Animal welfare from the animal’s perspective: Tapping into their psychological experiences

by Lauren Cassidy
Doctoral thesis
Date of Examination:2022-09-14
Date of issue:2023-07-13
Advisor:Dr. Dana Pfefferle
Referee:Prof. Dr. Stefan Treue
Referee:Prof. Dr. Annekathrin Schacht
Persistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-9995

 

 

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Description:Doctoral thesis

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Abstract

English

The primary goal of animal welfare science is to make an accurate assessment of an animal’s well-being at a given time. To facilitate this goal, animal welfare and severity assessments were developed to integrate information from multiple domains of well-being, such as behavior, physiology, cognition, into a common framework. In these assessments, welfare parameters are typically scored each time that animal welfare is assessed. This system of scoring, however, has several issues. For instance, the different criteria within a welfare parameter are often ranked by how much they impact animal well-being based on anthropocentric judgements. The scaled difference between criteria is also often arbitrary, determined anthropocentrically, or/and not even considered. These issues result in welfare and severity assessments that lack critical insight from the animal’s perspective.
The central aim of my thesis was to develop more systematic and scientific approaches that tap into the psychological experiences of animals, that can be used to reform the structure of welfare and severity assessment to be more objective and animal-centric. In this thesis, I developed and applied choice-based preference testing and tasks detecting affect-mediated changes in cognition in two non-human primate species commonly used in basic and biomedical research (Chapter 2 and Chapter 3: rhesus macaques, Macaca mulatta; Chapter 4: long-tailed macaques, M. fasicularis). In the final study (Chapter 5), I developed a scientific literature search tool that can help future comprehensive literature reviews reduce the duplication of invasive non-human primate research studies.
In Chapter 2, I proposed the Choice-based Severity Scale, a severity assessment concept that determines animals’ preferences between welfare criteria that differ in their subjective value. To objectively rank and scale the options in relation to one another, I proposed that the costs of each option can be offset by providing additional reward. I tested this concept in Chapter 2 by offering monkeys a choice of where to perform a basic experimental task between two settings commonly used in systems neuroscience research (cage- or lab-based setting), and between two tasks that varied in difficulty. I found evidence that individuals differed in their subjective evaluations of the options that were compared, where one individual was more responsive to changes in reward contingencies than the other two individuals. My findings suggest that the Choice-based Severity Scale is sensitive to individual differences in subjective well-being, and that further development and refinement of the concept is warranted.
In close association to Chapter 2, I investigated the long-delay learning capabilities of adult male rhesus macaques to understand if they could learn associations between abstract stimuli and their delayed positive reinforcement in Chapter 3. Despite a delay of up to 10 minutes between selection of an abstract stimulus and the delivery of its associated reward, the monkeys reliably discovered and preferentially selected the stimulus that provided the highest reward, even when the stimuli were novel. Additionally, I found that the monkeys were more likely to complete trials after selecting the high reward stimulus than the low reward stimulus. My findings suggest that the monkeys retained information about the quality of the reward associated with each stimulus, and thus sustained their commitment to highly rewarded stimuli. Not only do these findings provide support to the interpretations of Chapter 2 given the use of abstract stimuli to represent the options provided, but testing for the presence and limits of long-delay capabilities offers further insight into the learning processes of animals.
I explored whether affect-mediated changes in attention bias – the tendency to attend to one type of information over another – could be detected by the dot-probe attention bias task in long-tailed macaques in Chapter 4. This task, developed for humans in cognitive psychology, measures attention biases by comparing reaction times to dot-probes replacing pairs of simultaneously presented affective stimuli (e.g., threatening and neutral faces). I showed that the task could detect attention biases to threatening over neutral affective stimuli when stimulus pairs were briefly presented during a period of putative low arousal (i.e., baseline). I found that the monkeys’ attention biases deviated from this baseline pattern, by becoming avoidant of threatening stimuli, on the day immediately after experiencing prolonged anesthesia. I observed that the monkeys’ baseline pattern of attention bias returned by the third day after anesthesia. Overall, my findings indicated that the dot-probe attention bias task can offer insight into the psychological well-being of non-human primates.
In Chapter 5, I created comprehensive search filters to detect scientific publications involving non-human primates and aid the development of comprehensive search strategies for non-human primate literature reviews. I found evidence that these search filters were highly sensitive to publications involving non-human primate species. I made these comprehensive non-human primate search filters freely available to other researchers through a web-based application filterNHP. Use of these search filters will enhance the quality of non-human primate literature reviews by ensuring that more topic-relevant publications are retrieved, while simultaneously reducing the time necessary for researchers to compile effective search filters.
As animal welfare scientists, it is crucial to continue to refine, develop, and validate methods of animal welfare and severity assessment. The choice-based preference and attention bias methods that I present in this thesis contribute directly to this goal and warrant further investigation as they have the capacity to address some of the long-standing issues of animal welfare and severity assessments. Combining these methodologies together and with other measures of well-being will provide further validation of these methods and insight into how these measures align with animal welfare. Collectively, such research will guide captive animal management and research practices that will enhance and optimize animal welfare.
Keywords: Animal welfare; psychological experiences; preference; affective state; attention bias; dot-probe task; search filter

