Expériences comportementale: utilisation d'un outil

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Sommaire

Crédits

Voici une expérience menée avec 5 octodons degus mâles adultes. Cette expérience démontre l'utilisation d'un outil par l'octodon degus. Elle a été réalisée dans un but scientifique.

Chercheurs:

  • Okanoya K, (1)
  • N Tokimoto, (1 & 2)
  • Kumazawa N, (2)
  • S Hihara, (2)
  • Iriki A (2)

Laboratoires:

  • 1.Laboratoire de biolinguistique, Brain Science Institute, RIKEN, Saitama, au Japon,
  • 2.Laboratoire de Développement cognitif symbolique, Brain Science Institute, RIKEN, Saitama, Japon

Éditeur: Pier Francesco Ferrari, Università di Parma, Italie, publié le: Mars 26, 2008

Droit d'auteur: © 2008 Okanoya et al. C'est un article en accès libre distribué sous les termes de la licence Creative Commons Attribution, qui permet l'utilisation sans restriction, la distribution et la reproduction sur tout support, à condition que l'auteur original et la source soient crédités.

Financement: le travail soutenu par une subvention en aide à la recherche scientifique sur les domaines prioritaires, l'étude du système sur les fonctions cérébrales d'ordre supérieur, à partir MEXT, JAPON, # 18020035 AI et 18019040 à KO. NT a été soutenue par un programme spécial de recherche postdoctorale du RIKEN.

Contact: iriki@brain.riken.jp

Lien

http://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0001860

Remerciements

Nous remercions le Dr Marc Hauser et les examinateurs anonymes pour les commentaires fournis à une version simple du manuscrit.

Contributions des auteurs

Conception et développement des expériences: AI KO NK NT. Réalalisasion des expériences: NK NT. Analyse des données: NK NT. Contribution réactifs, des matières et des outils d'analyse: SH NK NT. Écriture du journal: AI KO NK NT.


Résumé

Fond

L'utilisation de l'outil est définie comme la manipulation d'un objet inanimé pour changer la position ou la forme d'un objet distinct. L'expansion de niches cognitives et la capacité d'utilisation d'outils se sont probablement stimulées dans l'évolution d'hominien. Pour comprendre les causes de l'expansion cognitive chez les humains, nous avons besoin de connaître les fondements comportementaux et neuronaux de l'utilisation des outils. Bien qu'un large éventail d'animaux présentent l'utilisation des outils dans la nature, la plupart des études ont mis l'accent sur les primates et les niveaux comportementaux ou psychologiques des primates et des oiseaux, et ne traite pas directement de questions sur les modifications neuronales qui ont contribué à l'émergence de l'utilisation des outils. Pour étudier ces questions, un animal approprié pour les manipulations cellulaires et moléculaires est nécessaire.

Méthodologie / Principales constatations

Nous avons démontré pour la première fois que les rongeurs peuvent être formés à l'utilisation des outils. Grâce à une procédure de formation étape par étape, nous avons formé des octodons (Octodon degus) à l'utilisation d'un "râteau" avec leurs pattes antérieures (avants) pour récupérer des friandises hors de portées. Ils ont maîtrisé l'utilisation efficace de l'outil, en le déplaçant dans une trajectoire "élégante". Quand les octodons maitrisaient parfaitement l'apprentissage, des expériences ont montré été réalisées dans le but de savoir si l'octodon montrait une compréhension fonctionnelle de l'outil. Degus n'a pas hésité à utiliser des outils de taille différente (couleurs, formes), mais étaient réticents à utiliser l'outil avec une lame à soulevé non fonctionnel. Ainsi, les octodons ont compris les propriétés physiques et fonctionnelles des outils après une formation approfondie.

Conclusions / signification

Nos résultats suggèrent que l'utilisation d'outils n'est pas une faculté spécifique résultant de l'intelligence supérieure, mais est une combinaison spécifique de plus de facultés cognitives générales. Étudier le cerveau et les comportements des rongeurs formés peuvent fournir des indications sur la façon dont les fonctions cognitives supérieures pourraient être décomposées en plusieurs facultés générales, et aussi quels sont les mécanismes cellulaires et moléculaires qui sont impliqués dans l'émergence de ces fonctions cognitives.


Introduction

Grâce à l'utilisation des outils des hominidés, a élargi la gamme des ressources disponibles physiques et biologiques et a modifié leurs propres créneaux d'adaptation, ce qui entraîne une nouvelle expansion des capacités cognitives [1], [2]. Ici, l'utilisation d'outils est définie comme la manipulation d'un objet inanimé pour changer la position ou la forme d'un objet séparé [3]. Les formes simples de l'utilisation des outils sont observés dans un large éventail d'animaux [3], mais l'examen de la compréhension fonctionnelle et causale d'outils, l'utilisation comportemental d'outils a été principalement étudié chez les primates [4] - [7] et les oiseaux [8] , [9]. Bien que ces études sont importantes pour l'examen des hypothèses de comportement et de l'évolution quant à l'origine de l'utilisation des outils de l'Homme, l'utilisation comportementale d'outils devrait entraîner des modifications de l'architecture du cerveau et de telles modifications devraient à nouveau affecter la façon dont l'utilisation comportementale de l'outil est organisée. Ainsi, non seulement le comportement, mais aussi les bases neurales et moléculaires de l'utilisation comportementale de l'outil, devraient être étudiée afin de clarifier les causes de l'expansion cognitive chez les humains. Nous avons besoin d'un animal "pratique" pour explorer efficacement les bases neurales et moléculaires de l'utilisation des outils.


