XLIV Olimpiada Biologiczna BADANIE WPŁYWU MUZYKI NA PROCES UCZENIA SIĘ SZCZURÓW NORWESKICH (RATTUS NORVEGICUS). Autor : Martyna Cendrowska Klasa : III c Szkoła : III Liceum Ogólnokształcące im. Marynarki Wojennej RP w Gdyni Opiekun : mgr Danuta Bussler 1
STRESZCZENIE Celem doświadczenia było zbadanie wpływu dwóch wybranych gatunków muzyki na efektywność procesu uczenia się szczurów (Rattus norvegicus). W warunkowaniu instrumentalnym o wzmocnieniu pozytywnym [2,3] z udziałem szczurów określam, czy muzyka wzmaga szybkość uczenia się i zdobywania informacji przez szczury. W badaniu wykorzystałam test labiryntu. Poprzez doświadczenie udało mi się udowodnić, że muzyka, szczególnie klasyczna, ma pozytywny wpływ na proces uczenia się szczurów. WSTĘP Szczur norweski jest gryzoniem, który należy do rodziny myszowatych (Muridae). Przedstawiciele gatunku wywodzą się z Azji południowo-wschodniej. W Europie jest to gatunek synantropijny. Szczur jest zwierzęciem wszystkożernym, aktywnym przez całą dobę, ze wzmożoną aktywnością w nocy. Potrafi pływać, jednak preferuje środowisko lądowe. Pierwsze wzmianki o pojawieniu się tego gatunku w Europie pochodzą z XVIII wieku. Obecnie zamieszkują wszystkie strefy klimatyczne z wyjątkiem stref klimatów okołobiegunowych [5b]. Szczury są zwierzętami wykazującymi się wysoką inteligencją. Należą do najgroźniejszych szkodników o zasięgu światowym. Odmiana albinotyczna tego szczura jest hodowana do celów laboratoryjnych [1]. W swojej pracy badam wpływ dwóch gatunków muzyki na proces uczenia się szczurów. Duża ilość publikacji na ten temat świadczy o niewątpliwym wpływie muzyki na ten proces, jednak liczba publikacji zawierająca dane dotyczące konkretnych gatunków muzyki jest niewielka, dlatego właśnie zajęłam się wyżej wymienionymi badaniami. Zainteresowanie zoologią i etologią skłoniło mnie do podjęcia wykonanych przeze mnie badań. Istotnym czynnikiem decydującym o wyborze tematu był fakt, iż sama często uczę się przy muzyce. Chciałam przekonać się, czy ma ona istotny wpływ na ten proces. Badanie polegało na uczeniu się szczurów przy wybranej muzyce, a później, po określonej ilości dni, wyłączeniu muzyki w próbach badawczych i sprawdzeniu efektywności procesu uczenia się (odtworzenie sytuacji nauki przed sprawdzianem (muzyka) i sprawdzianu (konieczność pisania bez muzyki)). Fot 1. Warunki, w jakich przebywały szczury 2
METODY I MATERIAŁY Badania przeprowadziłam na 9 szczurach (Rattus norvegicus) odmiany albinotycznej, płci męskiej, którym podawano ten sam pokarm oraz które przebywały w takich samych warunkach. Do przeprowadzania testu labiryntu wykorzystałam drewniany labirynt, metalową klatkę oraz płytę pleksi. Muzyka była odtwarzana z laptopa i głośników, które należały do mnie. Jako nagrodę za przejście labiryntu wykorzystałam: dropsy jogurtowe dla gryzoni (firma Vitapol); dropsy owoce lasu dla gryzoni (firma Vitapol); chrupki kukurydziane. Czas przejścia szczurów przez labirynt mierzyłam stoperem. Pomieszczenie do przeprowadzania badań, sprzęt wymieniony przeze mnie wyżej oraz szczury udostępniła mi katedra Fizjologii Zwierząt i Człowieka UG Przebieg doświadczenia: Fot 2. Zdjęcie labiryntu wykorzystanego w doświadczeniu Doświadczenie, które przeprowadziłam, trwało 14 dni. Składało się ono z dwóch prób doświadczalnych oraz jednej próby kontrolnej. W każdej próbie były po trzy szczury. Próba kontrolna uczyła się pokonywać