Badanie wpływu wybranych gatunków muzyki na szybkość uczenia się myszy domowej I Liceum Ogólnokształcące im. Króla Jana III Sobieskiego w Wejherowie Dawid Nowicki II E Opiekun: mgr Monika Anotniuk 1
Streszczenie Celem niniejszej pracy było zbadanie wpływu różnych gatunków muzyki na szybkość uczenia się myszy domowej (Mus musculus). Poprzez test labiryntu, z wykorzystaniem tychże zwierząt stwierdziłem, iż muzyka klasyczna i rock and roll mają istotny wpływ na ten proces. Badania prowadzone przez 19 dni wykazały, iż myszy, które słuchają muzyki, szybciej docierają do pokarmu i lepiej adaptują się do nowego środowiska, jakim jest labirynt, przy czym muzyka klasyczna daje lepszy efekt niż muzyka z gatunku rock and roll. Myszy nie słuchające muzyki docierają do pokarmu najwolniej, ponadto słabo adaptują się do nowego środowiska. Wstęp Mysz domowa (Mus musculus) to gryzoń (Rodentia) należący do rodziny myszowatych (Muridae). Długość głowy i tułowia wynosi 8-11cm, zaś ogona 8-10cm. Masa waha się w granicach 14-28g. Ma spiczasty pyszczek, duże, słabo owłosione uszy, długi i różowy ogon pokryty łuskami. Wydziela charakterystyczny "mysi" zapach. Aktywna jest głównie w nocy i o zmierzchu, bywa agresywna, świetnie się wspina i dobrze pływa. Mysz jest wszystkożerna, je pokarm roślinny jak i zwierzęcy[1], gryzie także przedmioty niejadalne.[4] Cechuje się wysoką zdolnością rozrodczą, wydaje na świat nawet 14 miotów po 4-10 młodych po 19-21 dniach ciąży. [1] Hodowlana rasy myszy domowej jest często używana jako zwierzę laboratoryjne. Jej pierwotny areał rozciągał się na stepach Palearktyki. Jako gatunek synantropijny przedostała się wraz z człowiekiem na tereny o ostrzejszych warunkach klimatycznych. [6] Muzyka towarzyszy człowiekowi od wieków. Większość osób słucha jej, by się odprężyć i lepiej poczuć, niektórzy natomiast w trakcie uczenia się, np. do sprawdzianów. Ma to pozytywny wpływ na zapamiętywanie informacji i często wiążę się z osiągnięciem celu, czyli dobrą oceną. W związku z tym postanowiłem się zająć tym tematem i sprawdzić, czy także na zwierzęta muzyka wywiera jakiś wpływ, a zainteresowanie zoologią i etologią powiększyło mój zapał do pracy. Zwykle tego typu procesy bada się na szczurach, ale ja postanowiłem to zrobić w nieco inny sposób i wybrałem mysz domową. Liczne publikacje (m.in B.F. Skinnera z 1938r., Oltona i Papisa z 1979r., czy prace SKN Homunculus[3,7,8,9]) podejmują temat wpływu różnych czynników na proces uczenia się u szczurów. Nie znalazłem natomiast podobnej pracy o myszach. Chciałem się przekonać, czy myszy, podobnie jak szczury, wykazują różną szybkość uczenia się pod wpływem różnych czynników. Należy zwrócić uwagę, 2 Domena Królestwo Typ Podtyp Gromada Podgromada eukarionty zwierzęta strunowce kręgowce ssaki żyworodne Infragromada łożyskowce Rząd Rodzina Rodzaj Gatunek gryzonie myszowate mysz mysz domowa Tabela 1. Systematyka myszy domowej
że w innych pracach, obiekty badań były narażone na czynniki stresogenne (służyły tylko jako zwierzęta laboratoryjne, a autorzy tychże prac nie oswoili się dobrze z tymi zwierzętami). Myszy, których ja użyłem, były ze mną oswojone i stały się niewątpliwe częścią mojego życia. W mojej pracy badałem proces uczenia się, zachodzi ono wtedy, gdy zwierzę wykazuje korzystną zmianą w zachowaniu się, wynikającą z nabywania doświadczenia. Pozwala ono modyfikować sposób zachowania się, stosownie do zmian zachodzących w środowisku. [2] Materiał i metody: Badania przeprowadzono na 9 myszach domowych, które podzielono losowo na grupy: (1) myszy oznaczone czerwonymi wstążeczkami słuchające