي: الرسم الفني لساحة الابتكار (InnovationArena.3dm). قد تنحرف الأبعاد قليلا. يمكن تحميلها ، على سبيل المثال ، في 3dviewer.net ، وهو عارض نموذج 3D مجاني ومفتوح المصدر39. يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

Discussion

ساحة الابتكار هي بروتوكول جديد لاختبار حل المشكلات التقني المبتكر. عند تصميم مهام ساحة الابتكار ، نظرنا بعناية في أن المهام يجب أن تكون ممكنة الحل نظرا لمجموعة من القيود المورفولوجية للأنواع (على سبيل المثال ، باستخدام المناقير أو الخطم أو الكفوف أو المخالب أو اليدين). ولتمكين المقارنة على نطاق أوسع بين الأنواع التي تم اختبارها بالفعل والأنواع التي سيتم اختبارها في المستقبل، نشجع على استخدام هذه المهام، إذا كان ذلك ممكنا مع النموذج المعني. ومع ذلك ، نحن ندرك أن بعض المهام قد تحتاج إلى تعديل إلى حدود مورفولوجية محددة للأنواع. الأهم من ذلك ، يجب أن تكون المهام جديدة على الموضوعات ، والتي قد تتطلب تصميمات جديدة وبديلة. تتمثل إحدى مزايا ساحة الابتكار في أنه نظرا لعدد المهام المختلفة ، ستظل المقارنات ممكنة وغنية بالمعلومات حتى لو كانت بعض المهام بحاجة إلى تعديل أو تغيير في الدراسات المستقبلية.

أثناء التخطيط للدراسة ، ينبغي مراعاة أن مرحلة الاختبار المسبق (على سبيل المثال ، تصميم وبناء الجهاز) قد تتطلب قدرا كبيرا من الوقت. علاوة على ذلك ، من المهم أن تعتاد الموضوعات بدقة على الجهاز. يمكن أن تختلف المجموعات المختلفة اختلافا كبيرا في نهجها الاستكشافي وردود الفعل الجديدة40،41،42. إن القضاء على (أو تخفيض) ردود الفعل المعادية للجدد سيجعل المقارنات أكثر موثوقية ويسمح بتحديد دور الدافع. لقياس الظهور الفردي للابتكارات بمرور الوقت وتجنب التعلم الاجتماعي ، من الأهمية بمكان أن يتم اختبار الموضوعات بشكل متكرر وفردي ، مما قد يكون صعبا في ظل الظروف الميدانية. بالنسبة للعديد من الأنواع ، سيحتاج الأشخاص الذين يتم صيدهم في البرية إلى وقت طويل للتعود على البيئة الجديدة والوجود البشري والتفاعل وتطوير إجراء فصل العمل. وعلاوة على ذلك، قد لا يكون من الممكن عمليا التقيد الصارم بالجدول الزمني للتوزيع العشوائي لكل فرد في كل دورة. في حين تم تدريب الببغاوات الأسيرة طويلة الأجل في دراستنا على دخول حجرة الاختبار عند استدعائها باسمها الفردي ، كنا بحاجة إلى أن نكون أكثر انتهازية فيما يتعلق بالفرد الذي يدخل غرفة الاختبار في الميدان. وبصرف النظر عن مستويات التحفيز، واجهنا عاملا آخر يمكن أن يؤثر على نتائج دراسة مقارنة باستخدام ساحة الابتكار. نظرا لتفضيلات التغذية وتوافر الطعام ، استخدمنا أنواعا مختلفة من المكافآت للمجموعتين ، مما زاد من أوقات تغذية الببغاء البري مقارنة بطيور المختبر. لقد قمنا بحساب هذه الاختلافات عن طريق إضافة مدة التغذية (إذا تجاوزت 3 ثوان) إلى إجمالي الوقت الذي واجه فيه الفرد الساحة. يضمن هذا البروتوكول عدم تقليل وقت التفاعل مع الساحة في مجموعة واحدة بسبب وقت التغذية. وينبغي أن تنظر الدراسات المستقبلية في هذه المسألة المحتملة وقد تهدف إلى تنفيذ هذا البروتوكول الذي هو بالفعل في مرحلة التعود.

تتضمن قوة هذه الطريقة وحداثتها مزيجا من مجموعة أكبر من المهام ، والعرض المتزامن لهذه المهام ، والمكافآت المتعددة لكل لقاء مع الجهاز ، والتعرض المتكرر للجهاز لكل موضوع.