labirynt bez muzyki. Pierwsza próba badawcza uczyła się przy utworze Fryderyka Chopina (Preludium e-moll op 28 nr 4.), który reprezentuje muzykę klasyczną. Druga próba badawcza pokonywała labirynt słuchając Iron Maiden The Trooper, czyli utworu z gatunku heavy metal. Pierwszego dnia, który oznaczyłam jako dzień 0, szczury oswajały się ze mną oraz mogły bez ograniczeń i włączonej muzyki chodzić po labiryncie, gdzie miały dostęp do pożywienia. Przez 14 dni, od 22.01.2013 prowadziłam doświadczenie, które polegało na mierzeniu czasu przejścia przez labirynt szczura oraz obserwacji jego zachowań. Głośniki były ustawione w odległości 0,5 m od labiryntu, a głośność muzyki była jednakowa dla każdego z utworów. Szczury były poddawane testowi przez trzy tygodnie, od poniedziałku do piątku, każdego dnia od godziny 8 rano. Przez dwa ostatnie dni (13 i 14 dzień) badałam szybkość pokonania labiryntu bez włączonej muzyki w każdej z prób. Zabieg ten miał na celu odtworzenie sytuacji z mojego własnego doświadczenia w uczeniu się. Dzień 13 miał być dniem egzaminu, w którym nie mogę słuchać muzyki. 3
Procentowa zmiana czasu WYNIKI Czas, jaki każdy ze szczurów pokonał labirynt pierwszego dnia traktowałam jako 100%. Każdy z kolejnych czasów był odnoszony do czasu wyjściowego i podawany w procentach, aby wyniki były ujednolicone i można było je porównać oraz zaobserwować rzeczywiste postępy w procesie uczenia się. Wyniki podane przeze mnie w tej pracy są średnią arytmetyczną każdej z grup. Data przeprowadzanego doświadczenia Próba kontrolna Próba badawcza 1 Próba badawcza 2 22.01.2013 dzień 1 100,00% 100,00% 100,00% 23.01.2013 dzień 2 35,94% 25,13% 43,30% 24.01.2013 dzień 3 39,14% 10,37% 82,36% 25.01.2013 dzień 4 61,52% 20,06% 50,82% 28.01.2013 dzień 5 21,54% 5,94% 78,00% 29.01.2013 dzień 6 67,94% 12,53% 4,52% 30.01.2013 dzień 7 34,12% 10,19% 23,35% 31.01.2013 dzień 8 78,77% 7,92% 10,02% 1.02.2013 dzień 9 39,88% 4,33% 17,03% 4.02.2013 dzień 10 38,66% 2,37% 3,96% 5.02.2013 dzień 11 48,91% 6,88% 6,78% 6.02.2013 dzień 12 21,70% 4,09% 7,48% 7.02.2013 dzień 13 11,40% 2,87% 6,20% 8.02.2013 dzień 14 14,80% 5,83% 7,13% Tabela 1. Procentowe porównanie średnich czasów w każdej z prób. 120,00% 100,00% 80,00% 60,00% 40,00% 20,00% Próba kontrolna Próba badawcza 1 Próba badawcza 2 0,00% Data przeprowadzania doświadczenia Rycina 1. Wyniki testu labiryntu przedstawione na wykresie liniowym. 4
DYSKUSJA WYNIKÓW Otrzymane wyniki świadczą o tym, że obydwa wybrane przeze mnie gatunki muzyki mają pozytywny wpływ na proces uczenia się. Najlepszy wynik uzyskała pierwsza próba badawcza, która uczyła się pokonywać labirynt przy muzyce klasycznej. Wystąpił tam również największy średni procentowy spadek czasu ze 100,00% do aż 2,37% [Tab.1]. Obydwie próby badawcze wypadły dużo lepiej niż próba kontrolna. Od ósmego dnia prowadzenia doświadczenia czas pokonania labiryntu w próbach badawczych zmieniał się tylko nieznacznie [Ryc.1], co świadczy o tym, iż proces uczenia się u zwierząt z tych dwóch grup przebiegał szybciej. Doświadczenie wykazało, że szczury po uczeniu się metodą prób i błędów [2] po około ośmiu dniach poznały budowę labiryntu, a następnie sukcesywnie utrwalały sobie najkrótszą drogę do zdobycia pokarmu. Badania jednoznacznie wskazują również na fakt, iż muzyka przyspieszyła ten proces ułatwiając powstawanie engramów [2] w pamięci szczurów z prób badawczych, przy czym lepszy