Способ определения типа высшей нервной деятельности домашних кошек (Felis catus, L. 1758)

Изобретение относится к ветеринарии, а именно к способам, используемым только для животных, испытаниям на быстроту реакции, и может быть использовано для определения типа высшей нервной деятельности (ВНД) домашних кошек (Felis catus, L. 1758) как при одиночном содержании, так и в условиях питомников, цирковых групп, вивариев, этолого-фармакологических лабораторий, станций юннатов, также при подборе животных для анималотерапии.

Известен способ объективного изучения функционирования высшей нервной деятельности (Аналог 1), разработанный И.П. Павловым на собаках (Полетаева И.И. Собаки Крушинского // Природа, 1999. - №8). В основе способа лежит слюнно-экскреторная методика, состоящая из «Большого стандарта», проводимого в течение двух лет и «малого стандарта», занимающего около 6 месяцев кропотливой работы. Суть способа заключается в фистулировании протока слюнных желез, что позволяет вести количественный учет экскреторной функции желез. При всей информативности данный способ является трудно применимым к кошкам, в силу анатомических особенностей строения их ротовой полости и длительности наблюдений.

Другим аналогом (Аналог 2) является определение двигательно-оборонительной реакции в ответ на нанесение животному болевого раздражителя в виде удара электрического тока, предложенное В.М. Бехтеревым 1907 году (Флесс Д.А. Сравнительное изучение условного рефлекса на пространственное соотношение у животных // Механизмы адаптивного поведения: Сборник науч. трудов. - Л.: Наука, 1986). Но данный способ имеет ряд недостатков. Во-первых, электрический ток делает животное очень возбудимым, а это мешает определению нормальных свойств нервной системы. Во-вторых, эту методику невозможно использовать не в лабораторных условиях.

Следующий способ определения типов ВНД животных (Аналог 3) - это способ, предложенный Краковским М.Э. и Аширметовым А.Х. (Краковский М.Э., Аширметов А.Х. Способ определения нервной системы животного. Патент SU 1623608 А1. - Ужгород: Производственно-издательский комбинат «Патент», 1991). При использовании этого способа животному на нерв воздействуют электрическим током и определяют лабильность нервно-мышечной системы. Помимо этого, животному вводят в возрастающих дозах кофеин и определяют дозу, увеличивающую лабильность; затем бром в возрастающих дозах и определяют дозу, уменьшающую лабильность. Вводят в организм дозу кофеина, увеличивающую лабильность, и дозу брома, уменьшающую лабильность, определяют время, необходимое для уменьшения лабильности. Вводят в организм дозу брома, уменьшающую лабильность и дозу кофеина, увеличивающую лабильность. По полученным показателям определяют силу, подвижность, уравновешенность нервной системы. Способ занимает 21-28 дней, является трудоемким, болезненным для животных, необходимость использования специального оборудования, невозможность применения для домашних кошек с учетом анатомо-физиологических и этологических особенностей, наличия узких специалистов для интерпритации результатов.

Наиболее близким к заявленному способу по технической сущности и достигаемым результатам является двигательно-пищевая методика определения типа ВНД (Прототип), предложенная Г.В. Паршутиным и Т.В. Ипполитовой (Паршутин Г.В., Ипполитова Т.В. Типы ВНД, их определение и связь с продуктивными качествами животных. - Кыргыстан, 1973).

Определение типов нервной системы животных проводится в течение пяти дней при выработке, закреплении, переделке и угашении двигательно-пищевого рефлекса (пробежек к месту кормления). Данная методика определения типов ВНД лошадей, коров требует специально оборудованных помещений (площадок) и длительна по времени (пять дней). В первый день идет выработка условного рефлекса, во второй - закрепление, в третий - закрепление условного рефлекса и прямая переделка условного рефлекса, в четвертый - закрепление условного рефлекса, прямая и обратная переделка. В пятый день проводится акцентированная проверка силы нервных процессов - животное пугают разными способами. Последний день данной методики является стрессом для животных.

Недостатками этого способа являются также большая трудоемкость, длительность наблюдений, необходимость привлечения высококвалифицированных специалистов (не менее двух человек), невозможность повышения объективности заключений в количественно сравниваемых величинах.

В основу настоящего изобретения положена задача создания способа определения типа высшей нервной деятельности (тип ВНД) домашних кошек, уменьшающего стрессовые ситуации у животных, и осуществляемого в минимально короткие сроки без обратной переделки условного рефлекса.