علاوة على ذلك ، يتم اختبار الأفراد حتى لا يحلوا أي مهام جديدة. وعلى النقيض من عدد ثابت من الجلسات، فإن هذا الحد الأقصى (أو المستوى غير المتناظر) لاكتشاف الحلول، إلى جانب عدد المهام التي يتم حلها في كل جلسة، يمكن أن يكون مفيدا حول التكيف المحتمل لمجموعة ما مع بيئة متغيرة.

مثال على طريقة بديلة هو صندوق الوصول المتعدد (MAB) ، حيث يمكن حل مهمة من خلال أربعة حلول مختلفة ولكن يمكن استرداد مكافأة واحدة فقط لكل لقاء مع الجهاز18 وبالتالي فإن تقدير معدل الابتكار بمرور الوقت محدود بشكل كبير. علاوة على ذلك ، يمكن أن تؤثر الصعوبات في المهام الفردية ، والتي قد تكون خاصة بالأنواع ، بقوة على مقارنة الأداء فيما يتعلق بالقدرات المعرفية. على حد علمنا ، اقتصر العرض المتزامن للمهام ذات الحلول المتميزة حركيا على ست مهام كحد أقصى في الدراسات السابقة (Federspiel ، MAB في 6 اتجاهات على طيور mynah ، بيانات غير منشورة حتى الآن). في حين أن MAB هي أداة مفيدة للغاية للكشف عن تقنيات الاستكشاف ، نعتقد أن ساحة الابتكار مناسبة بشكل أفضل لمقارنة القدرة على ابتكار نفسها. يمكن أن تكون مجموعة واسعة من المهام ، والتي تختلف أيضا في الصعوبة ، أكثر إفادة حول الكفاءة التقنية الشاملة لحل المشكلات29.

في دراستنا الأولى ، نجحنا في مقارنة مجموعتين من نفس النوع ، ببغاء جوفين ، والتي اختلفت اختلافا كبيرا في تجربتها. من خلال هذه المقارنة، استهدفنا على وجه التحديد مسألة ما إذا كان الأسر على المدى الطويل يؤثر على قدرات حل المشكلات. وقد أشارت دراسات سابقة إلى أن نمط الحياة الأسيرة المطولة يعزز هذه القدرات (انظر30،43) ولكن المقارنات المباشرة من خلال النهج التجريبية الخاضعة للرقابة كانت نادرة (ولكن انظر44،45). باستخدام ساحة الابتكار ، تمكنا من استهداف هذا السؤال ولم نجد أي دعم لتأثير الأسر على القدرة الإجمالية ل Goffins على إيجاد حلول جديدة ، بل تأثير على المستوى التحفيزي32.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام ساحة الابتكار لمعالجة الأسئلة التي تركز على جوانب مختلفة من حل المشكلات المبتكر. ويمكن أن تشمل الخطوات الأخرى إجراء تحقيقات تستهدف آثار التباعد والتقارب. على سبيل المثال، المقارنات بين الأنواع ذات الصلة الوثيقة التي تختلف في إيكولوجياتها (على سبيل المثال، الأنواع الجزرية مقابل الأنواع غير الجزرية)، ولكن أيضا الأنواع ذات الصلة البعيدة، مثل الببغاء وممثل كورفيد أو أنواع الطيور والرئيسيات التي أظهرت في السابق أداء مماثلا في حل المشكلات الفيزيائية الفردية46. تم تطوير ساحة الابتكار لمقارنة العديد من الأنواع المختلفة ، حتى تلك التي ترتبط ارتباطا بعيدا.

ومع ذلك ، يمكن أيضا استخدام هذه الطريقة للتحقيق في الاختلافات بين الأفراد. على سبيل المثال ، يمكن للمرء استخدام درجات الشخصية كتنبؤات لتقدير تأثيرها على معدل الابتكار. نعتقد أن الطريقة المقدمة يمكن استخدامها من قبل مجموعات بحثية تدرس الابتكار الحيواني والبشري ، و / أو بالتعاون مع المختبرات المتخصصة في دراسة الأنواع المختلفة.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

نشكر ستيفان شيرهوبر وديفيد لانغ على مساعدتهما في إنتاج هذا الفيديو، وكريستوف روسلر على مساعدته في الرسومات التقنية، وبوبي لامبرت على التدقيق اللغوي لهذه المخطوطة. تم تمويل هذا المنشور من قبل صندوق العلوم النمساوي (FWF; مشروع START Y01309 منح إلى A.A.). تم تمويل البحث المقدم من قبل صندوق العلوم النمساوي (FWF) ؛ المشاريع P29075 و P29083 الممنوحة ل A.A. والمشروع J 4169-B29 الممنوح ل M.O) وكذلك صندوق فيينا للعلوم والتكنولوجيا (WWTF ؛ المشروع CS18-023 الممنوح ل A.A).

