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# Biologie# Verhalten und Kognition von Tieren

Die Balance von Erkundung und Vorsicht bei Tieren

Tiere wägen Risiken und Belohnungen ab, wenn sie neuen Erfahrungen gegenüberstehen.

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Inhaltsverzeichnis

Tiere stehen oft vor der Entscheidung, ob sie neue Erfahrungen suchen oder auf Nummer sicher gehen. Dieses Gleichgewicht kann zu zwei verschiedenen Verhaltensweisen führen. Auf der einen Seite gibt's Tiere, die neugierig neue Dinge erkunden wollen, während andere dazu neigen, das Unbekannte zu vermeiden, aus Angst vor möglichen Bedrohungen. Beide Verhaltensweisen haben ihre Vor- und Nachteile. Neugier kann zu neuen Chancen führen, während übermässige Vorsicht Tiere davon abhalten kann, mögliche Belohnungen zu nutzen.

Ein wichtiger Aspekt dieses Gleichgewichts betrifft das Risiko. Wenn ein Tier zum Beispiel ein neues Objekt in seiner Umgebung erforscht, könnte es nützliche Ressourcen finden. Auf der anderen Seite könnte es sich aber auch Gefahren wie Raubtieren aussetzen. Verschiedene Tiere reagieren unterschiedlich auf diese Risiken, basierend auf ihren bisherigen Erfahrungen und ihren natürlichen Neigungen.

Verständnis von Erkundungsverhalten

Forschung hat gezeigt, dass es zwei Hauptgründe gibt, warum Tiere neue Dinge meiden: Angst vor dem Unbekannten und Sorge um mögliche Gefahren. Obwohl einige Studien den positiven Aspekt der Erkundung, wie die Aufregung beim Entdecken von etwas Neuem, in den Fokus gestellt haben, hat die negative Seite – Angst – nicht so viel Aufmerksamkeit bekommen.

Tiere kann man als auf einem Spektrum zwischen zwei extremen Verhaltensweisen agierend sehen: jene, die aktiv nach Neuem suchen, und jene, die sich davon zurückziehen. Dieses Spektrum könnte von individuellen Unterschieden beeinflusst werden, wie Genetik, bisherigen Erfahrungen oder unterschiedlichen Schwellenwerten, was jedes Tier als belohnend oder bedrohlich empfindet.

Die Rolle individueller Unterschiede

Die richtige Mischung aus Erkundung und Vorsicht zu finden, ist nicht einfach. Manche Tiere scheinen selbstbewusster und bereit zu sein, sich mit neuen Objekten zu beschäftigen, während andere zögern oder sie sogar ganz meiden. Diese Unterschiede können auf Faktoren wie frühere Interaktionen mit unbekannten Objekten oder Situationen, den physischen Zustand des Tieres und seine Natur zurückgeführt werden.

Zum Beispiel, wenn man Mäuse in einer kontrollierten Umgebung beobachtet, in der sie auf ein neues Objekt treffen, kann man sehen, dass sie unterschiedliche Ansätze zeigen. Einige bewerten die Situation vorsichtig, während andere schnell näher kommen. Wichtig ist, dass sich diese Verhaltensweisen im Laufe der Zeit ändern können, während die Tiere mehr Informationen über die wahrgenommene Bedrohung oder Gelegenheit sammeln.

Verhaltensstudien bei Mäusen

Neuere Studien zu Mäusen haben Einblicke gegeben, wie sie neue Objekte in ihrer Umgebung erkunden. In einem bestimmten Experiment wurden Mäuse beobachtet, die mit einem neuen Objekt interagierten, das in ihrem Lebensraum platziert war. Die Verhaltensweisen dieser Mäuse variierten stark, einige zeigten einen vorsichtigen Ansatz, während andere offener und selbstbewusster waren.

