Lernen mit/an/von Farbmäusen Grundkurs 24 (2.Semester) Biologie mit Frau Will Vanessa Domscheit, Moana Renneberg, Jessica Wegner, Katharina Fischer, Nadine Narnbach, Janice Kamenka, Amanda Scholz, Cenk Ferris Papke Einleitung: Unsere Schulmäuse Lilly, Hermine und Kanthara brachten uns dazu einen Versuch zu wagen. Wir wollten herausfinden, ob wir Schüler fähig sind, unseren Mäusen etwas beizubringen bzw. ob die Mäuse fähig sind, etwas von uns Schülern zu lernen. Da wir ein selbstgebautes Labyrinth in der Biologie zur Verfügung hatten, haben wir uns das Ziel gesetzt, den Mäusen zu lehren möglichst schnell durch das Labyrinth zu laufen. Voller Eifer machten wir uns an die Vorbereitungen. Bei unseren vorausgegangenen Recherchen sind wir auf den israelischen Verhaltensbiologen Ilan Golani gestoßen, der sich bereits seit vielen Jahren mit dem Verhalten und der Exploration der Maus auseinandergesetzt hat. Für uns war besonders interessant, welche Lernmethoden Erfolg versprechend sind. Der nächste Schritt war es also, uns mit den möglichen Lernformen auseinanderzusetzen. Lernmethode Definition 1. Klassische Konditionierung Die klassische Konditionierung ist eine grundlegende Lernform, bei der ein Reiz oder ein Ereignis das Auftreten eines anderen Reizes oder Ereignisses vorhersagt; es wird also ein Reiz gelernt Beim bedingten Reflex kann ein Reflex durch einen gelernten Reiz ausgelöst werden. „Lernen am Erfolg“ Bei dieser Methode wird ein spontan gezeigtes Verhalten durch nachfolgende Belohnung in seiner Häufigkeit erhöht, d.h. eine Reaktion wird gelernt. Prägung umfasst alle Lernprozesse, die folgende Kennzeichen aufweisen: 1. Sie sind an eine zeitlich eng begrenzte sensible Phase in der Verhaltensentwicklung eines Individuums gebunden und 2. sie führen zu dauerhaften, in vielen Fällen irreversiblen Lernergebnissen Beispiele: Gesangsprägung, 1a. Bedingter Reflex 2. Operante Konditionierung 3. Prägung 4. Lernen durch Einsicht 5. Lernen durch Nachahmung Traditionsbildung Nachfolgeprägung Kognitives Lernen; der erste Versuch führt nach kurzem Nachdenken zum Erfolg; Aneignung oder Umstrukturierung von Wissen und Einsicht; Erkennen, Verstehen und Erfassen Nachahmung entspricht einem vollständigen Kopieren von Handlungen & Verhaltensweisen von Artgenossen. kopieren auch nachfolgende Generationen das Verhalten, kommt es zur Traditionsbildung Zu wissen welche Lernmethoden es gibt, reicht allerdings nicht aus, um Mäuse zu trainieren. Daher mussten wir noch allgemeine Informationen über unsere Mäuse sammeln, um möglichst gezielt vorgehen zu können und beim Training auf Interessen der Mäuse eingehen zu können bzw. Handlungen zu vermeiden, die den Mäusen negativ erscheinen. Auf folgende Angaben sind wir gestoßen: Farbmäuse zählen zu der Familie der Nagetiere und verdanken ihren Namen ihrer weitgehenden Farbenvielfalt. Der natürliche Lebensraum der Maus sind Felder und Wälder. Sie verstecken sich unter Laub und bauen sich unterirdisch Wege und Unterschlüpfe, da sie dort sicher vor Raubvögeln und anderen Jagdtieren sind. Ihre Hauptnahrung sind feine Saatkörner und Getreidemischungen, sie fressen aber auch Obst und Gemüse. Am besten ist es, wenn man ihnen hartes Brot gibt. Diese Nahrungsgrundlagen haben wir bei unserem Experiment beachtet. Nähere Angaben zur Farbmaus finden Sie auf der Homepage des Dreilinden – Gymnasiums unter „Fächer“ --> „Biologie-Aktuell“. Da Mäuse sich gut an ihre Umwelt anpassen können und sie auch sehr explorationsfreudig sind, war es eine große Freude für unsere Mäuse, uns bei diesem Experiment zu unterstützen. Mit dem Ende der Vorbereitungen und dem Anfang des Trainings hat sich uns die Frage gestellt, ob unsere Schulmäuse überhaupt fähig sind einen Labyrinthlauf zu erlernen und vor allem: Welche Trainingsmethode ist nun die effektivste für unsere Schulmäuse? Materialien: Nagefutter, Stoppuhr Holzlabyrinth vertrauter Gegenstand der Mäuse Mehlwürmer Farbmäuse Durchführung: Zu Beginn setzen wir die hungrige Maus in das gesäuberte Labyrinth und starten die Stoppuhr. Während die Maus sich nun ihren Weg durchs Labyrinth bahnt, notieren wir wie oft sie umkehrt und zurück in Richtung Start läuft bzw. sich in