Untersuchungen zu höheren kognitiven Leistungen beim Pferd (Equus caballus)

Komplexe Haltungsumgebungen und der enge Kontakt mit dem Menschen beim Sport stellen hohe Anforderungen an die Lernfähigkeit von Pferden. Die Forschung auf dem Gebiet der kognitiven Leistungen von Pferden hat erst in den letzten Jahrzehnten zugenommen. Um die Haltungsbedingungen, das Training von Pferden und experimentelle Methoden optimal zu gestalten, sind jedoch vertiefte Kenntnisse über das Lernverhalten dieser Tierart erforderlich.

In der vorliegenden Arbeit wurden zwischen 2008 und 2011 vier aufeinander aufbauende Lernexperimente mit insgesamt 11 Kleinpferden und Shetlandponys durchgeführt. Ziel der Versuche war es zu untersuchen, ob Pferde zu einem Konzeptlernen im Rahmen eines „Matching to sample“ (MTS) – Tests fähig sind und dieses Konzept auf eine Anzahlerkennung übertragen können. Weiter sollte überprüft werden, ob sich eine computergestützte Lernapparatur für Lerntests mit Pferden eignet. Abschließend sollte gezeigte werden, ob nach einer Zeitspanne von einem Jahr ohne Lerntraining die Tiere die gelernten Aufgaben noch erinnern können.

Das „Matching to sample“ ist eine komplexe Variante eines Diskriminationstests, welches in der Lernforschung zur Überprüfung des begrifflichen Lernens eingesetzt wird. Der positive Reiz (S+) wird durch ein nicht belohntes, physikalisch identisches, visuelles Muster präsentiert und ist von einem Distraktorreiz (S-) zu unterscheiden. Alle drei Reize wurden in den vorliegenden Untersuchungen simultan präsentiert, bevor das jeweilige Versuchstier sich für einen der Vergleichsreize entscheiden musste. Die Pferde wurden jeweils einzeln aber mit Sichtkontakt zu Artgenossen getestet und als positiver Verstärker wurde Kraftfutter verwendet.

An der ersten Studie (Kapitel 2) nahmen vier Kleinpferde teil, die unter Freilandbedingungen getestet wurden. Als Versuchsareal diente ein Weideunterstand, der in einen Wartebereich und einen Testbereich untergliedert war. Im Testbereich befand sich eine Versuchsapparatur, auf der geometrische Zeichen präsentiert wurden. Mittig oben wurde der Beispielreiz gezeigt, der den S+ vorgab, schräg unterhalb des Beispielreizes waren sowohl der S+ als auch der S- auf zu öffnenden Klappen angebracht. Das Versuchstier gelangte beim Öffnen der Klappe des positiven Reizes an eine Futterbelohnung. Jede Lernsession bestand aus 20 Entscheidungsdurchläufen und das Lernkriterium wurde auf 80% Richtigenscheidungen in zwei aufeinander folgenden Sessions festgelegt (p < 0,001). Nach jeder Richtigwahl wurde das Pferd in den Wartebereich zurückgeführt und die Versuchsapparatur für den nächsten Durchgang vorbereitet. Die geometrischen Zeichen wurden in einer vorher festgelegten pseudo-randomisierten Reihenfolge präsentiert. Nach einer Falschwahl wurden dem Versuchspferd bis zu drei Korrekturläufe gewährt, um die Klappe mit dem positiven Reiz zu öffnen.

Eines der Pferde kam über die Eingewöhnungsphase zum Erlernen des Versuchsablaufes und dem Öffnen der Klappen nicht hinaus. Drei Pferde durchliefen 27 Lernsessions, erfüllten jedoch das vorgegebene Lernkriterium des MTS-Tests nicht. Es zeigte sich, dass die Pferde eine prozedurale Lernstrategie entwickelten, um an die Futterbelohnung zu gelangen, indem sie nach einer Falschwahl die jeweils andere Klappe wählten. Diese Strategie lernten die Pferde bereits zwischen der 4. und 11. Session.