In dieser Studie wurde beobachtet, wie lange jede Maus in der Nähe des Objekts verbrachte, wie sie sich ihm näherte und wie oft sie damit interagierte. Einige Mäuse begannen vorsichtig, hielten Abstand, wurden aber nach und nach sicherer, als sie lernten, dass das Objekt keine wirkliche Gefahr darstellte. Andere blieben während des gesamten Experiments vorsichtig und zeigten eine tief verwurzelte Angst vor neuen Erfahrungen.

Modellierung des Mausverhaltens

Um diese unterschiedlichen Verhaltensweisen besser zu verstehen, wurde ein Modell entwickelt, das simuliert, wie Mäuse Risiken und Belohnungen in ihrer Umgebung einschätzen könnten. Durch die Analyse mehrerer Faktoren hilft das Modell vorherzusagen, wie eine einzelne Maus auf ein neues Objekt reagieren würde.

Dieses Modell berücksichtigt frühere Erfahrungen, das aktuelle Verhalten und die natürliche Risikoneigung des Tieres. Ziel ist es, den Entscheidungsprozess der Mäuse zu erfassen, während sie sich in ihrer Umgebung bewegen und ein Gleichgewicht zwischen Vorsicht und Selbstbewusstsein finden.

Die Bedeutung von Erkundung und Vorsicht

Die Verhaltensweisen dieser Tiere lassen sich in mehrere Phasen unterteilen, die sich auf ihre Interaktionen mit dem neuen Objekt stützen. Zunächst nähern sich alle Mäuse tendenziell vorsichtig und bewerten mögliche Bedrohungen. Wenn sie vertrauter werden, wechseln einige zu einem selbstbewussteren Ansatz. Andere bleiben jedoch zögerlich und engagieren sich nie wirklich mit dem Objekt.

Diese verschiedenen Phasen zu verstehen, hilft zu klären, wie Tiere aus ihren Erfahrungen lernen. Die Studie hebt die Bedeutung von sowohl Erkundung als auch Vorsicht hervor und zeigt, dass beide eine Rolle für Überleben und Lernen spielen.

Risiko- und Belohnungsbewertung

Im Kontext des Modells müssen Mäuse ständig die Risiken abwägen, die mit der Annäherung an das Objekt verbunden sind, gegenüber den potenziellen Belohnungen. Ein vorsichtiger Ansatz bringt oft weniger unmittelbare Belohnung, während ein selbstbewusster Ansatz mit grösserem Risiko verbunden sein kann.

Das Gleichgewicht zwischen diesen Faktoren kann sich basierend auf den früheren Erfahrungen der Maus verschieben. Diejenigen, die in der Vergangenheit Bedrohungen erlebt haben, sind möglicherweise zögerlicher, während andere, die positive Erfahrungen mit neuen Objekten gemacht haben, schneller handeln.

Erkundungsmechanismen

Um zu erforschen, wie Tiere Entscheidungen in unsicheren Situationen treffen, nutzten die Forscher ein Modell, das verschiedene Faktoren berücksichtigt, die das Mausverhalten beeinflussen.

Ein entscheidendes Element dieses Modells ist das Konzept eines Erkundungsbonus. Man kann diesen Bonus als eine Motivation verstehen, mehr über das Objekt zu lernen. Während die Maus mit dem Objekt interagiert, kann dieser Bonus je nach den gesammelten Erfahrungen entweder steigen oder fallen. Ein hoher Erkundungsbonus ermutigt die Maus, sich dem Objekt häufiger zu nähern, während ein niedriger Bonus sie auf Distanz halten kann.

Einfluss des Lernens auf das Verhalten

Wenn die Mäuse weiterhin mit dem neuen Objekt interagieren, entwickeln sich ihre Verhaltensweisen im Allgemeinen weiter. Instinktive Ängste können zunächst ihre Handlungen diktieren, aber im Laufe der Zeit passen sie sich basierend auf ihren neuen Erfahrungen an. Diese Anpassungsfähigkeit ist entscheidend für das Überleben, da sie es den Tieren ermöglicht, potenzielle Gefahren und Chancen besser einzuschätzen.

