Исследование поведения свиней

15.04.2015

Изучать поведение свиней необходимо потому, что ответная реакция поголовья на внешние раздражители при оценке условий содержания служит решающим критерием комфортности среды. Наблюдая за поведением животных, исследователь должен хорошо помнить, что поведенческая реакция — это один из эффективных адаптационных механизмов. При длительном пребывании особей в изменившихся условиях характер поведения стабилизируется, а при новом изменении условий содержания этологический комплекс сразу откликается на преобразование среды.
Этологические наблюдения позволяют решать актуальные для промышленного свиноводства задачи: определять адаптационные особенности организма и объяснять ряд жизненных проявлений животных; изучать реакции поголовья в различных условиях содержания, с биологической точки зрения оценивать эффективность тех или иных систем; проводить целенаправленный отбор и подбор племенных животных по показателям наследования определенных жизненных проявлений (желательных в промышленном свиноводстве) с оценкой качества потомков по ряду этологических реакций; определять взаимосвязь поведения свиней с типами ВНД и рядом функциональных систем организма и прогнозировать адаптационные и продуктивные качества животных.
Наследственность поведенческих реакций у свиней можно изучить, начиная с породного линейного подбора животных с заказным спариванием. Выращивание потомков и определение этологических характеристик у них и родителей проверяют в аналогичных условиях содержания, кормления и ухода.
Основной способ изучения поведения животных—непосредственное наблюдение. Объективное представление о динамике характерных поведенческих актов организма дают визуальные наблюдения за животными в течение 2—3 суток подряд. Характеристику поведенческих реакций проводят как в абсолютных величинах (время, затраченное в течение суток на определенные формы движения, отдых, количество драк и т. д.), так и в процентах времени суток. Кроме целостных поведенческих актов, учитывают и физиологические отправления организма (состояние нервной системы, морфобиохимическая картина крови, активность желез внутренней и внешней секреций, активность ряда ферментов и т. д.). Для комплексного изучения поведения свиней следует сопоставлять особенности работы механизма функциональных систем, организующих жизненные проявления, и непосредственных поведенческих актов.
Этологические исследования позволяют получить отображение жизненных проявлений у свиней от рождения до сдачи на мясокомбинат, при содержании поголовья в разных сообществах и при различных микроклиматических, технологических и других условиях жизни. Наблюдения за животными в течение суток дают полные сведения о ритмичности проявления поведенческих реакций. Особенно важны такие наблюдения в периоды, вынужденных или, точнее сказать, технологических переформирований подсвинков в новые группы. Объединение в сообщества, желательные для человека, начинаются уже в первые дни жизни поросят, когда их подсаживают к новым свиноматкам из-за неспособности матерей прокормить свое гнездо. После подсосного периода из подсвинков по воле человека создают новые группы. Как же ведут себя животные в новых сообществах? Насколько быстро привыкают они друг к другу, как скоро устанавливается ранговая структура и т. д.? Ответы на эти вопросы можно получить только в ходе непосредственного наблюдения за животными.
На основе простых наблюдений можно установить временные и пространственные отношения между определенными проявлениями животных. Наиболее простой и распространенный метод регистрации результатов наблюдений — составление протоколов, или этограмм. Протокол начинают с указания времени (год, месяц, число и час), места и характеристики поголовья, за которым будут проводиться наблюдения (порода, возраст, пол, живая масса). Указывают условия, в которых находятся животные: площадь логова, соотношение сплошного и решетчатого покрытия пола, количество животных в группе, обеспеченность фронтом кормления, вид перегородок между логовами и т. д., а также состояние микроклимата помещений, его температурно-влажностный и газовый режим, освещенность. Эти показатели в значительной степени определяют поведение свиней.
Экспериментатор пользуется определенной системой сокращений для характеристики отдельных актов поведения. В ней может быть минимальное количество показателей, имеющих следующие обозначения: О — отдых; Л — лежание (Лп, Лл, Лж соответственно на правом боку, левом, на животе); Ст — стояние; Сд — сидение; Д — движение; Да — различная двигательная активность (игры, драки, стояние, движение); Др — драки; И — игры; П — питье воды; E — прием корма; С — сосание матери.
Если наблюдают за несколькими животными, находящимися в группе других особей, то их метят обычными чернилами, синькой или фуксином, наносимыми на туловище. Регистрируя время, затраченное на поведенческие акты, знают, сколько поросенок в течение суток двигался, лежал, стоял, принимал пищу и т. д. Сумма времени на различные поведенческие акты за сутки должна равняться 1440 мин.