Für die zweite Studie (Kapitel 3) wurde ein computergestützter Versuchsaufbau gewählt, um 7 Shetlandponys auf eine MTS Aufgabe zu trainieren. In einer Eingewöhnungsphase lernten die Ponys den Versuchsablauf, der darin bestand, aus dem abgesperrten Wartebereich in die Versuchsapparatur hineinzugehen und einen von zwei Druckknöpfen unterhalb eines Computerbildschirmes zu betätigen. Um Isolationsstress zu vermeiden, befanden sich während des Tests Artgenossen im Versuchsraum. Wie bei der ersten Studie wurden Lernsessions von 20 Entscheidungsdurchläufen gewählt und ein Lernkriterium von 80% Richtigentscheidungen in zwei aufeinander folgenden Sessions festgesetzt. Die Tiere durchliefen an drei Tagen in der Woche jeweils 2 Lernsessions. In der Testphase folgten mehrere aufeinander aufbauende Lernschritte: als erstes die Assoziation zwischen einem präsentierten geometrischen Symbol und dem Betätigen des darunter befindlichen Knopfes. Dafür wurden mittig und zusätzlich in einer der unteren Bildschirmecken zwei identische geometrische Zeichen präsentiert (schwarzes Kreuz oder Kreis auf weißem Hintergrund). In der nächsten Lernphase kam das jeweilige andere Zeichen als Distraktorreiz hinzu. Als dritter Lernschritt wurden zu 50% neue geometrische Symbole eingeführt (Dreieck und Viereck). Nach erfolgreichem Absolvieren dieser Testphasen folgte ein Transfertest auf völlig unbekannte Symbole (Flugzeug, Notenschlüssel, Peace-Zeichen und TT).

Von 7 getesteten Ponys absolvierten vier Tiere alle Testphasen erfolgreich. Drei Tiere scheiterten am ersten Lernschritt, für den die anderen Ponys ebenfalls zwischen 43-55 Sessions benötigten, während alle weiteren Lernschritte zwischen der 2. und 8. Session erreicht wurden.

Das Ziel der dritten Studie (Kapitel 4) war es nachzuweisen, ob die gelernte Grundregel, identische Symbole einander zuzuordnen, übertragbar auf eine Anzahlerkennung ist. Hierfür wurden in derselben Anordnung wie in der vorherigen Studie verschiedene Anzahlen an geometrischen Symbolen auf dem Bildschirm präsentiert. Im ersten Versuchsabschnitt setzten sich die Stimuli aus einer Anzahl an Kreisen zusammen, deren Größe und Anordnung zueinander variierte. Dies verhinderte, dass der S+ aufgrund des äußeren Erscheinungsbildes gewählt werden konnte. Der zweite Versuchsabschnitt bestand aus einem Transfertest mit gemischten geometrischen Zeichen. Die Anzahlen, die miteinander verglichen werden sollten, waren 1 vs. 2, 2 vs. 3, 3 vs. 4 und 4 vs. 5. Der Versuchsablauf, die Anzahl der Entscheidungsdurchgänge pro Session und das Lernkriterium waren identisch mit der zweiten Studie.

Alle getesteten 3 Ponys bestanden den ersten Versuchsabschnitt und konnten Anzahlen von Kreisen auf einer Stufe von 4 vs. 5 innerhalb von 2 bis 8 Sessions einander zuordnen.

Einem Pony gelang die Zuordnung von 4 vs. 5 gemischten geometrischen Symbolen. Die zwei anderen Versuchstiere scheiterten in diesem Testabschitt bei der Anzahlenunterscheidung 2 vs. 3 beziehungsweise 3 vs. 4.

Der abschließende Gedächtnistest (Kapitel 5) wurde ca. ein Jahr nach dem letzten Lernversuch mit den Ponys durchgeführt. Die Tiere erhielten in der Zwischenzeit kein weiteres Lern-Training und nahmen nicht an anderen Versuchen teil. Der erste Gedächtnistest erfolgte auf die Anzahlen von 2 vs. 3 Kreisen, im zweiten Test auf Transfersymbole der zweiten Untersuchung und im dritten Test auf die MTS-Anordnung mit den ersten verwendeten Symbolen Kreuz und Kreis. In der Anzahlerkennung nahmen die drei Ponys der dritten Untersuchung teil, bei dem MTS-Test zusätzlich das vierte Pony des zweiten Versuchs. Keines der Tiere konnte die Lernleistung der vorherigen zwei Studien erneut abrufen. Ein Pony erreichte im zweiten Gedächtnistest zwar das Lernkriterium, konnte diese Leistung aber nicht aufrechterhalten.