Materials

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
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
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)
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
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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Fisher, J. The opening of milkbottles by birds. British Birds. 42, 347-357 (1949).
  2. Kummer, H., Goodall, J. Conditions of innovative behaviour in primates. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. B, Biological Sciences. 308 (1135), 203-214 (1985).
  3. Tebbich, S., Griffin, A. S., Peschl, M. F., Sterelny, K. From mechanisms to function: an integrated framework of animal innovation. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 371 (1690), 20150195 (2016).
  4. Reader, S. M., Laland, K. N. Social intelligence, innovation, and enhanced brain size in primates. Proceedings of the National Academy of Sciences. 99 (7), 4436-4441 (2002).
  5. Reader, S. M., Laland, K. N. Primate innovation: Sex, age and social rank differences. International Journal of Primatology. 22 (5), 787-805 (2001).
  6. Lefebvre, L., Whittle, P., Lascaris, E., Finkelstein, A. Feeding innovations and forebrain size in birds. Animal Behaviour. 53 (3), 549-560 (1997).
  7. Lefebvre, L., et al. Feeding innovations and forebrain size in Australasian birds. Behaviour. 135 (8), 1077-1097 (1998).
  8. Timmermans, S., Lefebvre, L., Boire, D., Basu, P. Relative size of the hyperstriatum ventrale is the best predictor of feeding innovation rate in birds. Brain, Behavior and Evolution. 56 (4), 196-203 (2000).
  9. Ducatez, S., Clavel, J., Lefebvre, L. Ecological generalism and behavioural innovation in birds: technical intelligence or the simple incorporation of new foods. Journal of Animal Ecology. 84 (1), 79-89 (2015).
  10. Sol, D., Lefebvre, L., Rodríguez-Teijeiro, J. D. Brain size, innovative propensity and migratory behaviour in temperate Palaearctic birds. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. 272 (1571), 1433-1441 (2005).
  11. Sol, D., Sayol, F., Ducatez, S., Lefebvre, L. The life-history basis of behavioural innovations. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 371 (1690), 20150187 (2016).
  12. Griffin, A. S., Guez, D. Innovation and problem solving: A review of common mechanisms. Behavioural Processes. 109, 121-134 (2014).
  13. Laumer, I. B., Bugnyar, T., Reber, S. A., Auersperg, A. M. I. Can hook-bending be let off the hook? Bending/unbending of pliant tools by cockatoos. Proceedings of the Royal Society B. Biological Sciences. 284 (1862), 20171026 (2017).
  14. Rutz, C., Sugasawa, S., Vander Wal, J. E. M., Klump, B. C., St Clair, J. J. H. Tool bending in New Caledonian crows. Royal Society Open Science. 3 (8), 160439 (2016).
  15. Weir, A. A. S., Kacelnik, A. A New Caledonian crow (Corvus moneduloides) creatively re-designs tools by bending or unbending aluminium strips. Animal Cognition. 9 (4), 317-334 (2006).
  16. Herrmann, E., Hare, B., Call, J., Tomasello, M. Differences in the cognitive skills of bonobos and chimpanzees. PloS One. 5 (8), 12438 (2010).
  17. Herrmann, E., Call, J., Hernández-Lloreda, M. V., Hare, B., Tomasello, M. Humans have evolved specialized skills of social cognition: The cultural intelligence hypothesis. Science. 317 (5843), 1360-1366 (2007).
  18. Auersperg, A. M. I., Gajdon, G. K., von Bayern, A. M. P. A new approach to comparing problem solving, flexibility and innovation. Communicative & Integrative Biology. 5 (2), 140-145 (2012).
  19. Auersperg, A. M. I., von Bayern, A. M. P., Gajdon, G. K., Huber, L., Kacelnik, A. Flexibility in problem solving and tool use of Kea and New Caledonian crows in a multi access box paradigm. PLoS One. 6 (6), 20231 (2011).
  20. Daniels, S. E., Fanelli, R. E., Gilbert, A., Benson-Amram, S. Behavioral flexibility of a generalist carnivore. Animal Cognition. 22 (3), 387-396 (2019).
  21. Johnson-Ulrich, L., Holekamp, K. E., Hambrick, D. Z. Innovative problem-solving in wild hyenas is reliable across time and contexts. Scientific Reports. 10 (1), 13000 (2020).
  22. Johnson-Ulrich, L., Johnson-Ulrich, Z., Holekamp, K. Proactive behavior, but not inhibitory control, predicts repeated innovation by spotted hyenas tested with a multi-access box. Animal Cognition. 21 (3), 379-392 (2018).