Для повышения производительности труда экспериментатора можно использовать в качестве единицы измерения пятиминутный интервал. В течение определенного времени суток (необязательно полных, но с условием наблюдения за животными в период кормления) каждые 5 мин регистрируют деятельность свиней. Пользуясь сокращенной записью поведенческих актов, информацию заносят в протокол (табл. 49), затем обрабатывают и переносят в итоговую таблицу. Изучение функциональной деятельности животных каждые 5 мин позволяет одновременно наблюдать за 40—50 подсвинками. Ho точность такого способа имеет ошибку в пределах 3—5%. Сравнительную оценку поведения животных можно проводить, наблюдая только за состоянием покоя и движения, обозначая их символами (+) и (—) в течение пятиминутных интервалов. Исследования ведут как полные сутки, так и в течение нескольких часов, наиболее желательных для оценки функционального состояния подсвинков. За состояние покоя принимается бездеятельное положение — стоя, лежа и сидя, за двигательную активность — всякое движение, игры, драки, поиск и прием корма (если нет отдельных наблюдений за пищевым поведением). Устанавливая количество плюсов и минусов за период наблюдения, можно не только найти время, затраченное на движение и отдых, но и рассчитать коэффициенты функционального состояния животных.
Выводы по результатам этологических исследований будут более достоверными, если под наблюдением находится большое количество животных и выполняют их в нескольких повторностях.
При изучении популяционных отношений основное внимание обращают на реакции возбуждения, которые связаны с механизмами биологической адаптации подсвинков друг к другу и к условиям среды. Агрессивность свиней оценивают на основании учета драк, угроз, нападений, отталкиваний и вытеснений в течение суток. Фиксируют направленность агрессивного поведения (на кого, на что), желая выяснить причину возникновения возбуждения. Лидеров в группе и установление рангового порядка определяют на основании числа побед и поражений во время драк и при распределении наиболее желательных мест отдыха и кормления. Ранговую субординацию устанавливают по индексу доминирования, определяемому как отношение числа побед в определенных ситуациях к общему числу агрессивных проявлений.
После вычисления времени на отдельные поведенческие акты можно интегрировать количественную оценку поведения в индексах функциональной активности. Формула расчета индекса функциональной активности (К) следующая:

Так как величина T всегда больше или равна величине ΔТ, являющейся ее составной частью, К не может быть больше 1.
Наиболее реально характеризует влияние отдельных факторов среды, состояние здоровья животных, реакцию поголовья на введение в группу новых особей индекс двигательной активности. Нарушение комфортных условий в группе всегда приводит к усилению движения, и в большей степени это бывает выражено у молодых особей.
Наблюдения позволяют установить сложившиеся формы поведенческих актов. Однако твердой классификации форм поведения сельскохозяйственных животных нет. Для свиней характерны следующие формы поведения: пищевая, оборонительная, групповая, половая, материнская, комфортная. Ho при промышленном ведении отрасли возникает необходимость в классификации поведения с учетом породных различий, продуктивности, условий содержания. В силу этого в основу оценки типа поведения следует положить не специально выработанные условно-рефлекторные реакции животных, а врожденные безусловные реакции и приобретенные, которые проявляются в конкурентной технологической обстановке существования поголовья, с учетом типологических свойств высшей нервной деятельности.
На различные внешние и внутренние раздражители организм отвечает определенной степенью возбуждения, которое представляет собой количественное выражение функционального уровня нервной системы. Так как активность животного отражает функциональное состояние ВНД — возбудимость, то в широком смысле «активность» особей характеризует не только внешне проявляемые двигательные акты, но и общее функциональное состояние организма, его клинико-физиологический и морфобиохимический статус и продуктивность. В связи о этим выделяют три основных вида активности, которые во многом определяют тип поведения: первый определяет характер и интенсивность движений животного (ходьба, агрессивные нападения, драки); второй — его пищевые реакции (время на поиск и прием корма, количество съеденной пищи, поведенческие особенности в период дефекации); третий — интенсивность его роста и развития, продуктивность. Если для отдельного животного по этим трем видам активности определить средний показатель, то можно будет охарактеризовать тип поведения в конкретных условиях кормления и содержания. По основным свойствам поведения в таком случае животных подразделяют на активных, умеренных и пассивных.
Так как состояние ВНД животного находит отражение в его поведении и продуктивности, весьма перспективным представляется определение типов нервной деятельности. Однако классическая методика по выработке двигательных кормодобывательных рефлексов очень трудоемкая и требует от 5 до 8 дней на одно животное. Ученые Полтавского НИИС предложили более совершенный способ, в основу которого положено учение И. П. Павлова о свойствах нервных процессов: сила, уравновешенность (возбуждение и торможение) и подвижность. Тип ВИД животного определяют по реакции сердечно-сосудистой системы на искусственное воздействие на центральную нервную систему (ЦНС) импульсом электрического тока, звукового и светового раздражителей.
Количественная оценка силы нервной системы представлена порогом раздражения, изменением частоты пульса при возбудительном и тормозном нервных процессах. Количественную оценку уравновешенности нервных процессов дают по соотношению изменений пульса при возбудительном и тормозном нервных процессах. Для определения подвижности нервной системы используют разницу во времени ответной реакции животного на токовый раздражитель в состоянии относительного покоя и после воздействия отвлекающих раздражителей (звукового, светового). Затем по сравнительной таблице устанавливают тип высшей нервной деятельности животного.
Препятствием для отбора животных по типам нервной системы в настоящее время является разработка конкретных тестов относительно каждого свойства, а также извлечение из них количественных параметров. Трудности непосредственного измерения этих показателей заставляют искать пути их косвенного определения. Одним из таких путей является наблюдение за сердечно-сосудистой системой, работа которой теснейшим образом связана с деятельностью центров коры головного мозга. Определяя изменения ритма сердечных сокращений при действии раздражителей, можно установить, какой процесс преобладает — тормозной или возбудительный. Например, датчик, закрепленный на теле животного между пятым-шестым ребром, измеряет частоту ритма сердечных сокращений (пульс) в состоянии покоя, затем на электроды раздражения, закрепленные в области плечелопаточного сочленения, подают импульсы электрического тока пороговой величины, измеряя при этом порог раздражения и время рефлекса. Фиксируя изменение пульса при воздействии удвоенного токового раздражителя, звукового и светового раздражителей в течение 3 мин относительно его величины в покое, узнают степень возбуждения организма. По характеру изменения пульса после воздействия отвлекающих раздражителей в течение 5 мин определяют степень торможения возникшего возбуждения.
Количественную оценку одного из свойств типа нервной системы — силы нервных процессов (раздражительного и тормозного) — определяют по формуле

Процессы возбуждения и торможения у животных оказываются неуравновешенными, различными по силе, несбалансированности. Если нет соответствия и правильного баланса между этими двумя процессами, то животное перенапрягается, что приводит к нервным расстройствам и даже к гибели. Поэтому, согласно предлагаемому способу, уравновешенность как одно из важных свойств типа нервной системы определяется соотношением процессов возбуждения и торможения:

Важным свойством, присущим нервным клеткам, является их подвижность — способность нервной системы быстрее или медленнее переключаться в своей деятельности с возбудительного процесса на тормозной, и наоборот. Для определения подвижности этих процессов используют разницу во время ответной реакции животного на действие меняющихся раздражителей в состоянии относительного покоя и после их воздействия. Этот показатель определяют по формуле