Die Resultate der vorliegenden Untersuchungen zeigen, dass Ponys höhere kognitive Leistungen zugesprochen werden können. Sie sind zu einem Konzeptlernen fähig und können Anzahlen bis 5 einander zuordnen. Die Interpretation der Ergebnisse erweist sich aber durch eine uneinheitliche Terminologie in der einschlägigen Literatur und im interspezifischen Vergleich als nicht ganz einfach. Bei guten Lernleistungen und deren Interpretation dürfen alternative Lernstrategien der Tiere nicht außer Acht gelassen werden. Wie in der ersten Studie deutlich wird, scheint für Pferde ein prozedurales Lernen einfacher als das Aneignen von relativen Lerninhalten oder Konzepten wie im Falle des MTS. In der vorliegenden zweiten MTS Untersuchung zeigten die Tiere einer erstaunlich gute Lernleistung. Diese könnte jedoch mit einfacheren assoziativen Strategien zu erklären sein, wenn beispielsweise die gesamte Reizanordnung auf dem Bildschirm als ein Reiz wahrgenommen wurde. Sogar der Transfertest könnte in der zweiten Studie (Kapitel 3) mit einem Erlernen durch wiederholte Reizpräsentation erklärbar sein. Durch eine höhere Anzahl an Transferreizen könnte dieser Sachverhalt geklärt werden. In der dritten Untersuchung (Kapitel 4) wurde jedoch die Reizdimension von einer Symbolzuordnung zu einer Anzahlenzuordnung geändert. Da dieser Transfer den Tieren gelingt, scheint auch die vorherige Entscheidungsfindung auf einem Konzept der Gleichheit zu beruhen. Es wird vermutet, dass die Ponys sich zur Bewältigung dieser Tests das spontane Abschätzen, das so genannte „subitizing“ bzw. ein „prototype matching“ zunutze machten. Sie zeigten ein sehr schnelles Antwortverhalten (unter 2 sec. nach dem Startsignal), das in vergleichbarer Zeit selbst für den Menschen schwierig erscheint. Des Weiteren zeigen die Ergebnisse, dass diese Spontanabschätzung den Tieren deutlich leichter zu fallen scheint, wenn einheitliche geometrischen Figuren (in diesem Fall Kreise) als wenn gemischte Figuren präsentiert werden.

Im folgenden Gedächtnistest (Kapitel 5) konnten die Ponys ihre gute Lernleistung nicht mehr konstant abrufen. Das Fehlen von Trainingsreizen und des kontinuierlichen Abrufens der gebildeten Lerninhalte scheint sich negativ auf die Gedächtnisleistung auszuwirken. Möglicherweise sind abstrakte Lerninhalte zwar in einem experimentellen Aufbau von Pferden zu bilden, aber es erfolgt unter Umständen keine deklarative Abspeicherung, da sie keine biologische Relevanz besitzt. Dies gibt wichtige Hinweise auf die Gestaltung von Trainingsabläufen in der Forschung und in der Praxis.

Kognitive Leistungen wie das Konzept der Gleichheit und die spontane Anzahlabschätzung auf dem hier gezeigten Niveau konnten bei Pferden bislang noch nicht nachgewiesen werden und geben neue Einblicke in die Lernfähigkeiten von dieser Tierart. Der hier verwendete Versuchsablauf mit Teillernschritten und der Einsatz einer computergestützten Apparatur zeigten sich als adäquate Methode, die Fähigkeit des Konzeptlernens bei Ponys zu überprüfen. Dennoch besteht auf diesem Gebiet weiterer Forschungsbedarf. Ein Schwerpunkt könnte darauf liegen, äußere Einflussfaktoren auf höhere Lern- und Gedächtnisleistungen von Pfeden näher zu untersuchen. Der weitere Erkenntnisgewinn kommt nicht nur der Optimierung von Forschungsmethoden zu Gute, sondern sollte auch von Praktikern dazu genutzt werden, das Pferdetraining auf Grundlagen der Lerntheorie tiergerechter zu gestalten.