Das Modell, das entwickelt wurde, um dieses Verhalten zu simulieren, berücksichtigt zwei Arten von Unsicherheiten: aleatorische Unsicherheit, auch bekannt als inhärente Unvorhersehbarkeit in der Umgebung, und epistemische Unsicherheit, die aus mangelndem Wissen über potenzielle Ergebnisse resultiert.

Diese Unsicherheiten leiten den Entscheidungsprozess und informieren das Tier darüber, ob es sich mit dem neuen Objekt beschäftigen oder vorsichtig bleiben soll.

Die Rolle früherer Erfahrungen

Die früheren Begegnungen eines Tieres, ob positiv oder negativ, spielen eine wichtige Rolle dabei, wie es mit neuen Objekten interagiert. Mäuse, die zuvor Bedrohungen ausgesetzt waren, könnten diese Erfahrungen mitnehmen und in künftigen Begegnungen vorsichtiger sein. Umgekehrt könnten jene, die positive Erfahrungen gemacht haben, selbstbewusster und erkundungswiller werden.

Dieses angesammelte Wissen prägt den Glauben des Tieres über Risiken und Belohnungen und lenkt sein zukünftiges Verhalten und seine Entscheidungen.

Verhaltens-kategorien

Basierend auf ihrem Verhalten in den Experimenten wurden die Mäuse in drei Gruppen unterteilt: mutig, intermediär und schüchtern.

  • Mutige Mäuse wechselten häufig zu selbstbewusster Erkundung und verbrachten oft längere Zeit in der Nähe des Objekts.
  • Intermediäre Mäuse zeigten eine Mischung aus vorsichtigem und selbstbewusstem Verhalten, wechselten die Ansätze, waren aber in ihrem Engagement inkonsistent.
  • Schüchterne Mäuse zeigten wenig bis gar kein selbstbewusstes Verhalten und waren hauptsächlich vorsichtig, zogen sich oft zurück.

Diese Klassifikationen helfen den Forschern, das Spektrum der Erkundungsverhaltensweisen zu verstehen und zu erkennen, wie verschiedene Mäuse ihre Umgebung einschätzen und darauf reagieren.

Quantifizierung von Verhaltensweisen

Um diese Verhaltensweisen weiter zu analysieren, quantifizierten die Forscher die Zeit, die jede Maus in der Nähe des Objekts verbrachte, die Dauer ihrer Annäherungen und die Häufigkeit ihrer Interaktionen. Diese Daten lieferten detaillierte Einblicke, wie verschiedene Tiere auf die Präsenz eines neuen Objekts reagieren.

Die Analyse zeigte, dass selbst innerhalb ähnlicher Gruppen individuelle Mäuse signifikante Variabilität in ihrem Umgang mit dem Objekt zeigten. Einige mutige Mäuse konnten schnell zu selbstbewussten Ansätzen wechseln, während andere zögerten, was die Komplexität des Verhaltens, das durch Risikowahrnehmung geprägt ist, veranschaulicht.

Risikoempfindlichkeit

Innerhalb des Modells ist die Risikoempfindlichkeit ein entscheidender Faktor, der die Annäherungen der Mäuse beeinflusst. Einige Mäuse sind von Natur aus risikoscheuer, was bedeutet, dass sie in unbekannten Situationen vorsichtiger sind. Andere hingegen könnten risikofreudiger sein und mehr Vertrauen zeigen, trotz möglicher Bedrohungen.

Diese Variabilität kann zu unterschiedlichen Erkundungstrajektorien führen, was zu einzigartigen Verhaltensmustern führt, wenn die Maus mit ihrer Umgebung interagiert. Die Unterscheidungen zwischen risikoscheuen und risikofreudigen Verhaltensweisen helfen, die Unterschiede in den Erkundungsstrategien der verschiedenen Mäusegruppen zu erklären.

