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摘要

为了保证人类照顾动物的心理健康，有必要对它们的福利进行评估。改善动物健康的一种方法是引入认知挑战，这需要通过发散思维、开放、容忍歧义和内在动机来创造性地解决问题。认知挑战可以通过对动物进行研究活动来提供。在这里，我们确定从事研究是否为两个灰海豹提供积极的精神刺激(Halichoerus grypus）.参与研究的效果在两个人之间有所不同，这取决于他们的个性。对于其中一个海豹来说，参与研究是激励和积极的，而第二个海豹则表现出低动机和沮丧的倾向。这表明圈养动物对认知挑战的反应可能不同，不仅在物种之间，而且在不同性格的动物之间。

关键字

动物福利，海洋哺乳动物，心理物理学，人格，丰富

介绍

动物福利被描述为“动物的身心状态，以及其本性(体现在品种和个性上的遗传特征)得到满足的程度”[1]。这是由其生理和心理条件共同决定的[2]。影响动物福利的变量可能因个体而异，甚至在同一物种中也是如此，例如，由于动物的年龄和性别[2]。这个词个性也可以用来描述这些对不同环境变量的一致行为反应[2]。

在过去几年中，确保人类照顾的动物的生活得到适当的丰富已成为一个关键话题[3]。福利是出了名的难以衡量的[4]，而且可能存在一个从坏到好的尺度[5]。为了了解动物的福利，我们需要综合评估行为、生理和生化指标。如上所述，有广泛的行为和生理指标来衡量贫穷的福利，但很少有行为和生理指标被用作良好福利的指标[5]。用于表明福利改善的行为是探索性行为，行为范围的增加[6]，以及表明福利不良的行为的减少。[7]将环境丰富定义为增强圈养动物积极体验的方式。富集的目的是提高目标动物的身体健康和/或心理健康，换句话说，提高目标动物的福利[8,9]。但是，如果富集不适应所讨论的物种或个体，它可能不会产生这些预期的效果[6]。

现在人们普遍认为，良好的福利不仅仅是没有消极的经历，而是与快乐等积极经历的存在有更多的关系[7]，因此可以作为一种充实的形式来提供。富集的目标是通过识别和提供最佳心理和生理“福祉”所必需的环境刺激来提高圈养动物护理的质量[3]。圈养动物主要被关在比它们在自然栖息地所经历的环境更小、更简单的环境中[10,11]。因此，丰富是必要的，以确保动物得到精神和身体上的刺激，否则它会在野外。这种生活质量的提高可以通过用新的资源或通过认知手段来丰富已经多样化的环境来实现[7]。创造一种期待积极奖励的情境，提供更多的空间来促进游戏，并为提高应对能力和信息收集提供积极对比情境的机会，也可以被视为一种充实[7]。然而，在所有情况下，都有必要确认浓缩是否具有预期的效果，这并不像有些人提出的那样容易[7]。

认知挑战已被证明能引起动物福利的积极变化[12-14]。例如，[15]认知实验表明，仅仅通过在猪舍结构中引入呼叫喂食站作为环境丰富，就会使猪的运动活动持续增加，这可能是由于每天将食物分成几小份。此外，[16]证明，当比较野生黑猩猩和圈养黑猩猩时，认知实验对圈养黑猩猩来说是一种有效的基于食物的强化。这种挑战既可以作为一种充实动物的形式，也可以包括对动物能力和行为的实际科学调查。科学研究有可能增加我们对动物的了解，以及如何改善它们的精神和身体刺激[17]。对于具有复杂认知技能的动物，如海洋哺乳动物和类人猿，提供漂浮物作为丰富几乎不能满足它们的高认知能力[14]，因此，随着在动物园、海洋公园和研究设施中进行的大量动物研究，研究有很大的潜力为动物参与者提供有意义的丰富。