Поставленная задача решается следующим образом: эксперимент проводит один человек, что снижает количество исследователей; автоматически с помощью видеокамеры осуществляется фиксация времени, количества подходов, траектории движения и поведения животного; эксперимент проводится при меньшей стрессовой нагрузке для животного, т.к. осуществляется в течение трех дней в привычной для него обстановке.

По результатам эксперимента определяется сила, уравновешенность и подвижность нервных процессов, совокупность которых позволяет выявить тип высшей нервной деятельности домашней кошки. Сила процесса возбуждения соотносится с быстротой выработки условного рефлекса, временем и траекторией движения к кормушке, интенсивностью проявления пищевой реакции; уравновешенность нервных процессов оценивается по четкости стереотипов; показателем подвижности нервных процессов являются быстрота и четкость выработки условных рефлексов, характер движения животного во время опыта.

В опытах используются домашние кошки как беспородные, так и кошки с родословными, что позволяет обеспечить абсолютную достоверность породной принадлежности. Исследуются животные персидской породы, балинезийской, сибирской, экзотической короткошерстной, европейской короткошерстной, британской, шотландской вислоухой и животные породы мейн-кун.

При проведении эксперимента в группе, состоящей из нескольких домашних кошек, исследования необходимо начинать с доминирующего животного. Одномоментно экспериментатор работает с одним животным, остальные животные (при проживании в группе) находятся изолированно от экспериментальной комнаты. Перед началом серии экспериментов животное не кормят, испытания проводятся один раз в день. Условные рефлексы вырабатываются на основе пищевого безусловного рефлекса. Для пищевого подкрепления используется любой охотно поедаемый корм: мясо, рыба, сухой корм (без сильного запаха).

В качестве кормушек используются одноразовые одинаковые непрозрачные бумажные миски диаметром около 10 см, а глубиной примерно 7 см. Животному дают за один подход поедать не более 2-3 г корма, корм в течение опыта в миску не подкладывается (то есть животное забирается с места кормления, а в миске корм остается для дальнейших подходов). При большем объеме корма затрачивается значительное время на его поедание и животное быстро насыщается. D. Bradshaw с соавторами (Bradshaw J.W.S., Goodwin D., V., Nott H. M. R. Food selection by the domestic cat, an obligate carnivore // Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Physiology, 1996. - Vol. 114. - Iss. 3. - P. 205-209) выяснил, что в отличие от собак и крыс, кошки даже аппетитный корм поедают в несколько заходов небольшими порциями.

В качестве экспериментальной площадки используется известная для животного комната, в которой оно не принимает пищу. Ширина комнаты составляет в среднем 2,5 м, длина - 3,25 м. Миски размещаются на удалении 1 м друг от друга и 0,75 м от фронтальной стены. Глубина мисок составляет не менее 7 см. Производится видеорегистрация движения животного для последующего анализа и таксации типа ВНД домашней кошки.

Для пояснения сущности предлагаемого способа на фиг. 1 представлена экспериментальная площадка.

Экспериментатор находится на старте вместе с животным. Справа располагается видеокамера на штативе, которую включают при начале эксперимента, что позволяет получать объективную информацию о времени, количестве подходов, траектории движения и поведения домашней кошки. Экспериментатор (он же участник опытов), как незнакомый для животного, является стрессирующим фактором (фактор новизны и фактор тактильных раздражений при прикосновении к животному во время эксперимента).

В перерывах между оценкой степени проявления условно-рефлекторной реакции производится перестановка мисок и подкладывание корма. На этот период животное удаляется из комнаты. По команде экспериментатора кошка помещается на исходную позицию, и все ее дальнейшие перемещения и действия протоколируются видеокамерой.

Ход опыта. В первый день животное знакомят с обстановкой экспериментальной площадки (заносят в комнату и показывают правую миску с кормом) фиг. 2 и 3, закрепляют тремя самостоятельными подходами (животное три раза подходит к миске с кормом) и тем самым вырабатывают рефлекс подхода к правой миске. При наличии достаточного уровня силы и уравновешенности нервных процессов, степень подвижности кошек проявляется в четкости маршрута уже в первых подходах.