einer Sackgasse verirrt. Erreicht die Maus schließlich das Ziel, erwartet sie dort eine Belohnung in Form von Futter oder einem ihr vertrauten Gegenstand. Nun wird die Zeit gestoppt und die Maus behutsam zurück in den Käfig gesetzt. Bei unserem Versuch teilten wir die Durchführung in zwei Phasen. In Phase eins wurde das Labyrinth vor der Benutzung nicht gesäubert und die Mäuse bekamen das gewohnte Futter. In Phase zwei hingegen wurde das Labyrinth vor dem Benutzen gesäubert und die Mäuse erhielten ausschließlich Brot. Achtung: Die Mäuse sollen diesen Vorgang nur mit positiven Erfahrungen verbinden, negative Einflüsse sind somit zu vermeiden!!! Beobachtungen Im Folgenden wird eine Übersicht unserer Beobachtungen gegeben. Es werden die jeweiligen Zeitdauern der Übungen angegeben. Die Farben in der Tabelle stimmen mit den Farben der Kurven im Kurvendiagramm überein (Lilly-rot, Hermine-blau, Kanthara-grün). Zeitmessung der jeweiligen Übungseinheit der drei Mäuse im Labyrinth: Mäuse/ Übung 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Lilly Hermine Kanthara 0:46 1:19 1:12 1:40 6:50 1:20 4:35 1:12 1:10 0:54 1:19 1:15 1:04 3:02 2:35 1:33 1:52 1:29 1:45 2:54 1:23 1:30 1:29 1:30 1:19 1:17 2:13 1:42 1:39 2:00 1:57 1:32 3:15 1:25 1:40 1:38 1:31 1:28 1:21 11 12 13 Darstellung der Messwerte in ein Kurvendiagramm: 7 Zeit in min 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Übungseinheiten Während des gesamten Versuchszeitraumes lief Lilly 14-mal in Sackgassen und kehrte nur 2-mal um. Hermine lief insgesamt 12-mal in Sackgassen und kehrte 5-mal um und Kanthara lief 10-mal in Sackgassen und kehrte nur 4-mal um. Auswertung Bei der Auswertung sind wir zunächst auf einige auffällige Einzelbeobachtungen näher eingegangen, danach haben wir versucht die Vorgänge des gesamten Versuchszeitraumes auszuwerten. Beschreibende Auswertung zu einigen Einzel-Beobachtungen: Lilly: Übung 1: Bestzeit, die danach auch nicht noch mal erreicht wurde, wahrscheinlich aus Neugier. Ohne in eine Sackgasse zu laufen, ohne umzukehren ist sie in 0,46 Minuten durch das Labyrinth gerannt. Übung 5: Bei diesem Tag, hat Lilly vollkommen resigniert, da Übung 4 etwa fünf Minuten vorher statt gefunden hatte. Hier hatte sie gar kein Interesse mehr an diesem Test teil zu nehmen, da sie sich mitten im Labyrinth angefangen hat zu putzen. Also wurde nach 6 ½ Minuten die Übung abgebrochen werden. Übung 7: Hier wurde vorher das Labyrinth gereinigt, und Lilly war die Erste die durch das Labyrinth gelaufen ist. Dadurch, dass das Labyrinth gereinigt wurde, hat sie sich durch die nichtvorhandene Duftspur nicht orientieren können. Hermine: Übung 4: An diesem Übungstag war Hermine die Langsamte. Der vermutliche Grund hier für war einen Vogel, welcher übers Labyrinth flog. Wodurch sie erschrak, da Mäuse vor allem Angst haben was sich über ihnen bewegt. Übung 6: An diesem Übungstag hatte sich Hermine deutlich verschlechtert. Sie saß mehrmals nur in der Ecke und putzte sich, eventueller Grund war die Unsicherheit und Angst. Übung 7: Bei dieser Übung war Hermine die Dritte die durch das Labyrinth gelaufen ist. Sie ist dementsprechend mit 2,54 Minuten die Beste gewesen. Wahrscheinlich ist hier eine Duftspur verteilt worden. Kanthara: Übung 7: Kanthara war hier die zweite die durch das Labyrinth gelaufen ist. Dementsprechend bestärkt sich hier unser Verdacht, dass der Lernprozess nicht korrekt Verlaufen ist. Übung 9: Bei dieser Übungseinheit hat sich Kanthara deutlich verschlechtert. Der Grund für dieses “Verschlechterung“ war das Knallen einer Tür, wodurch sie erschrak und umkehrte. → Bei den letzten Übungseinheiten konnten man bei allen drei Mäusen eine Leistungssteigerung erkennen, dass heißt alle Mäuse legten den Weg im Labyrinth in einer kürzeren Zeit zurück. Gesamt-Auswertung Für unsere Farbmäuse war das Labyrinth unbekanntes Terrain. Also waren sie gezwungen dieses Terrain zu erkunden. Sie durchliefen das Labyrinth, schnupperten viel, gingen in Sackgassen und drehten sich immer wieder um. Auf welche Art Mäuse neue Gebiete erkunden hatte schon Ilan Golany herausgefunden. Sie gehen vor, dann wieder zum Anfang zurück und das Stück für Stück weiter. Anhand