一些研究考察了认知实验对动物福利的积极影响[13,16,18]，只有少数研究考察了其他类型研究的积极影响，例如[19]。

在这里，我们调查了参与心理物理研究是否可以被认为是两只圈养灰海豹(Halichoerus grypus)，他们有着截然不同的个性和生活经历。

方法

研究对象

实验对象，代号M1和M2，是两只雄性灰海豹(Halichoerus grypus)，安置在丹麦Kerteminde的南丹麦大学(SDU)海洋生物研究中心。M1于2011年1月出生(5岁)，两岁时来到SDU。在来到SDU之前，M1从未接触过环境富集(pers)。通讯，Irene Ayllón González)。M2出生于2014年2月(1岁)，两个月大时从瑞典kolmamatrden野生动物园来到SDU。M2在到达SDU前一周断奶，还在学习如何吃鱼。在SDU，两只海豹每天接受4 - 5次正强化的操作性条件反射训练(手动喂食)，并参与认知行为研究[20]。M2到达研究中心两个月后，M1开始学习研究任务。M2在到达后一个月就开始了研究任务的训练。两只海豹之前都没有接受过任何形式的训练，关于参与行为或认知研究，因此在数据收集开始之前，M1的9个月和M2的7个月每周接受4到5次训练。

住房和畜牧业

受试者被安置在一个170米的房间里²露天场地位于码头的边缘，由几个游泳池、水平甲板的木制拖拽区和金属网周边组成。有三个圆形住宅池:两个池(A:深:2米，宽:4米，长:14米;B:深度:2米，直径:4米)和一个蓄水池(深度:1米，直径:1.5米)，都含有天然盐水，在一个开放式循环系统上。每个水池都用金属网栅栏隔开，这样训练者就可以通过打开和关闭门来把实验对象关在水池之间，而不会让动物彼此直接接触;这使得海豹之间有视觉和听觉上的接触，但防止了攻击。在整个数据收集期间，由于两只动物都是雄性，而且两只动物的体型和体重差异很大(研究期间的平均体重:M1 = 129 kg;M2 = 67 kg)。

计算每只海豹的饮食，以确保动物保持适合其体型和季节(繁殖期、非繁殖期、夏季、冬季)的健康体重。研究于2015年1月至6月进行。每天的饮食在每天的训练中被分成两部分，作为强化。在进行研究的日子里，饮食被分开，30-50%的日常饮食被分配给研究阶段，剩下的50-70%被分配给剩下的3-4个训练阶段。饮食包括鱼(鱼)的混合物。Sprattus Sprattus;155卡路里/100克)，毛缕素(Mallotus绒毛;136卡路里/100克)，鲱鱼(Clupea harengus;190卡路里/100克)。除了日常训练，还提供了各种各样的“玩具”特别的每天都以一种形式丰富环境。它们的富集值没有被正式评估。

实验的程序

收集的数据是一项大型研究的一部分，该研究调查了灰海豹的水下听力阈值，从而有助于我们了解人为噪音对这种海洋哺乳动物物种的影响。在听力研究中，受试者被训练参加一项心理物理研究，采用GO/NOGO测试范式，采用正强化程序[21-23]。在最大的水池(14米x 4米x 2米)中单独测试密封件;在研究之前，研究对象通过声音和手势提示离开他们所在的水池，并自愿进入研究池。每次研究会议至少有两名研究人员出席实验者(K.A.H)和观察者(s.t.o & a.m.)的实验者在每次正确响应后加强密封观察者记录试验的进展，强化的数量(接收到的鱼的数量)，以及海豹在试验期间和试验之间的行为(即对试验的反应，游泳离开站，或与鱼玩耍)。在单个研究过程中，强化的数量保持不变。的实验者坐在泳池边，测试装置上方，然后观察者大约1米远(图1)。在每次会议期间，它都试图保持一个安静的环境，并且在甲板上或周围很少移动。这样做是为了避免刺激音调被掩盖，也为了尽量减少任何可能导致动物在研究过程中失去注意力的干扰。的实验者使用定制的手持控制台控制每个试验的开始和结束。除了控制每次试验的开始，还有一些按钮可以让实验者立即记录动物的反应是正确的(GO/NOGO)还是不正确的(False Alarm/MISS)直接输入计算机。因此，除了纸张记录之外观察者此外，每次会议都有电脑记录。为了避免实验者为了在每次实验之前知道实验的顺序，这可能会导致意外的提示动物正确的行为应该是什么，两个小的LED灯在手持控制台的前面。一个LED会在试验开始后亮起，另一个LED会亮起，表明是否有信号出现，或者保持不亮，表明没有信号出现。