На второй день эксперимента ставится задача трансформации двигательно-пищевого стереотипа у животного, т.е. его переделка. Переделка значения условного рефлекса (стереотипа) - это изменение положительного стимула (подкрепления в виде корма) на отрицательный, в данном способе миска с кормом меняется на пустую миску. Трансформация двигательно-пищевого стереотипа достигается повторением задания предыдущего дня, за исключением показа корма в миске. После трех самостоятельных правильных подходов к правой миске, миски меняют местами и следят за поведением кошки. Таким образом, происходит смена раздражителя с правого на левый - противоположные раздражители. Три последовательных, самостоятельных подхода к левой миске оцениваются как достижение поставленной задачи, то есть переделки стереотипа фиг. 4. Это позволяет определить степень подвижности нервных процессов. Отсутствие элементов перевозбуждения животного в течение всего экспериментального периода, четкость выполнения переделок двигательно-пищевого стереотипа характеризуют силу процессов торможения. На уравновешенность процессов торможения и возбуждения в нервной системе кошки указывают все элементы слаженности условно-рефлекторной деятельности, четкость стереотипов, отсутствие перевозбуждения. Показателями подвижности нервных процессов являются быстрота и четкость переделки условных рефлексов.

К началу третьего дня эксперимента в нервных структурах коры головного мозга животного установлены два условно-рефлекторных следа: «направо» и «налево». Экспериментатор проверяет, какой условно-рефлекторный след наиболее выражен. Для этого перед началом эксперимента животному предоставляется возможность произвести «свободный выбор», то есть кормом наполняются обе миски. Ту из них, к которой подходит подопытное животное, оставляют с кормом, другую миску заменяют на пустую. Переделка стереотипа проводится по плану второго дня. Четкость выполнения переделок позволяет дать оценку внутреннего торможения.

Тип высшей нервной деятельности подопытного животного определяется суммой показателей, характеризующих его поведение в серии экспериментов. Анализ экспериментальных данных начинается с выявления признаков, характеризующих силу нервных процессов. На степень проявления силы процесса возбуждения указывает устойчивость условно-рефлекторных связей к действию раздражителей, быстрота выработки рефлексов, скорость и прямолинейность подходов к кормушкам, интенсивность проявления пищевой реакции. Отсутствие элементов перевозбуждения животного в течение всего экспериментального периода, четкость (безошибочные подходы к миске с кормом) выполнения переделок двигательно-пищевого стереотипа характеризуют силу процессов торможения.

На уравновешенность процессов торможения и возбуждения в нервной системе кошки указывают все элементы слаженности условно-рефлекторной деятельности, четкость стереотипов, отсутствие перевозбуждения.

Показателями подвижности нервных процессов являются быстрота и четкость выработки и переделки условных рефлексов, активность бега во время опытов.

После обработки результатов кошек делят на 4 основных типа ВНД:

I тип - сильный уравновешенный подвижный;

II тип - сильный уравновешенный инертный;

III тип - сильный неуравновешенный;

IV тип - слабый.

Промежуточные типы присоединяют к одному из вышеуказанных в зависимости от степени близости и оценивают как вариативные показатели типа высшей нервной деятельности кошек.

Результаты первого дня эксперимента позволяют предварительно классифицировать у животных сильный уравновешенный подвижный I тип, если кошки затрачивают на поиск корма от 3 до 5 секунд. Закрепительные подходы осуществляются без сбоев за время от 3 до 5 секунд. При этом к кормушке двигаются бегом или шагом, а едят спокойно (табл. 1).

Примечание: ИП - исходная позиция; «+» - кормушка с кормом, «-» - пустая кормушка.

Кошке по результатам первого дня предварительно присваивается сильный уравновешенный инертный II тип, если животное идет к кормушке вялым шагом, часто останавливается, чистит шерсть. На поиски корма оно затрачивает от 4 до 10 секунд. Закрепительные подходы осуществляет зачастую с дополнительным показом корма за время от 5 до 13 секунд. Преобладание торможения нервных процессов затягивает время эксперимента до нескольких минут (табл. 1).

Животное предварительно относят к неуравновешенному III типу ВНД, если оно в первый день эксперимента на поиск корма затрачивает от 5 до 11 секунд, но в отличие от животного сильного уравновешенного подвижного типа закрепительные подходы к полной миске у них чередуются с заходом к пустой миске. Время закрепительных подходов у животного сильного неуравновешенного типа составляет от 3 до 7 секунд. При этом к кормушке двигаются бегом и при пищевом подкреплении проявляют сильное возбуждение: резкие движения, тремор мускулатуры, урчание, быстрое и нервное принятие пищи (табл. 1).