Contrairement à l'utilisation des outils naturaliste à l'état sauvage, l'utilisation d'outils de formation dans des environnements captifs donne un aperçu du potentiel cognitif des animaux [10], [11], mais peut également fournir une plate-forme neuro-biologique des extrapolations fructueuses sur les facultés mentales supérieures de l'homme [12], [13]. Bien qu'une telle approche non-naturaliste peut avoir un inconvénient pour la pertinence écologique et évolutif, elle peut aussi fournir des interrogations puissantes sur la neurobiologie des fonctions avancées cognitives sous contrôle expérimental précis. Cette approche a été couronnée de succès dans une série d'études chez des macaques: l'utilisation d'outils a permis d'affiner la trajectoire spontanée du moteur [10] et l'utilisation spontanée et rapide de méta-outils [14]. En outre, il a été accompagné par l'expression des gènes et de la réorganisation de circuit dans le cortex intrapariétal, qui a conduit à l'émergence de nouvelles connexions fonctionnelles avec le temporo et aires préfrontales [15].


Ainsi, les macaques ont été les animaux sur les quelles les enquêtes neurobiologique basées sur l'hypothèse que leur proximité phylogénique à l'homme pourrait aider l'extrapolation des résultats de succès [16], [17]. Cependant, ici nous fournissons un modèle de rongeur pour l'utilisation des outils, ce qui devrait considérablement élargir la gamme des manipulations expérimentales. Bien que certaines études aient examiné l'utilisation naturelle des outils chez les rongeurs [18], [19], cette étude est la première contrôlée sur utilisation d'outils avec formation. Les espèces que nous avons utilisées pour cette étude est le degu. Nous avons décidé de tester la capacité des octodons pour l'utilisation d'outils en raison de l'ensemble des capacités suivantes: la dextérité manuelle et une bonne coordination œil-main sont essentielles pour l'utilisation d'outils. Les dègues sont très sociaux, ces rongeurs diurnes [20] qui utilisent la vue, l’ouïe, et les signaux olfactifs dans leur communication sociale [21]. Les ouvertures de leurs terriers sont des monticules ornés de bâtons, de pierres et de bouse de vache [22]. Les octodons en captivité créés spontanément la construction de nids, ce qui a été rarement observées chez les primates [23]. En outre, les octodons ont plusieurs types de jeux non-fonctionnels, par exemple des comportements de créations de nids à plusieurs et ont ainsi mis au point des aires préfrontales sensibles à la privation sociale précoce [25]. Cette preuve implique une curiosité élevée chez cette espèce, ce qui le rend approprié pour l'expérimentateur qui coopère avec l'animal et créé une relation, ainsi que la flexibilité comportementale nécessaire pour l'utilisation d'outils de formation.


Résultats

Nous avons formé cinq octodons adultes à l'utilisation d'un outil de coupe pour récupérer une friandise déposée trop loin pour les pattes. L'outil était un râteau en forme de T qui consiste en une tige métallique et une plaque rectangulaire fixée perpendiculairement, avec en face du rectangle une petite plaque utilisée par l'animal pour bouger l'outil. La formation a été effectuée dans un espace clos avec un panneau séparant l'animal de la friandise. Une programme pour la formation, d'étapes en étapes, similaire à celui utilisé pour les macaques [10], [11] a été créé pour les octodons(vidéo supplémentaire 1, S1 film). Le premier essaie consistait à placer la nourriture derrière le panneau, ce qui la rend hors de portée du degu. L'outil était placé lui aussi derrière le panneau, mais l'animal pouvait l'attraper au moyen de ses membres. L'octodon a pu utiliser et manipuler l'outil pour récupérer la nourriture (Fig. 1A). La formation est composée de deux différents niveaux (1 et 2) eux mêmes divisés en deux sous-niveaux (a et b) de difficulté. Cette difficulté est calculée en fonction de la position de l'outil (Fig. 1B). La distance entre l'outil et la nourriture était minime pour le premier niveau (1a) puis a été progressivement étendue (1b, Film S2). Une fois ces niveaux maitrisés, la récompense fut placée sur le côté de l'outil, l'animal devait donc déplacer l'outil puis le tirer latéralement (2a, Film S3). Enfin, la nourriture a été placée en dehors du champs d'action de l'outil, de sorte que l'octodon devait pousser l'outil et se déplacer latéralement et enfin tirer pour recevoir la nourriture (2b, Film S4).

Figure 1

Exemple de performances de l'utilisation des outils et des niveaux de formations.


EN COURS

A. Un exemple de la performance par un degu au niveau 2a. Colonne de droite: Les images vidéo montrant époques représentatives au cours d'une seule tentative de récupération de la nourriture en utilisant un outil de coupe. Au début, le degu manqué d'attirer dans la graine de tournesol (1.100 ms). L'animal, puis ajusté la position de l'outil de soin après avoir observé la position de l'aliment (2.000 ms) et a tiré dans la récompense avec succès (3.200 ms). Colonne de gauche: Trajectoires de la pointe de l'outil entre les trames précédentes et suivantes (lignes rouges) sont superposés sur la trajectoire pendant toute la durée de la récupération (lignes grises, identique pour tous les cadres). Orientation et position du râteau (carrés verts et les bars) et l'emplacement de la nourriture (points orange) sont également représentées (tracées à partir des photographies dans la colonne de droite). B. Niveaux de formation. Au niveau 1A, l'animal peut tout simplement tirer l'outil vers lui-même. Au niveau 1b, la distance à tirer est augmenté. Au niveau 2a, l'animal doit faire un mouvement latéral avant de tirer l'outil vers lui-même . Au niveau 2b, l'animal doit placer l'outil au-delà de la récompense avant de tirer.

doi: 10.1371/journal.pone.0001860.g001



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