  23. Williams, D. M., Wu, C., Blumstein, D. T. Social position indirectly influences the traits yellow-bellied marmots use to solve problems. Animal Cognition. 24 (4), 829-842 (2021).
  24. Cooke, A. C., Davidson, G. L., van Oers, K., Quinn, J. L. Motivation, accuracy and positive feedback through experience explain innovative problem solving and its repeatability. Animal Behaviour. 174, 249-261 (2021).
  25. Huebner, F., Fichtel, C. Innovation and behavioral flexibility in wild redfronted lemurs (Eulemur rufifrons). Animal Cognition. 18 (3), 777-787 (2015).
  26. Godinho, L., Marinho, Y., Bezerra, B. Performance of blue-fronted amazon parrots (Amazona aestiva) when solving the pebbles-and-seeds and multi-access-box paradigms: ex situ and in situ experiments. Animal Cognition. 23 (3), 455-464 (2020).
  27. Bouchard, J., Goodyer, W., Lefebvre, L. Social learning and innovation are positively correlated in pigeons (Columba livia). Animal Cognition. 10 (2), 259-266 (2007).
  28. Griffin, A. S., Diquelou, M., Perea, M. Innovative problem solving in birds: a key role of motor diversity. Animal Behaviour. 92, 221-227 (2014).
  29. Webster, S. J., Lefebvre, L. Problem solving and neophobia in a columbiform-passeriform assemblage in Barbados. Animal Behaviour. 62 (1), 23-32 (2001).
  30. Haslam, M. 34;Captivity bias" in animal tool use and its implications for the evolution of hominin technology. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 368 (1630), 20120421 (2013).
  31. Lambert, M. L., Jacobs, I., Osvath, M., von Bayern, A. M. P. Birds of a feather? Parrot and corvid cognition compared. Behaviour. , 1-90 (2018).
  32. Rössler, T., et al. Using an Innovation Arena to compare wild-caught and laboratory Goffin´s cockatoos. Scientific Reports. 10 (1), 8681 (2020).
  33. Laumer, I. B., Bugnyar, T., Auersperg, A. M. I. Flexible decision-making relative to reward quality and tool functionality in Goffin cockatoos (Cacatua goffiniana). Scientific Reports. 6, 28380 (2016).
  34. Friard, O., Gamba, M. BORIS: a free, versatile open-source event-logging software for video/audio coding and live observations. Methods in Ecology and Evolution. 7 (11), 1325-1330 (2016).
  35. R. Core Team. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing. , (2020).
  36. McCullagh, P., Nelder, J. A. Generalized linear models. Monographs on Statistics and Applied Probability. , (1989).
  37. Forstmeier, W., Schielzeth, H. Cryptic multiple hypotheses testing in linear models: overestimated effect sizes and the winner’s curse. Behavioral Ecology and Sociobiology. 65 (1), 47-55 (2011).
  38. Kaiser, H. F. The application of electronic computers to factor analysis. Educational and Psychological Measurement. 20 (1), 141-151 (1960).
  39. . Online 3D Viewer Available from: https://github.com/lovacsv/Online3DViewer (2021)
  40. Greenberg, R. S., Mettke-Hofmann, C. Ecological aspects of neophobia and neophilia in birds. Current Ornithology. 16, 119-169 (2001).
  41. Mettke-Hofmann, C., Winkler, H., Leisler, B. The Significance of Ecological Factors for Exploration and Neophobia in Parrots. Ethology. 108 (3), 249-272 (2002).
  42. O’Hara, M., et al. The temporal dependence of exploration on neotic style in birds. Scientific Reports. 7 (1), 4742 (2017).
  43. Chevalier-Skolnikoff, S., Liska, J. O. Tool use by wild and captive elephants. Animal Behaviour. 46 (2), 209-219 (1993).
  44. Benson-Amram, S., Weldele, M. L., Holekamp, K. E. A comparison of innovative problem-solving abilities between wild and captive spotted hyaenas, Crocuta crocuta. Animal Behaviour. 85 (2), 349-356 (2013).
  45. Gajdon, G. K., Fijn, N., Huber, L. Testing social learning in a wild mountain parrot, the kea (Nestor notabilis). Animal Learning and Behavior. 32 (1), 62-71 (2004).
  46. Shettleworth, S. J. . Cognition, Evolution, and Behavior. , (2009).

Tags

Innovation ArenaProblem-solvingComparative CognitionInnovative BehaviorGoffin’s CockatooCaptivity Effects

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Rössler, T., Mioduszewska, B., O’Hara, M., Huber, L., Prawiradilaga, D. M., Auersperg, A. M. I. The Innovation Arena: A Method for Comparing Innovative Problem-Solving Across Groups. J. Vis. Exp. (183), e63026, doi:10.3791/63026 (2022).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image