Кошкам присуждается слабый, IV тип ВНД, если они проявляют пассивно-оборонительную реакцию: пытаются убежать из комнаты, прячутся. Животные этого типа пугливы и осторожны. Выработать и закрепить условный рефлекс у них не удается.

Таким образом, первый день проведения эксперимента не позволяет однозначно выявить и правильно произвести таксацию животных с I, II и III типом ВНД, поэтому необходимо проводить дальнейший эксперимент с переделкой условного рефлекса.

Во второй день эксперимента осуществляется закрепление условного рефлекса и его переделка. Скорость переделки противоположных раздражителей является показателем подвижности или инертности нервных процессов. Переделка условных рефлексов - сложный феномен высшей нервной деятельности, который определяется не только легкостью перехода возбуждения в торможение и обратно, но и прочностью образованных условных связей (т.е. быстротой затухания следов), интенсивностью раздражителя. При переделке меняется сигнальное значение одного и того же условного раздражителя, остающегося неизменным по своим физическим параметрам. Она связана с угашением упроченной условно-рефлекторной реакции и выработкой на тот же раздражитель условного тормоза. Переделка зависит от силы нервной системы.

Во второй день эксперимента животное должно три раза подойти к миске с кормом - это закрепительные подходы. Затем экспериментатор переставляет миски местами, т.е. правую с кормом ставит слева, а пустую левую справа. Животное должно перейти от пустой миски к миске с кормом, т.е. осуществить переделку двигательного стереотипа. При этом выделяют время, затраченное на подход к пустой миске и время перехода к миске с кормом. Кроме того, учитывается траектория движения животного. Время до подхода к пустой миске (-) и переход к миске с кормом (+) считается общим временем переделки. Если животное совершает подходы к пустой миске, уже зная, что корм находится слева, то такие подходы называются «подходы при неподкреплении» или «неправильными подходами». Подходы к левой миске после переделки считаются также правильными.

Животным присваивается I тип ВНД - сильный уравновешенный подвижный, если время закрепления условного рефлекса у домашней кошки составляет от 2 до 7 секунд (время подхода к миске с едой), переделка условного рефлекса происходит за время от 5 до 26 секунд. Подходы при неподкреплении (к пустой миске) отсутствуют. Закрепительные подходы происходят за время от 2 до 8 секунд, траектория движения четкая, движения быстрые и спокойные, перевозбуждение отсутствует (табл. 2). Для животных этого типа характерна легкая переделка значения условного раздражителя.

Примечание: ИП - исходная позиция; «+» - кормушка с кормом, «-» - пустая кормушка; УР - условный рефлекс.

Домашним кошкам присуждается II тип ВНД - сильный уравновешенный инертный, если животное на закрепление условного рефлекса затрачивает от 5 до 15 секунд, переделка проходит длительно от 13 до 56 секунд, траектория движения четкая, но с остановками. Основное отличие кошек II типа от животных I типа в этот день проявляется в наличии одного или двух подходов к пустой миске (табл. 2). Это говорит об инертности нервных процессов, т.е. малой подвижности процессов возбуждения и торможения в коре головного мозга.

Таксация сильного неуравновешенного (III-го типа ВНД) - во второй день эксперимента происходит при быстром беге или беге с возможными остановками животного во время эксперимента, время до переделки от 2 до 18 сек, количество подходов при неподкреплении от 1 до 4, общее количество подходов от 3 до 7. Переделка условного рефлекса происходит быстро, то есть время переделки составляет от 5 до 11 с, однако выработать стойкий условный рефлекс не удается во второй день. Для них характерны элементы выраженного перевозбуждения - многократные чередующиеся подходы к кормушке с кормом и подходы при неподкреплении кормом (табл. 2).

Животному присуждается IV тип ВНД - слабый, если оно отказывается участвовать в эксперименте - убегает с экспериментальной площадки, прижимается к полу, не идет к мискам с кормом, передвигается по комнате на полусогнутых ногах, старается покинуть место эксперимента.

Третий день эксперимента необходим для подтверждения результатов второго дня. Получаются сопоставимые со вторым днем результаты.