wpływ na ten proces miała muzyka klasyczna. Wpływ na tak słabe wyniki próby kontrolnej mógł mieć stres związany z przenoszeniem szczurów z klatek do labiryntu przeze mnie (niezbyt dobrze znaną im osobę), fakt, iż nie wszystkim szczurom odpowiadał pokarm podawany jako nagroda (mogło to być dla nich zbyt małą motywacją do pokonywania labiryntu), osobnicze predyspozycje do uczenia się oraz inne sytuacje stresowe, na które nie mogłam mieć wpływu. Ciekawym zjawiskiem, które wystąpiło w obydwu próbach badawczych był fakt, iż pierwszego dnia po wyłączeniu muzyki procentowy czas pokonywania labiryntu spadł (przy czym w pierwszej próbie badawczej spadek ten wyniósł 1,22% w porównaniu do dnia poprzedniego, a w drugiej próbie badawczej 1,28% również w porównaniu do dnia poprzedniego). Warto również zauważyć, że tego samego dnia w próbie kontrolnej spadek również wystąpił i wyniósł aż 10,30% w porównaniu do wyniku z poprzedniego dnia tej próby [Tab.1]. Może to świadczyć o tym, iż optymalnym czasem do nauczenia się pokonywania labiryntu dla szczurów jest trzynasty dzień, jednak tezy tej nie potwierdza kolejny dzień, w którym zmierzyłam czas przejścia labiryntu przez szczury i w dniu czternastym czas ten wzrósł w każdej z prób. Uśrednienie wyników prowadzonych doświadczeń potwierdziło moją tezę, ale wyeliminowało też odrębne pokazanie wyjątkowo inteligentnych osobników. Uśrednienie wyeliminowało też częściowo pogorszenie wyników przez zestresowane osobniki oraz zredukowało negatywny wpływ na wyniki osobników mniej inteligentnych. Warto również zwrócić uwagę na podobne doświadczenie wykonane przez SKN Homunculus, które w doświadczeniu o tytule Czy różne gatunki muzyki mają odmienny wpływ na procesy uczenia się i pamięci szczurów?, badali przy użyciu testu wodnego 5
Morrisa ten sam proces, co ja. Jednak zasadniczą różnicą pomiędzy naszymi doświadczeniami są wyniki. Moje doświadczenie wykazało, że muzyka ma pozytywny wpływ na proces uczenia się szczurów, a doświadczenie SKN wykazało wynik całkowicie przeciwny do mojego, czyli: wielokrotna ekspozycja na muzykę osłabia zdolność uczenia się u szczurów. [5a] SKN Houmunculus do przeprowadzenia swojego doświadczenia wykorzystało 12 szczurów, które podzielili na 4 grupy, a więc w każdej z grup były trzy szczury (czyli liczba osobników w grupie była taka sama jak w przypadku mojego doświadczenia). Każda z trzech prób badawczych słuchała innego gatunku muzyki (klasyczna, heavy metal i ska), a próba kontrolna uczyła się bez muzyki. Dwa z wybranych gatunków muzyki są takie same, jak te wybrane przeze mnie. Różnicą jest posiadanie trzeciej grupy kontrolnej, której ja nie miałam, a która w doświadczeniu SKN uczyła się przy muzyce z gatunku ska. Badanie wpływu gatunków muzyki na proces uczenia się szczurów odbywało się z wykorzystaniem testu labiryntu wodnego Morrisa. Sposób obliczania wyników był przyjęty tak samo jak w mojej pracy, więc porównanie nie stanowi problemu. Nie można jednak bezpośrednio porównać tych dwóch doświadczeń, gdyż testy użyte w doświadczeniach były inne. Na pośrednie porównanie pozwala fakt, iż test labiryntu oraz test labiryntu wodnego Morrisa należą do tej samej grupy testów (poznawcze), oraz obydwa badają procesy uczenia się [5c]. Różnią się natomiast warunkami ich przeprowadzania. Test labiryntu, który był wykorzystany przeze mnie zapewnia szczurom komfortowe warunki do uczenia się, w przeciwieństwie