图1所示。心理物理研究的水下装置示意图。

(图1)

在试验开始之前，受试者被要求通过声音和手势提示“站”起来:然后他们会潜入水面以下75厘米的水下站，把下巴放在下巴板上。该电台位于水下扬声器前50厘米处(UW-30, Electro-Voice, Buchanan Michigan, USA;20厘米)和一个试验信号灯(图1)。当灯打开时，试验开始，表明可能会/可能不会跟随听觉音调。刺激的频率和持续时间在整个研究过程中保持不变，然而，随着动物继续做出正确的反应，信号的强度从一次试验到另一次试验发生变化(见“极限方法”:Levitt, 1971;Gescheider, 1997, Chapter 3)。在这个测试过程中使用了两种类型的试验:(1)信号存在(GO)和(2)信号缺失(NOGO)。实验呈现给动物的顺序是随机的，使用由Matlab程序构建的12个预先制作的试验序列，使用[24]规则对心理物理试验进行“适当的”随机化。Gellerman规则是刺激的数量应该保持不变，以避免刺激偏差，并且刺激不能连续出现超过三次。最初完全随机的时间表被调整，因此在GO或NOGO试验中不超过三个试验。为了进行正确的GO测试，海豹会在出现音频信号时离开空间站，用鼻子触摸空间站左侧的红色响应目标。对于一个正确的NOGO试验，密封将保持驻扎，直到试验灯被关闭。 After each correct response, a bridge was emitted from the underwater speaker, followed by the seal returning to the surface where the trainer would hand feed the fish reward, to ensure that the animal could distinguish between the trial tones and the bridge, the bridge was a 6-kHz broadband tone. The number and type of fish that the seal received varied between the individuals, but the quantity and type of fish remained constant between trials for an entire research session. For incorrect responses, the animal was not bridged and did not receive a fish reward. He was then asked to re-station for the start of the next trial. A ‘time out’ situation was only used if an animal left the station 3-4 times in a row, and lasted 10-15 seconds. The inter-trial interval was attempted to be kept short, but was elongated if an animal left station to swim the pool or played with the fish they had received for reinforcement. Each research session lasted approximately 12-15 minutes. At the start of each session, each animal had a certain number of trials to complete for that session with no time limit to complete that task. Research sessions were conducted once per day, five times per week. These sessions were primarily conducted as the first session of the day, where one animal would be worked at 9 AM and the second animal would then be worked at 9:30 AM.

如上所述，观察者在一次研究会议中负责记录海豹的行为。研究期间，海豹离开研究站和游走的频率决定了海豹对研究的积极性。离开站定义为动物离开下巴站周围(>0.5 m)区域超过3秒。如果海豹吃强化物的时间超过三秒钟，或者拒绝强化物(例如，当鱼呈现在它们面前时没有吃，或者在收到鱼后把鱼扔掉)，它就被解释为对强化物不感兴趣。相比之下，对研究时段的高动机被量化为动物既停留在距离下巴站等于或小于0.5米的半径内，又在等于或小于3秒的时间内返回。对强化物的兴趣被量化为动物在不到三秒的时间内吃掉强化物。除了观察员的笔记，每天计算每只海豹的每日卡路里摄入量。这样就可以计算出每次强化的卡路里值，研究过程中消耗的卡路里，以及作为强化物消耗的卡路里占当天总热量摄入的百分比。M1组32次，M2组40次，观察总次数。