V Symfonii Ludwiga van Beethovena, która reprezentuje muzykę klasyczną, (2) myszy oznaczone niebieskimi wstążeczkami słuchające piosenki I Love Rock 'n' Roll w wykonaniu Joan Jett & the Blackhearts będąca utworem z gatunku Rock and Roll (3) myszy oznaczone żółtymi wstążeczkami nie słuchające żadnej muzyki (grupa kontrolna). Badanie polegało na sprawdzaniu szybkości uczenia się myszy przy muzyce (6 prób badawczych) lub bez niej (3 próby kontrolne). Myszy w pierwszych dniach uczyły się jak najszybciej docierać do pokarmu, a tym samym opuszczać labirynt. Przez cały czas trwania doświadczenia uczyły się także adpatować do nowego środowiska. W doświadczeniu wykorzystałem myszy płci żeńskiej, odmiany barwnej, które zostały zakupione w sklepie zoologicznym Zoo-farm w Wejherowie. W tymże sklepie zakupiłem także inne, potrzebne rzeczy: klatkę o wymiarach 43cm (długość) x31cm (szerokość) x 25cm (wysokość), poidło do wody, trociny i pokarm. Woda i pokarm były dostarczane tak często, jak to potrzebne. Trociny wymieniane co 2 dni. Myszy przebywały w takich samych warunkach, podawano im ten sam pokarm (Mieszanka pełnoporcjowa dla gryzoni królików firmy MEGAN). Labirynt został wykonany przeze mnie z kartonów i taśmy klejącej. Wymiary labiryntu to 63cm (długość) x 63cm (szerokość) x 3 Fot. 1 Zdjęcie wnętrze klaki, w której przebywały myszy Fot 2. Zdjęcie labiryntu wykorzystanego w doświadczeniu
30 cm (wysokość) Czas przejścia przez labirynt mierzyłem stoperem w telefonie. Przez dwa pierwsze dni (od chwili zakupu) myszy oswajały się ze mną i nowym otoczeniem. Trzeciego dnia zwierzęta przez 45 minut oswajały się z labiryntem, mogły po nim razem chodzić, bez muzyki. Ekspozycja na muzykę odbywała się poprzez umieszczenie zwierzęcia w labiryncie w izolowanym akustycznie pomieszczeniu. Doświadczenie przeprowadzałem przez 16 dni od godziny 17:30. Źródłem muzyki był laptop, którego głośniki umieszczano w odległości 50 cm od labiryntu. Głośność każdego gatunku muzyki była jednakowa i wynosiła zawsze 90% głośności maksymalnej. W grupie kontrolnej zwierzęta poddawano identycznej procedurze za wyjątkiem włączania muzyki. Każda z myszy pokonywała labirynt samodzielnie, by wyeliminować uczenie się przez naśladowanie. Stoper był włączany z chwilą wejścia myszy do labiryntu, wyłączany, gdy mysz opuściła labirynt na co najmniej 10 sekund. Podobna procedura miała miejsce z muzyką w przypadku prób badawczych. W sytuacji, gdy mysz, po opuszczeniu labiryntu natychmiastowo do niego wróciła, doświadczenie trwało dalej. Podczas trwania całego doświadczenia eliminowałem czynniki stresogenne. Przenosiłem myszy z klatki do labiryntu bardzo ostrożnie, dbałem o to, by nie były głodne i zapewniłem im odrobinę rozrywki w postaci dwóch, przeciętych butelek (widoczne na fot. 1), na które myszy chętnie wchodziły lub przez nie przebiegały. Na fotografii 2 został pokazany labirynt, przy czym literą S oznaczono start, literą M metą, a literami W wyjścia, które dodano 12 dnia (także traktowano je jako metę). Wyniki Wyniki z poszczególnych dni są średnią arytmetyczną poszczególnych czasów jakie potrzebowały myszy z poszczególnych prób, przy czym próby badawcze I-III słuchały muzyki klasycznej, próby badawcze IV-VI rock and rolla, zaś próby kontrolne nie słuchały żadnej muzyki. Czas, jaki potrzebowały myszy na przejście labiryntu 1 dnia, oznaczyłem jako 100%. Każdy wynik z innego dnia odnosił się do dnia 1, by można było zaobserwować zmiany. W tabeli nr 2 czas, czarną obwódką zostały oznaczone dwa ostatnie dni, w którymmuzyka została wyłączona. 4