где П — подвижность нервных процессов;
К2 — коэффициент пропорциональности;
to — время ответной реакции в состоянии покоя;
tр — время ответной реакции после действия раздражителей.
Принимая коэффициенты К, K1 и К2 постоянными в пределах данной породы или семейств животных, можно провести сравнительный анализ этих показателей с заранее известным типом ВИД и составить таблицу соответствия границ этих параметров типу нервной системы.
Анализируя количественные данные этих показателей, измеряемых с помощью прибора, разделяют испытуемых животных на две группы — уравновешенных (спокойных) и неуравновешенных (беспокойных), набрав необходимый статистический материал по некоторым специальным группам, отобранным сначала, например, по пищедобывательной методике. Независимо от физиологического состояния организма особенности проявления показателей нервной системы различны, но характерны для определенного типа нервной системы, т. е. для каждой группы животных, имеющих соответствующий тип ВНД. Установленная связь типов ВНД с продуктивностью поголовья позволяет объективно выделить в стаде животных желательного типа нервной системы и размножать их в условиях промышленной технологии производства свинины.
Однако такой способ разделения животных по типам ВИД имеет ряд недостатков. Речь идет об относительно узком решении вопроса о количественной оценке деятельности ЦНС, так как при этом исследуется и оценивается только одно из свойств высшей нервной деятельности — сила нервной системы. Другими словами, методу и устройству свойственны ограниченные функциональные возможности и соответствующие потери в достоверности определения необходимого типа ВНД.
Невозможность автоматически принять решение о принадлежности испытуемого животного к той или иной группе (классу) с соответствующим типом ЦНС приводит к необходимости использовать сравнительные таблицы, получаемые после предварительного измерения и фиксации исходных косвенных данных о реакции организма на внешние раздражения, организованные по соответствующей программе, и последующего вычисления вторичных параметров (вручную или с помощью вычислительных блоков на микропроцессорах) по полученным формульным зависимостям, которые сравнивают затем с их интервальными значениями для выявления типа ЦНС, определенными на контрольных группах животных с верифицированными (тем или иным способом) типами ВНД.
Рассматриваемый путь оценки ЦНС удлиняет и усложняет процесс желаемого отбора животных и фактически недостаточно полно решает задачу в целом, представляя оператору лишь соответствующие расчетные данные, имея которые, он по таблице определяет тип ВНД,
Устройству, которое будет реализовывать подобный подход в измерении и расчете исходных и вторичных показателей для оценки типа ВНД, также будут свойственны некоторые недостатки: отсутствие универсализации в структуре и повышение его сложности при необходимости расширения числа анализируемых параметров, характеризующих ЦНС, что прежде всего коснется блока вычисления вторичных (выходных) показателей, которые оператор использует для окончательной оценки типа ВНД ручным способом.
Для устранения многих указанных недостатков существующих методов и устройств практической оценки типов ЦНС испытуемых животных, расширения функциональных возможностей и обеспечения автоматического принятия решения о принадлежности исследуемой нервной системы к определенным классам ЦНС, а также для повышения степени достоверности в ее оценке предлагается принципиально иной подход к обработке многомерной информации о состояниях животных, основанный на принципах теории распознавания образцов.
Это достигается тем, что о типах ЦНС животных судят интегрально по соответствующему числу косвенных информативных параметров, отражающих реакцию жизненно важных физиологических систем организма (в частности, сердечно-сосудистой) при искусственном воздействии внешних раздражителей, организованных по определенной временной программе, с применением кибернетических методов и средств обработки многомерной информации на основе принципа «отображения» исходных многомерных данных в «видимое» двухмерное пространство, в качестве которого может служить экран любого серийного телевизионного приемника.
Суть интегрального способа обработки таких многомерных данных состоит в том, что надо обозначить исходную совокупность информативных косвенных признаков, характеризующих ЦНС, в виде некоторого вектора:

х = (х1, x2, xi, ..., xn),

Тогда каждому исследуемому объекту в пространстве его N-мерного описания будет соответствовать точка (или вектор) M1 (1 = 1, 2, ... до оо), положение которой определится конкретными значениями ее исходных информативных координат x1 (i = 1, 2, ..., n). Графически метод классификации типов ВНД представлен на рисунке 9.

