Kognitive Flexibilität beschreibt die Fähigkeit, sein Handeln in einer sich ändernden Umgebung sinnvoll anzupassen. Zu dieser Fähigkeit gibt es zahlreiche Untersuchungen, da sie eine zentrale Rolle bei der Frage „wie lernt ein Individuum?“ spielt. Allerdings gibt es verschiedene Beobachtungen beim Lernen einer Aufgabe, für die es noch keine Erklärungen gibt. Der sogenannte „Geistesblitz“, der beim Lernen von verschiedenen Aufgaben beobachtet werden kann, ist bisher noch ungeklärt. Er beschreibt einen abrupten Lernanstieg beim Lernen einer Aufgabe. Ebenfalls ist bisher nicht geklärt, wie Tiere und Menschen es schaffen, den Überblick über eine Aufgabe zu behalten, wenn die Komplexität der Umwelt steigt. Viele Reize machen es schwer herauszufinden, welcher Reiz eine Rolle für das Lösen einer Aufgabe spielt. Zusätzlich scheint es so zu sein, dass das Erkennen einer zugrundeliegenden Struktur einer Aufgabe das Lösen einer neuen Aufgabe mit derselben Struktur vereinfacht. Auch dieser Aspekt ist bisher unzureichend untersucht. Das zentrale Ziel dieser Arbeit ist es zu erklären, wie es zu abrupten Lernanstiegen kommen kann und wie ein Tier, in dem Fall die Ratte, vom Erlernen einer zugrundeliegenden Struktur profitieren kann. Die Hypothese wurde aufgestellt, dass die Tiere auf Strategieebene lernen. Das bedeutet, dass Tiere mittels der Strategien Hinweisreize auf ihre Relevanz systematisch überprüfen. Dadurch findet eine Reduktion der Komplexität der Umwelt statt, um der Fülle an Reizen Herr zu werden. Diese Reduktion findet durch Verlagerung der selektiven Aufmerksamkeit auf einen bestimmten Reiz statt. Die Untersuchungen zeigen, dass die Tiere ihre Aufmerksamkeit immer nur auf einen Reiz verlagern und diesen auf Belohnungsrelevanz überprüfen. Die Experimente dazu finden mit einer neu entwickelten Aufgabe statt, die mehrere Dimensionen beinhaltet und daher recht komplex ist. In dieser Aufgabe kann durch Hebeldruck eine Belohnung erzielt werden, wenn der Druck zur aktuell festgelegten Regel passt. Das Antwortverhalten der Ratten wird auf verschiedene Strategiesequenzen untersucht. Um die Verlagerung der Aufmerksamkeit nachzuweisen, werden alle Aufgaben mittels Videotracking ausgewertet und die Bewegungsmuster der Ratten können somit analysiert werden. Es gibt dadurch zwei voneinander unabhängige Datenquellen, das Antwortverhalten, sowie die Bewegungsmuster, die zur Überprüfung der Hypothese herangezogen werden können. Die Aufgabe wurde zusätzlich durch äußere Einflüsse moduliert. Ein Teil der Tiere erhielt während der Aufzucht und den laufenden Experimenten eine Haltung mit Environmental Enrichment. Die Umwelt der Tiere wird durch verschiedene Materialen wie Unterschlüpfe, Spielsachen oder Nistmaterialien aufgewertet, um die Auswirkungen auf das flexible Verhalten zu untersuchen. Mit den gesammelten Daten konnte das Lernen auf Strategieebene nachgewiesen werden. Lernen mithilfe von Strategien erklärt beobachtete abrupte Lernanstiege und das Lernen einer zugrundeliegenden Struktur. Der Einsatz von Strategien kann mit zwei unabhängigen Datenquellen, der Analyse des Antwortverhaltens und der Bewegungsmuster, nachgewiesen werden. Außerdem ergab die Analyse der Bewegungsmuster, dass Aufmerksamkeit zur Reduktion der Komplexität einer Aufgabe dient und diese somit schneller gelöst werden kann. Bisherige Verhaltensmodelle können mit dieser Herangehensweise ergänzt werden. Die Modulation der Haltungsbedingungen ergab keine konsistenten Ergebnisse. Für eine Reproduktion von Ergebnissen, die die Haltungsbedingungen betreffen, ist eine Standardisierung des Environmental Enrichments in der Forschungsarbeit notwendig.
Cognitive flexibility is the ability of an individual to be sensitive to a changing environment and adapt accordingly. There are many studies concerning how exactly animals learn, yet some observations remain unexplained. One example of this is the way in which animals exhibit sudden insight while learning to complete a specific task, seen through abrupt increases in performance as they work toward a solution. An additional phenomenon is that when an environment complexifies, both humans and animals manage to maintain an overview of the task they are solving. In this case, an increase in stimuli makes it difficult for the subject to identify exactly which stimuli will be decisive in solving the problem. It also appears that in a problem-solving task, understanding the structure of a task simplifies solving a different task with the same structure. There are very few studies that deal with this aspect. This study seeks to explain, using rats as the test subjects, the abrupt increases during learning processes and the benefits that learning a task’s structure provides in problem-solving. The original hypothesis predicted that rats learn at a strategic level. This entails that rats deploy different strategies to systematically check cues for their relevance. Additionally, it was theorized that the rats were able to reduce the complexity of environmental stimuli by selectively shifting their attention to a certain stimulus. The experiment itself included a newly developed task which contained multiple dimensions, rendering it quite complex. In the task, the subject could receive a reward by pressing the correct lever of the currently set rule (e.g. the rat presses the lever under the light while the rule is go-to-the-light). The rules varied, sometimes containing visual or auditory stimuli and other times being detached from the stimuli. The behaviour of the rats was then tested for various strategy sequences. In order to prove the shift in attention, all tasks were evaluated using video tracking, through which the rats’ movements can be analysed. All data suggest that the subjects focus their attention on one stimulus while they check it’s relevance for reward. The effect of housing conditions on cognitive flexibility was also investigated. Some of the rats were kept in “enriched environments” during rearing and the experiments. This meant that their environment was enhanced by various materials such as shelters, toys, or nesting materials, in order to investigate the effect on flexible behaviour. The data collected provided an explanation for why rats exhibited abrupt increases in performance and that they learned underlying structures. With two different data sources, the analysis of the response behaviour and the movement patterns, it was proven that the rats were learning using strategies. The ability to focus their attention serves to reduce the complexity of a task, and the animal performance can be predicted with several strategy-associated measurements. Previous behaviour models can be supplemented with this approach. Modulation of housing conditions, however, caused inconsistency in the results. For this reason, this study strongly suggests that a standardization of housing conditions in research is necessary.