do testu wodnego Morrisa. Podczas testu Morrisa gryzoń umieszczony w wodzie pływa aktywnie, aby odnaleźć wyjście ze stresogennej sytuacji [5c] ( jakim jest dla niego przebywanie w wodzie; mimo iż szczur potrafi pływać, woda nie jest jego naturalnym środowiskiem, dlatego jak najszybciej chce się z niej wydostać). Podczas testu labiryntu szczur nie jest narażony na żadne stresujące czynniki i, co najważniejsze, nie stresuje się możliwością utraty życia (ewentualne utonięcie), co jest istotnym czynnikiem stresogennym w przypadku testu wybranego przez SKN. Planując swoje doświadczenie, chciałam jak najwierniej odwzorować sytuację, w jakiej uczą się ludzie ( a jak wiadomo, ludzie nie uczą się w stresie wynikającym z obawy przed utratą życia) dlatego właśnie wybrałam test labiryntu. W doświadczeniu wykonanym przeze mnie szczury w próbie kontrolnej uzyskały najgorsze wyniki, a szczury z prób badawczych uzyskały wyniki dużo lepsze od tych z próby kontrolnej. W doświadczeniu SKN Homunculus szczury w próbie kontrolnej uzyskały najlepszy wyniki spośród wszystkich badanych grup, a próby badawcze uzyskały wyniki zdecydowanie gorsze. Myślę, że powodem tak odmiennych wyników było nie stworzenie przez SKN Homunkulus odpowiednich warunków do uczenia się. Aby szczury uczyły się efektywnie, musimy wyeliminować stres związany z obawą o ewentualną utratę życia. Woda okazała się zbyt silnym czynnikiem stresogennym, przy czym muzyka (przy tak silnym 6
stresie zwierząt), musiała spowodować jego spotęgowanie. Prawdopodobnie, gdyby szczury, które wykorzystałam w moim doświadczeniu były głodzone, a nagrodą za przejście labiryntu nadal pozostałby pokarm, mogłoby okazać się, że muzyka również ma negatywny wpływ na proces uczenia się przy tak zaplanowanym doświadczeniu (głodne szczury uczyłyby się pokonywać labirynt po to, aby zaspokoić jedną z podstawowych potrzeb głód, a więc stworzyłabym podobne warunki do tych, które miały szczury w doświadczeniu SKN: dostanie się na platformę, aby wyeliminować czynnik stresogenny przebywanie w wodzie). Na podstawie przeprowadzonych badań mogę stwierdzić, że muzyka ma znaczy i pozytywny wpływ na proces uczenia się, przy czym muzyka klasyczna działa na ten proces najefektywniej z badanych. Jednak aby wyniki były jak najbardziej dokładne, należałoby powtórzyć badania z dużo większą ilością szczurów i wyeliminować czynnik stresogenny, jakim byłam dla niektórych szczurów jako niezbyt dobrze znana im osoba. Fot 3. Przykładowe zdjęcie szczura podczas wykonywania testu labiryntu Składam serdeczne podziękowania dla dr Wojciecha Glaca za konsultację oraz umożliwienie wykonywania badań na Wydziale Fizjologii Zwierząt i Człowieka Uniwersytetu Gdańskiego. BIBLIOGRAFIA [1.] Hempel-Zawitkowska J. (2013) Zoologia dla uczelni rolniczych, PWN, Warszawa, s.365 [2.] Sadowski B. (2012) Biologiczne mechanizmy zachowania się ludzi i zwierząt, PWN, Warszawa, s.466; 469; 483-488 [3.] Van Der Kloot W.G. (1971) Zachowanie się zwierząt, PWN, Warszawa, s. 141-143 [4.] Weiner J. (2003) Technika pisania i prezentowania przyrodniczych prac naukowych, PWN, Warszawa [5.] Strony internetowe: a) http://www.homunculus.ug.edu.pl/projekt-muzyka-uczenie.html [dostęp: 1.10.2014] b) http://www.iop.krakow.pl/gatunkiobce/default.asp?nazwa=opis&id=117&je=pl [dostęp: 1.10.2014] c) http://www.neuronauka.org/wp-content/uploads/2012/11/sp12_ptaszek.pdf [dostęp: 1.10.2014] 7