Очевидно, что при всей совокупности возможных значений признаков, соответствующих, например, определенному типу ВНД животных, в N-мерном пространстве описания будет соответствовать некоторый гиперобъем данных, например А. Другой совокупности данных этих же параметров х1, х2, ..., xn, определяющих следующий отличаемый тип ЦНС, будет соответствовать и другой гиперобъем данных — В, которые должны быть разделимы в N-мерном пространстве (на основании гипотезы о компактности и разделимости). Иначе решить задачу классификации (распознавания) невозможно. Такие гиперобъемы данных, сформированные для представительных групп животных с известными типами ЦНС, определенные другими известными методами, будут представлять собой выборки (или архивы) обучающих данных, которые в дальнейшем можно использовать для обучения специализированного блока принятия решений, осуществляющего автоматический отбор (классификацию) животных по необходимым типам ЦНС после съема и представления ему вектора данных х- обследуемого животного.
Для осуществления отображения многомерных данных в «видимое» двухмерное пространство вводят новое пространство F = F1*F2, представляющее собой декартово произведение координат F1 и F2, которые функционально связаны с вектором исходных информативных данных х, т. е.

Тогда при определенных и постоянных значениях ai, b1 для каждого набора значений информативных параметров x1, x2, ..., n в плотности F многомерной исходный вектор х будет представлен точкой с координатами F1A* , F2A* или F1B*, F2B* и т. д., а всей совокупности объектов гиперобъемов A и B получим в отображающем пространстве плоские отображения А* и В*, для которых при достаточно представительном числе объектов M1 (1 = 1, 2, ..., до оо) для каждого класса можно очертить и нанести границы классов А* и В* (в самом простом случае) на прозрачном трафарете, сформировав таким образом «маску» классифицируемых состояний (образов) — типов ЦНС в нормированных границах отображающего пространства (К1, K2).
Сформированный по обучающим выборкам трафарет с границами отображенных классов (типов ВНД) используют затем в специализированном устройстве, осуществляющем отображение многомерных данных на экран электронно-лучевой трубки, для автоматической классификации неизвестных объектов (животных) после измерения и ввода информативных данных с испытуемого животного в блок принятия решений путем оценки попадания отображающей точки данного объекта в границы того или иного класса (типа ВНД).
В общем случае при отображении многомерных объектов обучающих выборок при неоптимально выбранных значениях коэффициентов аi, bi в функциях отображения F1 и F2; в пространстве отображения возможно «наложение» (пересечение) отображений классов А*, В* (и т. д.), для чего необходимо провести расчет оптимальных данных а1, bi на основе достоверных обучающих данных архивов, принадлежащих априори известным группам животных с определенным типом ВНД. Для вычисления необходимых аi, bi вводится критерий минимума (или нуля) пересечений отображений различаемых образов (типов ВНД), который можно представить в виде некоторого функционала R, описывающего зону наложения «плоских отображений» классов в пространстве F (рис. 10).

Способы описания функционала R различные. С геометрической точки зрения способ описания R, который будет одинаковым для любых задач, выглядит так:
1. Один из отображенных классов (например, А*) сплошь покрывается кругами достаточно малого радиуса р с центрами в точках отображения многомерных исходных объектов класса А. Выполнив предварительное их отображение и выбрав необходимое значение р, определяют функционал R.
2. Функционал R записывают в виде формулы

3. Итерационно (в машинной программе) изменяют ai, bi на некоторый шаг от начальных значений а10, b10 и каждый раз при новых коэффициентах исходные векторы Данных обучающей выборки x1 (1 = 1, 2, ... и ...) отображают в пространстве F, определяя при этом величину зоны наложения R.
4. Достигнув R = min (нулю) при каких-то значениях аi, bi, расчет на ЭВМ заканчивают, а найденные значения ai, bj используют для обучения специального блока принятия решения, формируя на обучающей выборке разделяющие границы для исследуемых типов ВНД. Степень обученности такого устройства оценивают на объектах контрольной выборки, которые не входили в обучающий архив, а затем уже осуществляют автоматическую классификацию обследуемых животных на основе снимаемых с них информативных данных, характеризующих ВНД.
В качестве информативных косвенных параметров функциональных подсистем животного используют следующие:
- характеристику силы нервной системы, определяемую пороговым уровнем раздражительности Qn, характеризующимся амплитудой и длительностью токового импульса, т. е. общим количеством электричества, при котором у животного возникает ответная реакция (вздрагивание); временем рефлекса (появление ответной реакции) — τoр; временем торможения возникшего возбуждения — τт; частотой ритма (пульса) сердечных сокращений — fп;
- уравновешенность нервной системы, характеризующуюся соотношением изменений (или просто отклонениями) частоты пульса fп животного при возбудительном и тормозном нервных процессах после первичного раздражения токовым импульсом, т. е. Δfпв и Δfпτ.
Их определяют по формулам