数据分析

使用R Studio软件(RCoreTeam, 2015)进行分析。使用高斯误差结构的一般线性模型(GLM)比较受试者之间和随时间(即研究会议)的密封行为。反应变量是密封行为:每次会话离开工作站的频率(表明任务动机低)和玩鱼或拒绝鱼(表明对强化的兴趣低)。解释变量为印章的身份(M1/M2)和实验会话数(M1 = 32次，M2 = 40次)。

为了检验受试者完成的试验次数在一段时间内(实验时段)是否有显著差异，GLM采用二项误差结构进行拟合。响应变量为每节完成的试验数，解释变量为印章的身份和实验节数。

道德的声明

这项研究遵循了所有适用的国际、国家和/或机构关于动物护理和使用的指导方针。这些动物是根据自然保护局的许可证sn -342-00056和食品和农业部的许可证2300-50120-00003-09饲养的。

结果

在研究期间，观察到两个海豹都离开了他们的工位，但M1的每次离开次数显著高于M2 (GLM检验，SD = -3.36, d.f = 70, p = 4e-12;图2)。相比之下，M2保持接近实验设置的次数显著高于M1 (GLM检验，SD = -3.36, d.f = 70, p = 4e-12;图3). M1从不需要超过三秒的时间来吃它的强化物，从不拒绝它，并且总是对强化物表现出高度的兴趣。M2在研究过程中对强化的兴趣较低(GLM检验，SD = 2.32, d.f = 70, p = 0.02;图3)。在100%的时间里，M1在不到3秒的时间内吃了他的强化，这与M2有显著不同，M2对强化的兴趣不太显著(GLM检验，SD = 2.32, d.f = 70, p = 0.02;图4)。

图2。每次试验后每只动物离开研究站(半径大于0.5 m)的次数(%)(N = 27只/次，M1;M2组N = 31试验/次;SD = -3.36;***表示p < 0.001， **表示p < 0.01， *表示p < 0.05)。

图3。每次试验后，每只动物在不超过3秒的时间内停留在研究站周围(半径小于0.5 m)并返回研究站的次数(%)(M1 = 27次/次;M2组N = 31试验/次;SD = -3.36;***表示p < 0.001， **表示p < 0.01， *表示p < 0.05)。

图4。每次试验后，每只动物需要超过3秒进食强化物的次数(%)(N = 27次/次，M1;M2组N = 31试验/次;SD = 2.32;***表示p < 0.001， **表示p < 0.01， *表示p < 0.05)。

M1组(平均27个试验/次，GLM测试SD= -0.22, d.f= 30, p= 0.6)和M2组(平均31个试验/次;GLM检验SD= 0.13, d.f= 38, p= 0.7)。即使M2比M1多完成17%的试验/疗程，这也没有显著差异(GLM测试SD= 4.67, d.f= 70, p= 1e-06)(图2)。

在研究期间，M1和M2接受的强化总量有显著差异，平均分别为个体每日热量摄入的37%和19% (GLM测试SD= -17,94, d.f= 70, p= e2 -11;图3、4、5、6)。

图5。每次试验后，每只动物在等于或小于3秒的时间内进食强化物的次数(%)(M1 = 27次/次;M2组N = 31试验/次;SD = 2.32;***表示p < 0.001， **表示p < 0.01， *表示p < 0.05)。

图6。每只动物在每个研究阶段的强化日粮中所占的百分比。彩色线来自线性模型(SD= -17,94)。灰色虚线位于25%的值，因为这表示他们在常规训练中会收到的食物量