German

Das Hauptziel der Tierschutzforschung besteht darin, eine genaue Bewertung des Wohlbefindens eines Tieres zu einem bestimmten Zeitpunkt vorzunehmen. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden Bewertungen des Wohlbefindens und des Schweregrads von Tieren entwickelt, um Informationen aus verschiedenen Bereichen des Wohlbefindens, wie Verhalten, Physiologie und Kognition, in einen gemeinsamen Rahmen zu integrieren. Bei diesen Bewertungen werden die Tierschutzparameter in der Regel jedes Mal bewertet, wenn das Wohlbefinden der Tiere beurteilt wird. Dieses Bewertungssystem weist jedoch mehrere Probleme auf. So werden die verschiedenen Kriterien innerhalb eines Tierschutzparameters häufig danach eingestuft, wie stark sie das Wohlbefinden der Tiere auf der Grundlage anthropozentrischer Beurteilungen beeinflussen. Auch die Skalierung der Unterschiede zwischen den Kriterien ist oft willkürlich, anthropozentrisch bestimmt oder/und wird gar nicht berücksichtigt. Diese Probleme führen zu Bewertungen des Wohlergehens und der Schwere der Beeinträchtigung, denen ein kritischer Einblick aus der Perspektive des Tieres fehlt.
Das Hauptziel meiner Dissertation bestand darin, systematischere und wissenschaftlichere Ansätze zu entwickeln, die die psychologischen Erfahrungen der Tiere nutzen, um die Struktur der Bewertung von Wohlergehen und Schweregrad zu reformieren und objektiver und tierzentrierter zu gestalten. In dieser Arbeit habe ich wahlbasierte Präferenztests und Aufgaben entwickelt und angewandt, mit denen sich affektvermittelte Veränderungen der Kognition bei zwei nichtmenschlichen Primatenarten feststellen lassen, die häufig in der Grundlagen- und biomedizinischen Forschung eingesetzt werden (Kapitel 2 und 3: Rhesusaffen, Macaca mulatta; Kapitel 4: Langschwanzmakaken, M. fasicularis). In der abschließenden Studie (Kapitel 5) habe ich ein wissenschaftliches Literaturrecherchetool entwickelt, das künftigen umfassenden Literaturübersichten dabei helfen kann, die Duplizierung von invasiven Forschungsstudien an nichtmenschlichen Primaten zu reduzieren.
In Kapitel 2 schlug ich die Choice-based Severity Scale vor, ein Konzept zur Bewertung des Schweregrads, das die Präferenzen der Tiere zwischen Tierschutzkriterien ermittelt, die sich in ihrem subjektiven Wert unterscheiden. Um die Optionen objektiv in eine Rangfolge zu bringen und zu skalieren, schlug ich vor, dass die Kosten jeder Option durch die Bereitstellung einer zusätzlichen Belohnung ausgeglichen werden können. In Kapitel 2 testete ich dieses Konzept, indem ich Affen die Wahl zwischen zwei in der systemneurowissenschaftlichen Forschung üblichen Umgebungen (Käfig oder Labor) und zwei Aufgaben mit unterschiedlichem Schwierigkeitsgrad zur Durchführung einer grundlegenden experimentellen Aufgabe anbot. Ich fand Hinweise darauf, dass sich die Individuen in ihrer subjektiven Bewertung der verglichenen Optionen unterschieden, wobei ein Individuum stärker auf Veränderungen der Belohnungskontingente reagierte als die beiden anderen Individuen. Meine Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Choice-based Severity Scale empfindlich auf individuelle Unterschiede im subjektiven Wohlbefinden reagiert und dass eine weitere Entwicklung und Verfeinerung des Konzepts gerechtfertigt ist.
In engem Zusammenhang mit Kapitel 2 untersuchte ich in Kapitel 3 die Fähigkeit erwachsener männlicher Rhesusaffen zum Lernen mit langer Verzögerung, um herauszufinden, ob sie Assoziationen zwischen abstrakten Reizen und deren verzögerter positiver Verstärkung lernen können. Trotz einer Verzögerung von bis zu 10 Minuten zwischen der Auswahl eines abstrakten Reizes und der Aushändigung der damit verbundenen Belohnung entdeckten die Affen zuverlässig den Reiz mit der höchsten Belohnung und wählten ihn bevorzugt aus, selbst wenn die Reize neu waren. Außerdem stellte ich fest, dass die Affen eher Versuche abschlossen, nachdem