Próby badawcze I-III Muzyka klasyczna Próby badawcze IV-VI Rock and Roll Próby kontrolne Data doświadczenia bez muzyki 29.08.2015 100,00% 100,00% 100,00% 30.08.2015 79,14% 72,39% 104,30% 31.08.2015 91,98% 48,26% 45,79% 1.09.2015 52,41% 72,86% 131,87% 2.09.2015 35,84% 63,81% 90,47% 3.09.2015 36,37% 70,47% 43,59% 4.09.2015 35,30% 101,43% 48,71% 5.09.2015 74,33% 160,47% 63,74% 6.09.2015 73,80% 120,00% 77,29% 7.09.2015 73,80% 40,47% 161,18% 8.09.2015 240,13% 203,81% 114,65% 9.09.2015 176,48% 461,90% 175,82% 10.09.2015 746,03% 343,33% 184,25% 11.09.2015 672,76% 339,04% 380,96% 12.09.2015 764,75% 591,90% 124,91% 13.09.2015 754,58% 592,39% 142,49% Dyskusja: Spór o to jak dalece zachowanie zwierząt jest instynktowe, a do jakiego stopnia racjonalne, trwa od wieków, czego przykładem mogą być słowa Rene Descartesa w liście z 1649r. do Henry'ego More'a: Zwierzęta nigdy nie osiągną takiego stopnia rozwoju, by dała się u nich zauważyć jakakolwiek myśl oraz słowa Davida Hume w Traktacie o naturze ludzkiej z 1739: Żadna prawda nie wydaje mi się bardziej oczywista niż ta, że zwierzęta potrafią myśleć i odczuwać tak jak ludzie. [5] Otrzymane wyniki mówią o tym, że myszy nie zachowują się tylko instynktownie, ale także myślą i uczą się, a muzyka ma istotny wpływ na proces uczenia się. W pierwszych dniach doświadczenia średni czas przechodzenia przez labirynt sukcesywnie spadał, najszybciej myszy przeszły labirynt w dniu 7 (jeśli chodzi o próby badawcze I-III), 3 (jeśli chodzi o próby badawcze IV-VI) i 6 (jeśli chodzi o próby kontrolne). Największy spadek zaobserwowano u prób badawczych słuchających muzyki klasycznej(aż o 64,70%), zaś najmniejszy u prób badawczych słuchających muzyki rock and roll (tylko 51,74%). Po kilku dniach, gdy czas malał, nastąpiły dni, w których czas zaczął się wydłużać, przy czym największy skok nastąpił w próbach badawczych I-III 10 dnia (aż o 166,32%). Badania pokazały iż na samym początku myszą zależało na jak najszybszym opuszczeniu labiryntu, który był 5
dla nich środowiskiem stresogennym (nie czuł się w nim bezpiecznie, nie znały go). Po kilku dniach myszy zaczęły przyzwyczajać się do labiryntu, który przestał być dla nich czynnikiem stresowym i coraz mniej zależało im na opuszczeniu labiryntu, czego dowodem jest fakt, iż dnia 12 ilość wyjść z labiryntu została powiększona (z jednego do czterech), a mimo tego czas pozostawania w labiryncie nadal zwiększał się. W pierwszych dniach myszy uczyły się przez kojarzenie, a dokładniej przez odruchy warunkowe instrumentalne (uczenie się metodą prób i błędów). [2] Polega ono na eliminowaniu ruchów, które kilkakrotnie wykonane okazały się nieskuteczne (w moim doświadczeniu były to skręcanie w ślepe zaułki labiryntu), utrwalaniu zaś tych, które prowadzą do właściwego efektu (wyjścia z labiryntu i dotarcia do pożywienia). [3] Badania wskazują na to, iż muzyka przyspiesza uczenie się i ułatwia powstawanie śladów pamięciowych u myszy z prób badawczych. Zaś powstawanie śladu pamięciowego wiąże się z nasiloną syntezą białek w komórkach nerwowych. [2] Myszy słuchające muzyki klasycznej w pierwszych dniach najszybciej pokonywały labirynt. Po około 7 dniach uczenie się metodą prób i błędów nie wywierało już znacznego efektu na doświadczenie, a coraz dłuższy czas przechodzenia przez labirynt był spowodowany najprostszą formą uczenia się jakim jest przyzwyczajanie się. Pozwala ono zwierzętom odróżnić znane sobie, regularnie powtarzające się sygnały ze środowiska (w moim przypadku umieszczanie myszy w dobrze znanym im już środowisku jakim jest labirynt) od nowych sygnałów i reagować tylko na te ostatnie. W ten sposób