讨论

一些研究表明，当认知挑战引入圈养灵长类动物时，对它们的福利有积极影响[8,13,14,16,18];[14]，以及圈养鹦鹉的新恐惧症反应的改善(与Sara Torres Ortiz的个人交流)。重要的是要考虑到我们的实验设计可能不同于认知挑战，这使得两者的比较更加复杂:在GO/NOGO测试中，如果动物反应不正确，则不会给予强化。当测试信号接近动物的听觉阈值时，即使有刺激出现，动物也可能听不到，因此，从它们的角度来看，它们没有因为做出正确的行为而得到加强。这种缺乏对动物认为是正确行为的强化会导致沮丧。根据动物在每个研究阶段参与的试验数量，以及每次试验给予的强化量，我们可以假设M2比M1更擅长处理这种挫折，如果M2认为这是挫折的话。

个体差异，如个性和生活经历，会影响动物在面对应该解决的问题时的表现。已经确定了影响创造性问题解决的几个变量，如发散思维、开放性、对歧义的容忍度和内在动机[25]。通过考虑M1和M2的个性和生活经历，我们可以更好地解释他们在研究过程中的反应和行为趋势。

本研究的目的是确定从事心理物理研究是否可以作为充实和提供积极的精神刺激在两个灰海豹。我们的研究结果表明，参与研究对个体的影响是不同的。已知心理物理任务为动物提供认知挑战[26,27]。尽管这两个海豹都参与了研究项目，但我们的研究结果表明，M2在感觉反应研究中是一个动机良好的参与者，而M1的动机较低，需要更多的强化才能参与。这可能是由于性格和生活经历的差异。动物之间的这种差异可能会对它们参与研究试验的动机产生很大的影响，也会影响它们从参与中获得的丰富。

由于个体执行研究任务的动机可能会改变研究的结果，M1和M2对强化重要性的看法的差异可能归因于动物参与试验的愿望。根据Clark(2011)的说法，认知丰富是“一项(或多项)任务，它(1)通过提供解决问题和控制环境某些方面的机会来运用进化的认知技能，(2)与一项或多项有效的幸福感指标相关”。M2会间歇性拒绝强化，直接返回起始位置进行下一次试验。在某些情况下，即使他对强化没有兴趣，他也会继续参加会议。这表明这类任务丰富了M2[28]。这种自愿参与研究的情况在M1身上从未被观察到，在这些会议上，他有时只吃他每天总饮食的一半。M1需要大量的强化来参与测试，并且在测试之间更频繁地游走。

除了性格之外，研究这些动物起源的环境和它们的生活史也提供了一些信息，这些信息可能影响了这两种海豹在完成任务的方法上的差异。从很小的时候起，M2就被鼓励和加强创造性，表现出游戏行为，并被引入新的和不同的环境。相比之下，在M1的前三年里，他并没有被积极鼓励去创新，也没有被引入新的和具有挑战性的环境。

结果表明，在评估一个给定的研究项目是否可以被认为对个体有益时，考虑动物的个性(即创造力、挫折容忍度、内在动机和好奇心)是有帮助的。此外，考虑物种的行为特征也很重要。例如，虽然圈养的鲸类动物以对新物体的兴趣而闻名[29,30]，但其他动物，如乌鸦[31]或鹦鹉[32]，都是恐新动物，在被引入新物体或实验装置时很容易感到压力。这种种内和种间行为的变化不仅可能对动物福利产生重大影响，而且也可能对研究项目产生的科学结果产生重大影响。