sie den Reiz mit der höchsten Belohnung ausgewählt hatten, als den Reiz mit der niedrigsten Belohnung. Meine Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Affen Informationen über die Qualität der Belohnung, die mit jedem Reiz verbunden ist, beibehalten haben und sich daher weiterhin für hoch belohnte Reize entschieden haben. Diese Ergebnisse untermauern nicht nur die Interpretationen aus Kapitel 2, da abstrakte Reize zur Darstellung der angebotenen Optionen verwendet werden, sondern die Prüfung auf das Vorhandensein und die Grenzen von Fähigkeiten mit langer Verzögerung bietet weitere Einblicke in die Lernprozesse von Tieren.
In Kapitel 4 habe ich untersucht, ob durch Affekt vermittelte Veränderungen in der Aufmerksamkeitsverzerrung - die Tendenz, einer Art von Information mehr Aufmerksamkeit zu schenken als einer anderen - mit Hilfe der Punkttest-Aufmerksamkeitsverzerrungsaufgabe bei Langschwanzmakaken festgestellt werden können. Diese Aufgabe, die in der kognitiven Psychologie für Menschen entwickelt wurde, misst Aufmerksamkeitsverzerrungen durch den Vergleich von Reaktionszeiten auf Punktsonden, die Paare von gleichzeitig präsentierten affektiven Reizen (z. B. bedrohliche und neutrale Gesichter) ersetzen. Ich konnte zeigen, dass die Aufgabe Aufmerksamkeitsverzerrungen für bedrohliche gegenüber neutralen affektiven Reizen aufspüren kann, wenn die Reizpaare kurz während einer Periode vermeintlich niedriger Erregung (d. h. der Grundlinie) präsentiert wurden. Ich fand heraus, dass die Aufmerksamkeit der Affen an dem Tag, der unmittelbar auf die verlängerte Narkose folgte, von diesem Grundmuster abwich, indem sie bedrohlichen Reizen aus dem Weg gingen. Ich beobachtete, dass die Affen am dritten Tag nach der Narkose wieder zum Grundmuster der Aufmerksamkeit zurückkehrten. Insgesamt deuten meine Ergebnisse darauf hin, dass die Aufmerksamkeitsaufgabe mit der Punktsonde einen Einblick in das psychologische Wohlbefinden von nichtmenschlichen Primaten geben kann.
In Kapitel 5 habe ich umfassende Suchfilter entwickelt, um wissenschaftliche Veröffentlichungen mit nichtmenschlichen Primaten zu erkennen und die Entwicklung umfassender Suchstrategien für Literaturübersichten über nichtmenschliche Primaten zu unterstützen. Ich fand Hinweise darauf, dass diese Suchfilter sehr empfindlich auf Veröffentlichungen reagieren, die nichtmenschliche Primatenarten betreffen. Ich habe diese umfassenden Suchfilter für nicht-menschliche Primaten anderen Forschern über eine webbasierte Anwendung filterNHP frei zur Verfügung gestellt. Die Verwendung dieser Suchfilter wird die Qualität von Literaturübersichten über nichtmenschliche Primaten verbessern, indem sichergestellt wird, dass mehr themenrelevante Veröffentlichungen gefunden werden, während gleichzeitig die Zeit, die Forscher für die Zusammenstellung effektiver Suchfilter benötigen, reduziert wird.
Für Wissenschaftler, die sich mit dem Tierschutz befassen, ist es von entscheidender Bedeutung, die Methoden zur Bewertung des Wohlbefindens und des Schweregrads von Tieren weiterhin zu verfeinern, zu entwickeln und zu validieren. Die in dieser Arbeit vorgestellten wahlbasierten Präferenz- und Aufmerksamkeitsmethoden tragen direkt zu diesem Ziel bei und sollten weiter untersucht werden, da sie in der Lage sind, einige der seit langem bestehenden Probleme bei der Bewertung des Wohlergehens und des Schweregrads von Tieren anzugehen. Die Kombination dieser Methoden miteinander und mit anderen Maßstäben für das Wohlbefinden wird eine weitere Validierung dieser Methoden ermöglichen und Aufschluss darüber geben, wie diese Maßstäbe mit dem Wohlergehen der Tiere in Einklang stehen. Insgesamt werden diese Forschungsarbeiten die Haltung von Tieren in Gefangenschaft und die Forschungspraktiken leiten, die das Wohlergehen der Tiere verbessern und optimieren werden. Übersetzt von DeepL.
 
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