Visual and Auditory Vigilance in the Bottlenosed Dolphin

Abstract

Two bottlenosed dolphins were trained vigilance tasks that required them to monitor rapidly occurring series of arbitrary stimuli for the presence of up to five "critical" targets embedded within the series. For one dolphin, the stimuli were arbitrary black/white images that required visual attention. For the second dolphin, the stimuli were arbitrary sounds that required auditory attention. In each case, critical stimuli were embedded within a large set of non-critical stimuli. Each visual stimulus was projected for 1.25-sec on a video screen viewed by the dolphin through an underwater window. Each sound stimulus was projected through an underwater speaker for 1.0 sec. Inter- stimulus intervals were 0.75 sec (visual) and 1.25 sec (auditory). Each dolphin pressed a paddle to report the detection of a critical stimulus. A test session consisted of 10 trials with up to 60 successive stimuli per trial. The dolphins reported on average 99.45% (visual) and 92.52% (auditory) of the critical stimuli. False alarm rate averaged only 0.55% (visual) and 7.84% (auditory). No significant decrement of performance was detected over the duration of a trial or across consecutive trials. Reaction time increased significantly from 0.69 s to 0.79 s in the visual tests as the number of critical stimuli increased from 1 to 5, but there was no similar finding in the auditory tests. In both visual and auditory tasks, performance accuracy remained at equivalently high levels despite changes in the probability of a critical stimulus from 10%, 20%, 30%, 40% or 50%. The results revealed a well- developed ability of the dolphin to sustain attention for rapidly appearing visual and auditory materials, and suggested that those vigilance decrements typically experienced by humans in sustained attention tasks (Davies & Parasuraman 1982), may be experienced by the dolphin with more substantial manipulations than were conducted here.

Ziel der hier beschriebenen Studie war es, exemplarisch zu klären, ob und inwieweit ein Delfin in der Lage ist, seine Aufmerksamkeit sowohl im visuellen als auch im auditorischen Bereich über einen längeren Zeitraum aufrecht zu halten. Die Untersuchung wurde am Dolphin Institute (Honolulu, USA) durchgeführt, wo die beiden bekannten Tümmler (Tursiops truncatus), Elele und Hiapo experimentell gestestet wurden. Als Versuchsanordung diente ein audiovisuelles Testdesign, das den Tieren definierte Aufgaben stellte und zugleich registrierte, welche Aufgabenlösungen sie wie schnell oder ausdauernd anboten. Ein Delfin (Elele) absolvierte die visuellen Experimente und der andere (Hiapo) die auditorischen Experimente. Wie die Datenauswertungen zeigten, waren beide Individuen in der Lage, den notwendigen Verfahrensablauf zu meistern und das gelernte prozedurale Wissen auf die sich ändernden Versuchsparameter anzuwenden; und zwar ohne meßbare Umstellungszeit. Im einzelnen ergaben sich folgende Resultate: Experiment 1: Beide Versuchstiere überwachten erfolgreich bis zu 30 kritische Stimuli, die ihnen eingestreut in eine Sequenz von bis zu 60 Teststimuli pro Versuch geboten wurden. Eine etwaige Verminderung der Aufmerksamkeit konnte dabei nicht beobachtet werden. Ferner hatte auch keine jener Parameter, die in den visuellen und auditorischen Tests geändert wurden (Reizdauer, Pausenzeit und Anzahl der präsentierten Reize) einen signifikanten Einfluß auf das Leistungsverhalten der Delfine. Experiment 2: Die Tiere zeigten, ähnlich wie Menschen, geringere durchschnittliche Reaktionszeiten, wenn die Wahrscheinlichkeit, daß ein kritischer Reiz eintreten würde, experimentell gesteigert wurde. Allerdings konnten solche Änderungen in den Reaktionszeiten, bzw. im Leistungsverhalten der Delfine nur dann festgestellt werden, wenn die experimentell erhöhte Stimulus-Wahrscheinlichkeit für eine ganze Versuchssitzung galt; innerhalb desselben Tests waren jedoch keine Änderungen in den Reaktionszeiten als auch im Leistungsverhalten meßbar. Experiment 3: Wenn mehrere verschiedene kritische Reize gleichzeitig präsentiert wurden, war keine Änderung im Leistungsverhalten erkennbar. Es waren jedoch Einflüsse auf die Reaktionszeit zu bemerken: mit zunehmender Anzahl der gleichzeitig präsentierten kritischen Sitmuli wuchs auch die durchschnittliche Reaktionszeit an. Zusammenfassend läßt sich sagen, dass diese Befunde ein erster Schritt bei der Klärung der Frage sind, wie ein Delfin visuell oder auditorisch eingehende Information verarbeitet. Daraus könnten Rückschlüsse auf die zugrunde liegenden Mechanismen und Filter abgeleitet werden. Die Zunahme der Reaktionszeit im visuellen Teil des Experiments 3, die beim Übergang von zwei zu drei kritischen Reizen auftrat, könnte beispielsweise darauf hinweisen, dass die eingehenden Reize entweder seriell mit den gelernten Reizen verglichen wurden und eine Erhöhung der Anzahl der Reize in der Liste einen plötzlichen Anstieg der Reaktionszeit hervorrief. Eine andere Erklärungsmöglichkeit könnte sein, dass die Verarbeitungsansprüche während des Vergleichens von drei Reizen eine Umstellung des zugrundeliegenden Mechanismus von paraleller Verarbeitung zu sequenzieller Verarbeitung forderten. Eine Entscheidung zwischen diesen Erklärungen kann - aufgrund der gegenwärtig noch begrenzten Erkenntnislage - allerdings noch nicht getroffen werden. Dazu bedarf es einer weiteren Erforschung der hier untersuchten Thematik. Die hier bearbeiteten Ansätze haben aber bereits dokumentiert, dass sich eine solche Forschung lohnen würde; und zwar nicht nur zu einer vertiefteren Aufklärung des Vigilanzverhalten von Delfinen.