参考文献

1. Duncan IJ, Fraser D(1997)理解动物福利。
2. Hosey G, Melfi V, Pankhurst S(2009)动物园动物行为。管理和福利。牛津大学出版社。
3. 谢泼德森D(1998)追踪动物园环境富集的路径。第二天性:丰富圈养动物的环境1 - 12。
4. 梅森G，孟德尔M(12021版权OAT。保护动物权益?动物福利2: 301 - 319。
5. 李建平，李建平(2007)动物福利的可预见性。应用动物行为科学102: 223 - 245。
6. Young RJ(2003)圈养动物环境富集。布莱克韦尔出版社出版。
7. 张晓明，张晓明，张晓明，等。(2007)动物积极情绪的评估与心理健康。生理与行为92: 375 - 397。
8. 张建军，张建军，张建军，等(2002)环境富集对斑海豹和灰海豹行为的影响。动物园生物学21日:375 - 387。
9. swisgood RR, Shepherdson DJ(2005)动物园动物丰富和刻板印象的科学方法:我们已经做了什么，下一步我们应该去哪里?动物园生物学24: 499 - 518。
10. 张建军，张建军，张建军，等。
11. Buchanan-Smith H(1997)环境控制;良好的圈养环境的一个重要特征。生物学和生物医学研究中的狨猴和绢毛猴。DSSD图像，索尔兹伯里，英国，47-53。
12. Moberg GP(2000)对压力的生物反应:对动物福利的影响。动物应激生物学:基本原理及其对动物福利的影响，1-21。
13. Clark FE(2011)类人猿认知和圈养护理:认知挑战能提高幸福感吗?应用动物行为科学135: 1 - 12。
14. Clark FE(2013)海洋哺乳动物认知与圈养护理:动物园和水族馆认知富集的建议。动物园和水族馆研究杂志1: 1 - 6。
15. Puppe B, Ernst K, Schön PC, Manteuffel G(2007)认知浓缩影响家猪的行为反应性。应用动物行为科学105: 75 - 86。
16. Yamanashi Y, Hayashi M(2011)通过对野生黑猩猩和圈养黑猩猩活动预算的直接比较来评估认知实验对圈养黑猩猩(Pan troglodytes)福利的影响。我是Primatol吗73: 1231 - 1238。(Crossref)
17. 霍珀LM，沈德MA，罗斯SR(2016)圈养黑猩猩的行为研究。动物园生物学35: 293 - 297。(Crossref)
18. 白豪斯J，米切莱塔J，鲍威尔LE, Bordier C, Waller BM(2013)认知测试对群体饲养灵长类动物福利的影响。《公共科学图书馆•综合》8: e78308。(Crossref)
19. Ruby S, Buchanan-Smith HM(2015)个体隔间研究对褐卷尾猴社会互动和个体行为的影响。我是Primatol吗77: 1097 - 1108。(Crossref)
20. 斯金纳BF(1938)有机体的行为(阿普尔顿世纪克罗夫特，纽约)。(1986)实验精神病理学在精神康复中的应用。精神分裂症的公告12: 560 - 577。(Crossref)
21. Green DM(1966)信号检测理论与心理物理学[作者]David M Green [and] John A Swets。威利，纽约。
22. Stebbins WC (1970b)动物心理物理学原理。动物心理物理学:感官实验的设计和实施12:1 -19。
23. Fay r.r(1988)脊椎动物的听觉:心理物理学数据手册。Hill-Fay Associates，伊利诺斯州温内特卡
24. Gellermann, LW(1933)视觉辨别实验中交替刺激的机会顺序。教育神学院和遗传心理学杂志42:206-208。
25. (2003)问题解决心理学。剑桥大学出版社。
26. Stebbins WC (1970a)动物心理物理学:感官实验的设计与实施。全会出版社，纽约和伦敦。
27. Keen HA, Nelson OL, Robbins CT, Evans M, Shepherdson DJ等。(2014)基于强化量差异评估环境富集的新型认知偏差任务的验证。动物认知17:529-541。(Crossref)
28. Langbein J, Siebert K, n rnberg G(2009)关于群居矮山羊使用自动学习设备的研究:山羊是否寻求认知挑战?应用动物行为科学120: 150 - 158。
29. Defran RH, Pryor K(1980)圈养鲸类动物的行为和训练。鲸类动物的行为:机制和功能319 - 362。
30. Terry R .(1986)广西河豚的行为和可训练性:调查。水生哺乳动物12: 71 - 79。
31. 为什么乌鸦害怕它们的食物?秃鹰90: 950 - 952。
32. Bradbury JW, Balsby TJ(2016)鹦鹉语音学习的功能。行为生态学和社会生物学70: 293 - 312。