Пример 1. Кот №30 (Кристиан или Крис, ангорская порода). Показ корма в кормушке в первый день - один. Правильных подхода - три. Неправильных подходов - нет. Среднее время подхода - 3,3 секунды: 1й подход - 3 с, 2й подход - 4 с, 3й подход - 3 с (табл. 3). Второй день. Среднее время закрепления условного рефлекса - 4,67 секунды; время, затраченное на переделку, составляет 8 секунд. Кот быстрым шагом доходит до пустой кормушки, обнюхивает ее, смотрит на соседнюю и переходит. Следующие подходы совершает по четкой траектории к левой кормушке. Подходы при неподреплении отсутствуют, то есть животное после переделки подходит только к левой миске. Кот №30 отнесен к животным сильного уравновешенного подвижного типа.

Пример 2. Кот №20 (Зей, порода мейн-кун). Показ в первый день - один. Правильных подходов - пять. Неправильных подходов - один. Среднее время подходов - 7,8 секунд. Второй день. Среднее время закрепления условного рефлекса - 4,0 секунды; время, затраченное на переделку, составляет 5 секунд. Животное совершает как правильные, так и ошибочные подходы к экспериментальным мискам. Кот №20 отнесен к сильному неуравновешенному типу ВНД.

Пример 3. Кот №11 (Матвей, персидская порода). Показ в первый день - один. Правильных подходов - три, неправильных - нет. Среднее время подхода - 12 сек. Второй день. Среднее время закрепления условного рефлекса - 6,33 с, время, затраченное на переделку, составляет 36 с. Кот №11 отнесен к сильному уравновешенному инертному типу ВНД.

Пример 4. Кошка №1 (Кики, персидская порода). Показ в первый день - три, во второй - три, в третий - три. Животное, прижимаясь к полу, пытается сбежать из экспериментальной комнаты или прячется в углу. Выработать условный рефлекс и закрепить его не удается. Животное отнесено к слабому типу ВНД.

Результаты исследования поведения кошек отражены в табл. 3

Техническим результатом является определение одного из четырех типов ВНД домашних кошек за три дня эксперимента.

Изобретение позволяет в условиях с минимальным стрессом для животных, с учетом их видоспецифического поведения выявить тип высшей нервной деятельности домашних кошек в максимально сжатые сроки - три дня, без использования обратной переделки. Предлагаемый способ определения типа ВНД использующий двигательно-пищевой стереотип животного занимает от 5 до 15 минут в день. При необходимости полученный видеоматериал экспериментов можно использовать в обучающих целях при изучении выработки условных рефлексов, их закреплении и переделки.

Время выработки и закрепления условного рефлекса, время переделки условного рефлекса, траектория движения, интенсивность поедания корма, наличие или отсутствие подходов при неподкреплении кормом позволяет определить тип ВНД у домашних кошек по предлагаемому способу. Если животное делает во второй день эксперимента три правильных закрепительных подхода, траектория его движения четкая, передвижение по экспериментальной площадке быстрое или спокойное, но прямое и без остановок, время, затрачиваемое на каждый подход от 2 до 7 секунд, а время переделки от 5 до 26 секунд, и после переделки подходы при неподкреплении отсутствуют, то животному присваивается I тип ВНД.

Если животное во второй день эксперимента совершает три правильных подхода, при этом время подходов увеличивается с каждым последующим от 5 до 15 секунд, время переделки от 13 до 56 секунд, после переделки совершает 1 или 2 подхода к пустой миске, т.е. «неправильных подхода», далее только «правильные подходы», траектория движения четкая, прямая, но с остановками, то кошке диагностируется II тип ВНД.

Если домашняя кошка во второй день эксперимента двигается быстрым бегом с возможными остановками, совершает от 3 до 7 чередующихся «правильных» и «неправильных» подходов, затрачивая на них от 2 до 18 секунд, время переделки от 5 до 11 секунд, после переделки делает как правильные подходы, так и подходы при неподкреплении, то животному присваивается III тип ВНД.

Если у животного условный рефлекс за три дня выработать не удается, то животному присваивается IV тип ВНД.

Предлагаемое изобретение отличается тем, что выбран новый объект для исследования - домашняя кошка; позволяет определить тип ВНД кошки за три дня; повышает объективность заключений за счет использования видеорегистрации хода эксперимента; уменьшает стрессовые ситуации у животного, т.к. исследования ведутся в привычном для кошек помещении.

*«-» (минус) - время неправильных подходов, сек

*«-» (минус) - время неправильных подходов, сек

*«-» (минус) - время неправильных подходов, сек.

*«-» (минус) - время неправильных подходов, сек