unserer Versuchsergebnisse konnten wir genau feststellen, bis zu welchem Punkt Exploration stattfand, wo die Mäuse gelernt hatten und auch, wo sie kein Interesse mehr hatten. Zunächst zu den Mäusen. Lilly, Kanthara und Hermine haben sich durch dieses Labyrinth begeben und haben es auch alle geschafft bis zu Ende durchzulaufen. Das Hauptproblem war, den Mäusen beizubringen, dass es sich lohnen würde bis zum Ende durchzulaufen. Aber wie stellt man das an? Wir haben uns mehrere Möglichkeiten ausgedacht und auch ausprobiert. Als erstes probierten wir die von uns „sicheres Heim“ genannte Methode aus, wobei am Ziel des Labyrinthes das Haus, indem sie sehr gerne liegen und schlafen, wartete. Nachdem wir aber gemerkt haben, dass das die Mäuse nicht zum Laufen anregte, probierten wir weiter. Danach kann die „Futterspur“ Methode. Wir legten Körner wie einen Weg bis zum Ziel hin, aber auch dies reizte sie nicht weiter. Um den Mäusen nun klar zu machen, dass es sich lohnt bis zum Ende zu laufen, haben wir sie auf eine strenge Brotdiät gesetzt. Das bedeutet, dass wir unseren Mäusen über eine Woche nur Brot zum Fressen gegeben haben. Die Körner wurden dann nach einer Woche dezent im Labyrinth verteilt, genauer an verschiedenen Standpunkten, wo wir gemerkt haben, dass die Mäuse dort unsicher sind. Diese Methode verhalf den Mäusen zum Weiterlaufen. Sie sahen die Körner und wussten nun, dass es dort möglicherweise noch mehr geben könnte. Alle drei Mäuse sprangen auf diese Methode an. Kommen wir nun zu den Diagrammen der Durchführung. Die Mäuse wurden genauestens beobachtet und alles wurde dokumentiert. Kanthara und Hermine waren bis zur 7. Übung in einem guten Zeitbereich. Lilly begann schon ab der 4. Übung kein Interesse mehr zu zeigen. Ab dort führten wir dann andere Lockmethoden durch, wie z.B. die Brotdiät, die Mäuse „kooperierten“ und liefen durch. Ab der 9. Übung hatten wir nur noch Zeiten unter 2 Minuten, manchmal sogar auch unter 1 Minute. Das war der Zeitpunkt, wo wir wussten, dass den Mäusen bewusst ist, warum sie dort durchlaufen und ihnen war das Terrain bekannt – Exploration abgeschlossen. Obwohl die Mäuse unter ständigem Stress stehen, durch vorbeigehende Schüler, die dann evtl. gegen die Scheibe klopfen und sie somit verschrecken, haben sie es probiert. Natürlich gab es auch Momente, wo wir den Versuch abbrechen mussten, weil die Maus nicht wusste was sie zutun hatte. Das sahen wir in den ersten Versuchen die wir taten. Häufig haben sich die Mäuse an der Duftspur im Labyrinth orientiert, die bei vorhergehenden Durchläufen unbeabsichtigt gelegt wurden. Ein weiterer Störfaktor war die Plexiglasabdeckung. Diese irritierte die Maus und somit schnupperte sie oft daran, das tat sie dann lange und es ging Zeit verloren. Um aber nun zu klären, mit welcher Lernform sie das gemeistert haben, müssen wir den Versuch genauer betrachten. Die Mäuse haben an den Stellen, wo wir die Körner reingelegt haben (nach der Brotdiät), positive Erfahrungen gemacht und sind daraufhin weitergelaufen. Der Geruch der anderen Mäuse hat sie ebenfalls zum Ziel geführt. Das konnten wir daran erkennen, dass alle Mäuse an den selben Stellen länger verharrten und in die selben Sackgassen gingen. Am Ende haben es alle geschafft, durch das Labyrinth zulaufen ohne umzudrehen. Genau bedeutet es, dass das Labyrinth ein neuer Reiz für die Mäuse ist. Die neue Reaktion ist das zielgerichtete Durchlaufen durch das Labyrinth. Wir haben hier also eine Verschränkung von klassischer Konditionierung, operanter Konditionierung und Lernen am Erfolg. Fazit: Unsere Mäuse werden artgerecht gehalten. Trotz des zeitweise auftretenden Stresses schafften wir es den Mäusen beizubringen, dass sie durch das Labyrinth laufen sollen. Durch die Anwendung verschiedener Methoden haben wir es geschafft die Mäuse besser zu verstehen und zu wissen was ihnen gefällt und was nicht, bzw. wie weit man sie belasten kann und wie lange. Unser Grundkurs ist mit viel Elan an diese doch nicht ganz einfache Aufgabe herangegangen und wir sind stolz sie mit gutem Erfolg auch zu beenden. Gruppen: - Kanthara: Amanda und Nadine - Lilly: Vanessa, Janice und Cenk - Hermine: Katharina und Jessica