zwierzę unika zbędnego obciążania układu nerwowego i narządów zmysłów niepotrzebnymi informacjami. [2] Próba badawcza słuchająca rock and rolla i próba kontrolna uzyskały podobne wyniki jeśli chodzi o pierwsze dni doświadczenia, czyli jak najszybsze pokonywanie labiryntu. Najlepsze wynik wystąpiły kolejno w 3 dniu i wynosił 51,74% i w dniu 6, wynosił 56,41%. Jeśli chodzi o przyzwyczajanie się, to myszy z prób badawczych I-III także uzyskały najlepszy wynik (czyli najdłuższy czas) wzrost aż o 664,58% w najlepszym dniu, najgorszy wynik uzyskały próby kontrolne, maksymalnie zaledwie 280,96%. W dwóch ostatnich dniach wszystkie myszy przechodził labirynt bez muzyki, mimo tego oby dwie próby badawcze wyszły stosunkowo lepiej do poprzednich dni. W 8 i 10 dniu nastąpiło przejście z etapu, w którym myszy pokonywały labirynt najszybciej jak to możliwe do etapu, w którym pozostawały w nim coraz dłużej. W tych dniach pierwsze osobniki zaczęły zostawać w labiryncie na dłużej. Od około 11 dnia wszystkie myszy przyzwyczaiły się do labiryntu i zaczęły w nim zostawać na coraz dłużej. Na przyzwyczajenie wskazuje fakt, iż myszy zachowywały się w labiryncie tak jak w klatce, tzn. myły się, pozostawały w jednym miejscu na dłuższy czas czy próbowały wskoczyć na ściany labiryntu, wymienione sytuacje nie zdarzały się 6
w początkowych dniach. Warto zwrócić uwagę na pracę badawczą autorstwa Martyny Cendrowskiej, w której to, badała wpływ muzyki na proces uczenia się u szczurów norewskich, wykorzystując labirynt. [10] Co ciekawe, wyniki uzyskane w tej pracy różnią się od moich. Szczury sukcesywnie, z dnia na dzień, skracały czas przejścia przez labirynt. W mojej pracy, w ostatnich dniach, myszą nie zależało już tak bardzo na opuszczeniu labiryntu. Podobieństwami naszych prac jest temat, wykorzystana muzyka (klasyczna) oraz to, iż wpływa ona dobrze na proces uczenia się u szczurów. Różnice w wynikach mogą być spowodowane tym, iż szczury wykorzystane przez M. Cendrowską nie poznały Jej dobrze (ona sama wspomina o tym w swojej pracy), zaś moje myszy były ze mna oswojone. Różni się także płeć zwierząt (pani Martyna wykorzystała samce), ciekawe jest, czy wynik moich badań byłby inny, gdybym również wykorzystał samce. Być może w przyszłości wykonam podobną pracę, tym razem wykorzystując samce. Na podstawie przeprowadzonych badań można przypuszczać, iż muzyka ma znaczny wpływ na proces uczenia się u myszy domowej, a muzyka klasyczna daje lepszy efekt niż muzyka z gatunku Rock and Roll. Bibliografia: 1) Beer Amy-Jane i Morris Pat (2008) fakty o zwierzętach świata SSAKI, Multico Oficyna Wydawnicza, Warszawa, str. 176 2) Encyklopedia Guinnessa Żyjący Świat (1995), PWN, Warszawa, str. 150 3) Sadowski Bogdan (2012) Biologiczne mechanizmy zachowania się ludzi i zwierząt, PWN, Warszawa, str. 469, 484, 514, 519 4) Serafiński Włodzimierz (1965) Ssaki Polski, Państwowe zakłady wydawnictw szkolnych, Warszawa, str. 75 5) Tim Birkhead, Robin Dunbar, Peter Evans, Anne Gatti, David Helton, Conor Jameson, Sanjida O'Connell (1999), Na tropach sekretów przyrody, Przęgląd Reader's Digest, Warszawa, str. 336 6) Zespół autorów (1997) Świat Zwierząt, Multico Oficyna Wydawnicza, Warszawa 1997, str. 310, 7) http://www.biography.com/people/bf-skinner-9485671 [dostęp: 8 października 2015r] 8) http://www.homunculus.ug.edu.pl/projekt-muzyka-uczenie.html [dostęp: 8 października 2015r] 9) http://www.homunculus.ug.edu.pl/projekt-bodzce_seksualne_uczenie.html [dostęp: 8 października 2015r] 10) http://olbiol.ug.edu.pl/prace/2015/cendrowska_martyna_praca_44ob.pdf [dostęp: 8 października 2015r] 7