Global and local shape perception in cattle: Evidence from a novel dishabituation paradigm

あなたは自宅の廊下を歩いているところだと想像してください。あなたは、どの床板が軋むか、壁にどの写真が掛かっているか、そしてドアの幅がどれくらいかを正確に知っています。もし突然、目の前に巨大で奇妙な像が現れて道を塞いでいたら、あなたは立ち止まったり、ためらったり、あるいは非常に慎重にそれを避けようとしたりするでしょう。その一瞬の停止は、あなたの脳が「待て、これは新しい。安全かどうか確認する必要がある」と言っている状態です。これはネオフォビア（新奇恐怖症）、つまり新しいものに対する恐怖と呼ばれる感覚であり、ほとんどすべての動物が持っている生存戦略です。それは、捕食者を見つけたり、怪我をすることなく新しい食べ物を見つけたりするのに役立ちます。しかし、ここからがトリッキーな部分です。動物が何か新しいものを見たとき、一体何がそれを「新しい」ように見せているのでしょうか？ その物体が巨大だからでしょうか？ それとも、三角形対円のように、全体的な輪郭のせいでしょうか？ あるいは、ギザギザの縁と滑らかな縁のような、細かなディテール（詳細）のせいでしょうか？ 科学者たちは、動物がどの手がかりを最も使っているのかを解明しようと長年研究してきましたが、通常、彼らは動物を教室の生徒のように訓練し、レバーを押したり箱を選んだりして報酬を得るように教えなければなりません。これには膨大な時間がかかり、動物が自発的に何に気づいているのかを示せていない可能性があります。

この論文は、牛を生徒に変えることなく、彼らの心の中を覗き見たいと考えた研究者グループについてのものです。彼らはこう考えました。もし牛が道を歩いていて新しい物体を見つけたとき、その物体が大きいから立ち止まるのか、形が奇妙だからなのか、それとも質感が奇妙だからなのか？ これを知るために、彼らは報酬やトレーニングのゲームを使う代わりに、長い通路を使ったシンプルな「スピードトラップ（速度検知）」を構築しました。彼らは、牛がその物体の横をどれくらいの速さで通り過ぎるかを計測しました。論理は単純です。もし牛が好奇心を持っているか、あるいは警戒しているなら、歩く速度は遅くなります。もし同じものを何度も見ることに飽きてしまったら、速度は上がります。しかし、もし物体が別のものに入れ替えられ、牛が再び速度を落としたとしたら、それは牛がその変化に気づいたことを意味します。それは、あなたが大好きなお気に入りの木を通り過ぎているとき、ある日その木が青く塗られていたら、なぜだか分からなくても立ち止まって見入ってしまうようなものです。研究者たちは、この「立ち止まって見つめる（stop-and-stare）」方法を用いて、どのような特徴を持つ物体が牛に「おっと、これは違うぞ！」と思わせるのかを調べました。

研究者たちは、牛用のパネルで作られた、長さ約8.7メートルの細長い通路を設置しました。被験者は、ペットとして飼われている小さくてフレンドリーなミニチュア・ゼブ牛10頭の群れです。まず、研究者たちは牛にたった一つのことだけを教えました。それは、「通路を歩けば、最後に美味しいアルファルファのキューブがもらえる」ということです。彼らは牛に形や大きさを観察するように教えたのではなく、ただ通路を歩くことに慣れてもらうことを目的としました。牛が通路の歩行に慣れたところで、本当のテストが始まりました。

最初の実験では、研究者たちは、牛が新しいものに対して全般的に慎重になるのかどうかをテストしました。通路の中央に、人間または一般的な物体（ゴミ箱やカラーコーンなど）を配置しました。これらの中には、牛が毎日目にしているものもあれば、全く新しいものもありました。牛は、慣れ親しんだものと比較して、新しいものに近づくときの方が明らかに速度が落ちました。また、彼らは人間に接する時よりも、物体を通り過ぎる時の方が歩く速度が遅くなりました。これにより、牛は新しいものに対して警戒心を抱いており、その警戒心が歩行速度の低下として現れることが確認されました。

次に、研究者たちは、物体の「何が」牛を立ち止まらせるのかを正確に知りたがりました。彼らは「馴化（じゅんか）・脱馴化（だつじゅんか）」と呼ばれる巧妙な手法を用いました。あなたが同じ曲を繰り返し聴いている場面を想像してください。最初はすべてのビートに気づきます。しかし、10回聴くうちに、あなたはそれに慣れてしまい、歩く速度が上がります。しかし、もし曲が突然別のジャンルに変わったら、あなたはハッと聞き入るでしょう。研究者たちは、これを段ボール製の形の切り抜きを使って行いました。彼らは同じ形の物体を3回連続で見せました。案の定、牛はそれに慣れ、回を重ねるごとに歩く速度が上がりました。しかし、4回目の試行で、彼らは物体を新しいものに入れ替えました。

第2の実験では、サイズが重要かどうかをテストしました。形は同じに保ち、物体を「大きいもの」（91.4 x 30.5 cm）から「小さいもの」（45.7 x 15.2 cm）へと変更しました。牛は速度を落としませんでした。サイズの変更は、彼らの注意を引くようには見えませんでした。しかし、サイズは同じままにして形を変えた場合（例えば、正方形を円に入れ替えるなど）、牛は即座に速度を落としました。このことは、これらの牛にとって、物体の大きさよりも全体の形状の方が、はるかに大きな関心の対象であることを示唆しています。

第3の実験では、さらに具体的に踏み込みました。彼らは、牛が「大きな全体像（グローバル・スケルトン）」に注目しているのか、それとも「エッジの細かなディテール（ローカル・コンツアー）」に注目しているのかを知りたいと考えました。彼らは、全体的な輪郭は同じだが、エッジの質感が異なる（波状の縁と、ギザギザの鋸歯状の縁）形状を使用しました。波状の形状をギザギザの形状に入れ替えたとき（大きな形は維持したまま）、牛は速度を落としました。また、全体の形を変えつつ、エッジの質感は同じに保った場合も、牛は速度を落としました。実際、牛は両方の変化を等しく重要なものとして扱っているようでした。大きな形を変えても、あるいは細かなディテールを変えても、牛はそれを察知したのです。

では、彼らは何を見出したのでしょうか？ この研究は、牛が非常に柔軟な観察者であることを示唆しています。彼らは単に一つのことを見るのではなく、物体の全体的な形状と、エッジの細かなディテールの両方に注意を払っています。そのどちらかが変化すれば、牛は「おや、これは新しいぞ」と考え、調査するために速度を落とすのです。興味深いことに、今回の特定のセットアップにおいては、サイズ自体はあまり重要ではないようです。形も変わらない限り、物体が大きくても小さくても、牛はあまり気にする様子はありませんでした。

研究者たちはまた、彼らの手法が従来の方法よりも大幅に改善されていることも指摘しました。牛に食べ物をもらうためにボタンを押すよう何ヶ月も訓練する代わりに、彼らはただ自然に歩く姿を観察しました。この「歩いて見てみる（walk-and-see）」手法は、迅速かつ簡単で、動物にストレスを与えません。これは、動物がどのように世界を移動しているかを観察するだけで、彼らが何に気づいているかについて多くのことを学べることを示しています。この研究は小さなペットの牛の群れを対象としたものですが、その結果は、牛が全体的な形状と微細な情報の両方を組み合わせて周囲の状況を把握しており、私たちが考えているよりもずっと賢く、観察眼に優れている可能性を示唆しています。