Подвижность нервной системы, которую рекомендуется определять с помощью такого косвенного показателя, как разница во времени ответной реакции животного на токовый раздражитель в состоянии покоя и после воздействия каких-либо отвлекающих раздражителей (светового, звукового и т. д.), т. е.

Очевидно, что совокупность отвлекающих информативных параметров необходимо сначала измерить с помощью соответствующих электронных схем (блоков), а затем уже провести кибернетическую обработку исходных данных для осуществления автоматической классификации исследуемых животных с помощью обученного на обучающем архиве блока принятия решения, который представляет собой специализированный телевизионный дисплей.
Структурная схема прибора, осуществляющего автоматизированный отбор высокопродуктивных животных по типам ВНД в соответствии с представленными способами съема и специализированной интегральной обработки исходных многомерных данных испытуемых животных, изображена на рисунке 11. Принцип действия прибора ясен из приведенного выше материала, названий входящих в него блоков и отмеченных взаимосвязей в передаче управляющих сигналов и информационных данных.

Набор нужной совокупности информативных признаков (их значений для каждого испытуемого животного) х- (х1, х2, ..,хn) осуществляют распределенно по времени (в соответствии с программой испытаний) и хранят в буферных регистрах блока переработки и представления исходных данных, причем для формирования требуемого набора х, на основе которого осуществляется затем обученным дисплеем классификация типа ВНД животного, достаточно снимать измеряемые данные порога раздражительности Qп, времени ответной реакции тор и частоты пульса fп в разных режимах внешних раздражений, определяемых методикой проведения обследования животных.
Предлагаемый метод обработки многомерной информации достаточно универсален, его можно применять в условиях плохо формализуемого и неполного описания типов ВНД при различной форме задания их информативных признаков. Он не требует получения каких-либо «точных» или аппроксимированных формульных зависимостей основных свойств нервной деятельности (силы, уравновешенности или подвижности) от косвенных параметров, по которым затем надо считать должные величины и сравнивать с соответствующими таблицами этих выходных значений, относящихся к тем или иным типам ВНД. Достаточно сформировать разделяющие границы оцениваемых состояний на основе архивных данных по выделенным типам ЦНС, а затем интегрально оценивать вектор отображения исследовательских классов. Обработка многомерной информации в диалоговом режиме с помощью специального обучаемого дисплея дает одновременное отображение объектов и их классификацию (после обучения). Это ведет к универсализации и значительно упрощает техническую реализацию подобных устройств при решении различных задач в оценке выделяемых типов ЦНС или других функциональных состояний организма разных животных.
В последние годы часто применяют электроэнцефалографические (ЭЭГ) исследования коры головного мозга. Для различных состояний бодрствования и изменения условий, раздражающих органы чувств, характерны свои специфические изменения нормального ритма энцефалограмм. С помощью приборов (усилителя и регистрирующих устройств) электрические сигналы от 3 до 120 мВ подаются и отражаются от поверхности черепа. Электроды специальным устройством крепят к затылочной части головы и уху (монополярно) или оба электрода к черепу (биполярно). Специальные устройства (самописцы), записывающие временные ЭЭГ характеристики, позволяют различать несколько видов кривых, основными из которых являются альфа-, бета-, гамма- и дельта-ритмы. Этот метод изучения функционального состояния организма интенсивно внедряется в практическое животноводство и позволяет судить о поведенческих реакциях и психологических функциях животных.