Cognitive development and problem-solving in Black-billed magpies

Abstract

[Study 1] In the wild food is not always readily available. Some animals cope with this problem by storing food or caching. Caching requires a variety of cognitive abilities based on object permanence and causal reasoning. These two skills develop are known to develop before independency. I investigated the developmental timing of permanence and reasoning using 10 young magpies to the piaget framework and initial tube from 3 to 20 weeks of age. In result, permanence developed about 7 weeks, reasoning developed about 9 weeks. The results showed that magpies acquired fundamental cognitive skills for caching behavior within the period of reaching independency, for about 10 weeks. Magpies developed permanence, reasoning, and visible pursuit skills (piaget stage 2-5), but there was individual difference in invisible pursuit skills (piaget stage 6) such as reverse pursuit. In addition, subjects that hatched earlier in the breeding season showed relatively slow and long development than subjects that hatched late. But earlier hatched subjects developed well and had higher performance levels than late hatched subjects. A developmental compensation by late hatching individuals is suggested. [Study 2] In many animal species, problem-solving skills are indispensable to their survival in varying environments. Problem solving requires several cognitive processes. For instance, the animal needs to understand the physical nature of the problem and to develop subsequent solutions causal reasoning is required. Recently, several studies demonstrated problem-solving capabilities in Corvids using ‘trap-tube’ tasks. Trap-tubes were designed that required subjects to understand the inherent physical rules to get the food reward. In this study, I investigated the learning performance of 10 young magpies in 2 types of ‘trap-tube’ tasks that were differed in form. Eight of 9 magpies succeeded a trap-tube task that involved pulling out the reward from a hole. Only 3 of 9 magpies succeeded the task that involved vertical falling of objects. Individual varied in the degree of physical understanding. Compared with adult rooks, magpies needed more trial-and-error learning, but there was no significant difference in tool-using skills. I discuss higher learning performance of magpies in relation to their brain structure and social behavior.;[Study 1] 자원(food)이 개체(organism)에게 항상 풍부하게 공급되지 않는다는 점 때문에 그것에 대한 완충방법으로 몇 종은 음식을 숨기는 습성을 특화 하였다. 은닉 습성에는 다양하고 복잡한 인지적 능력이 필요한데, 전반적인 인지 능력의 기본이 되는 능력(skill)이 영속성(permanence)과 추론 능력(reasoning)이다. 그 두 가지 능력은 독립하기 전에 생존을 위해 필수적으로 발달되어야 한다. 따라서 두 능력의 발달 시기를 알아보기 위해 10마리의 까치를 이용하여 3~20주간 피아제 발달 모델(framework)과 튜브(initial tube) 실험을 통해 검증하였다. 그 결과 영속성(permanence)은 약 7주 정도에 발달되었고, 추론 능력(reasoning)은 약 9주 정도에 발달됨을 알 수 있었다. 이 결과는 독립하는 기간 -약 10주- 안에 은닉 습성을 위한 기본적인 인지 능력을 발달시킨다는 주장에 대한 증거가 된다. 까치들은 독립 전까지 영속성과 기본적인 추리 능력(피아제 모델의 2-5단계)은 발달되었으나, 역추적 등 좀 더 복잡한 추리 능력(피아제 모델의 6단계)의 발달에는 개체 차이를 나타냈다. 한편 번식 시기(breeding season)에 빠르게 번식된 개체들은 상대적으로 느리게 번식된 개체들보다 더디고 긴 발달 속도를 나타냈다. 하지만 능력(skill)의 완성도는 빠르고 짧게 발달된 개체들에 느리고 길게 발달된 개체들이 더 높았다. 이 것은 정해진 번식 기간 안에 발달을 완료해야 하는 압력에 의해 번식이 늦어진 개체들이 뇌의 발달속도를 높이게 된 진화적인 결과로 보여진다. [Study 2] 많은 동물 종에게 문제 해결 능력은 그들 주변을 둘러싸고 있는 다양한 환경 속에서 생존하기 위한 필수적인 능력이다. 문제를 해결하기 위해서는 몇 가지 인지적인 과정이 요구된다. 예를 들어, 개체(subject)는 그 문제가 지닌 특성을 이해하고, 그것에 따른 해결법을 발달시켜야만 한다. 또한 순차적인 인과관계를 추론하여 그것대로 수행해내야 한다. 최근에 몇 몇 연구에서는 까마귀종(corvids)이 ‘트랩-튜브(trap-tube)’ 실험을 통해 성공적으로 문제를 해결할 수 있다는 가능성을 입증하였다. 트랩-튜브는 개체가 보상 음식을 획득하기 위해 물리적인 원리를 이해하여 수행할 수 있도록 디자인되었다. 이번 연구에서는, 형태적으로 차이가 있는 두 가지 형태의 트랩-튜브를 통해 10마리의 어린 까치들의 학습 과정을 연구하였다. 그 결과 9마리 중 8마리가 트랩-튜브 실험을 해내었으며, 형태적인 차이를 이해하는 데에는 개체마다 차이가 있었다. 이들은 성체 떼까마귀(rooks)와 비교할 때 시행착오는 더 많이 필요했지만 도구를 사용하는 능력(skill)에는 차이가 없다는 것을 증명했다. 까치의 뛰어난 수행 능력은 그들의 뇌 특성 및 사회성을 이루는 행동과 관련이 있는 것으로 보인다.