Implikationen der Ergebnisse

Die Erkenntnisse aus diesen Studien haben weitreichende Implikationen für das Verständnis des Tierverhaltens. Indem sie das Gleichgewicht zwischen Erkundung und Vorsicht aufzeigen, können Forscher besser verstehen, wie Tiere über ihre Umgebung lernen und darauf reagieren.

Diese Ergebnisse betonen zudem die Bedeutung, Individuelle Unterschiede im Tierverhalten zu berücksichtigen. So wie Menschen unterschiedlich auf Risiken reagieren, tun dies auch Tiere auf der Suche nach Nahrung, Unterschlupf und Sicherheit.

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Untersuchung, wie Tiere das Gleichgewicht zwischen Erkundung und Vorsicht navigieren, ein komplexer, aber wesentlicher Aspekt der Verhaltenswissenschaft ist. Die Strategien, die verschiedene Tiere anwenden, bieten wertvolle Einblicke, wie sie sich an ihre Umgebung anpassen, aus ihren Erfahrungen lernen und letztlich überleben.

Das Verständnis dieser Verhaltensweisen trägt nicht nur zu unserem Wissen über Tierpsychologie bei, sondern hilft auch, Methoden zu entwickeln, um bessere Interaktionen zwischen Wildtieren und menschlichen Umgebungen zu fördern. Die Erkundung von Risiko und Belohnung prägt nicht nur das Verhalten einzelner Tiere, sondern auch die Dynamik ganzer Populationen.

Originalquelle

Titel: Risking your Tail: Modeling Individual Differences in Risk-sensitive Exploration using Bayes Adaptive Markov Decision Processes

Zusammenfassung: Novelty is a double-edged sword for agents and animals alike: they might benefit from untapped resources or face unexpected costs or dangers such as predation. The conventional exploration/exploitation tradeoff is thus coloured by risk-sensitivity. A wealth of experiments has shown how animals solve this dilemma, for example using intermittent approach. However, there are large individual differences in the nature of approach, and modeling has yet to elucidate how this might be based on animals differing prior expectations about reward and threat, and differing degrees of risk aversion. To capture these factors, we built a Bayes adaptive Markov decision process model with three key components: an adaptive hazard function capturing potential predation, an intrinsic reward function providing the urge to explore, and a conditional value at risk (CVaR) objective, which is a contemporary measure of trait risk-sensitivity. We fit this model to a coarse-grain abstraction of the behaviour of 26 animals who freely explored a novel object in an open-field arena (Akiti et al. Neuron 110, 2022). We show that the model captures both quantitative (frequency, duration of exploratory bouts) and qualitative (stereotyped tail-behind) features of behavior, including the substantial idiosyncrasies that were observed. We find that "brave" animals, though varied in their behavior, are generally more risk neutral, and enjoy a flexible hazard prior. They begin with cautious exploration, and quickly transition to confident approach to maximize exploration for reward. On the other hand, "timid" animals, characterized by risk aversion and high and inflexible hazard priors, display self-censoring that leads to the sort of asymptotic maladaptive behavior that is often associated with psychiatric illnesses such as anxiety and depression. Explaining risk-sensitive exploration using factorized parameters of reinforcement learning models could aid in the understanding, diagnosis, and treatment of psychiatric abnormalities in humans and other animals.

Autoren: Tingke Shen, P. Dayan

Letzte Aktualisierung: 2024-08-14 00:00:00

Sprache: English

Quell-URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.01.07.574574

Quell-PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.01.07.574574.full.pdf

Lizenz: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Änderungen: Diese Zusammenfassung wurde mit Unterstützung von AI erstellt und kann Ungenauigkeiten enthalten. Genaue Informationen entnehmen Sie bitte den hier verlinkten Originaldokumenten.

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