First insights of moment-to-moment decisions in a Small World: new multi-choice system with eight ecologically meaningful resources to assess rats’ daily choices and decisions | Erste Einblicke in Moment-zu-Moment-Entscheidungen in einer ‚Small World‘: Neues Mehrfachwahl-System mit acht ökologisch bedeutsamen Ressourcen zur Bewertung täglicher Wahlen und Entscheidungen von Ratten

Understanding what animals want is essential, as it reflects their behavioural mechanisms and needs – particularly interesting in the context of animal welfare. However, studying animal decisions is challenging because the animals cannot just be asked for their preferences. While previous studies have primarily focused on studying animals’ choices and preferences for specific resources, they have rarely examined daily decisions. This study introduces a novel testing system, the SW, which optimises and extends prior-choice tests in various ways: Choices between eight simultaneously offered ecologically relevant resources are provided in a long-term test to study everyday moment-to-moment decisions with the example species of rats (Long Evans, Rattus norvegicus). Each of the 11 rats is once used as focus rat for ten consecutive days, whereas the other 1-2 sister/s serve as social partners. The SW system consists of a CCC connected via plastic tubes to eight resource cages. These cages provide a quasi-natural environment including resources for basic survival (food, water, hiding/resting), resources for more specific needs (running wheel, sand bath) and resources of additional ecologically relevant stimuli (predator odour, novel object, restricted contact to social partners). Movement sensors are installed at the entrances and exits of the resource cages so that data of the daily frequencies, durations and sequences of visits, as well as for the decisions and choices of the various resources is collected automatically. The “choices” are defined as the duration between the time of entry to a resource cage and the entry into the next resource cage. The “decisions” refer to the duration between the exit from one and the entry into the next resource cage. The data are analysed using generalised mixed-effects models including survival modelling for multiple states. Results show that the general activity decreases from day 1 to 2 and remains on a constant level throughout the experimental phase. Rats visit all resource cages at least once per day throughout the experiment. The frequency of resource use is relatively high in the RWC, NMC, SPC; intermediate in the FIC and WIC and lowest in the POC, NOC and DAC. The daily duration of resource use remains relatively stable across the experiment but vary across the different resource types. The NMC constantly shows high duration of use, while POC, NOC and DAC have constantly low durations with peaks on days when stimuli are renewed (e.g. fresh predator odour, a new novel object, or treats in the sand bath). The most frequent transitions occur between the RWC, WIC, FIC, and SPC. The frequency and duration of the visits do not necessarily reflect the importance of the resources. As depending on the need, a short visit e.g. to the WIC, may be sufficient to satisfy the animals' need to drink. Nevertheless, the fact that all resources are visited daily suggests that each holds relevance for the animals. The study also evaluates whether the experimental system induces stress. Potential stressors include the novelty of the experimental system and resources, spatial and social restrictions, and the limited food choice. Stress is measured non-invasively via FCM measurement. The mean FCM concentration decreases slightly when the rats are transferred from the housing cage to the experimental system and slightly increases when they are returned to their housing cage. Furthermore, the rats quickly acclimatise to the experimental system, as constant activity can be measured from day 2 onwards. Overall, the SW system enables an effective method to assess simultaneously multiple resources through different indicators. Due to the possibility of representing the decisions and choices of the animals with different measurement methods, this system represents an extension of previous multi-choice tests. It is sufficiently sensitive to detect even small environmental changes and enables the collection of data on multifaceted aspects of resource use. To further investigate the importance of the resources for the animals adding an obstacle for reaching the resources will be advantageous (e.g. by adding distances between the resources). Moreover, the external validity of the approach can easily be extended by e.g. testing groups of animals and using animals of a variety of species, ages or sexes.

Das Verständnis dessen, was Tiere wollen, ist essenziell, da es ihre Verhaltensmechanismen und Bedürfnisse widerspiegelt – besonders relevant im Kontext des Tierschutzes. Die Untersuchung von den Entscheidungen und des Wahlverhaltens der Tiere stellt bisher Herausforderungen dar, da Tiere nicht direkt nach ihren Präferenzen befragt werden können. Bisherige Studien konzentrierten sich meist auf Wahlverhalten zwischen spezifischen Ressourcen, untersuchten jedoch selten alltägliche Entscheidungen. In dieser Studie wird ein neuartiges Experimentalsystem, die SW, vorgestellt, das vorherige Mehrfachauswahl-Tests in mehreren Aspekten optimiert und erweitert: In einem Langzeittest werden den Tieren Wahlmöglichkeiten zwischen acht gleichzeitig angebotenen ökologisch relevanten Ressourcen bereitgestellt, um alltägliche Moment-zu-Moment-Entscheidungen am Beispiel der Ratte (Long Evans, Rattus norvegicus) zu untersuchen. Jede der 11 Ratten wird einzeln als Fokusratte an zehn aufeinanderfolgenden Tagen getestet, während die anderen 1-2 Schwestertiere währenddessen als Sozialpartner dienen. Das SW-System besteht aus einem CCC, der über Plastikrohre mit acht Ressourcenkäfigen verbunden ist. Diese Käfige bilden eine quasi-natürliche Umgebung mit überlebenswichtigen Ressourcen (Nahrung, Wasser, Verstecken/Ruhen), Ressourcen für spezifischere Bedürfnisse (Laufrad, Sandbad) und welche mit zusätzlich ökologisch relevanten Reizen (Raubtiergeruch, neuartiges Objekt, eingeschränkter Kontakt zu Sozialpartnern). An den Ein- und Ausgängen der Ressourcen sind Bewegungssensoren installiert, sodass automatisch Daten zu den täglichen Frequenzen, Dauern und Abfolgen der Besuche, sowie für die Entscheidungen und Wahlen der verschiedenen Ressourcen erfasst werden. Die „Wahlmöglichkeiten“ sind definiert als die Dauer zwischen dem Eintritt in einen Ressourcenkäfig bis zum Eintritt in den nächsten. Die „Entscheidungen“ bezeichnen die Dauer zwischen dem Verlassen eines Ressourcenkäfigs bis zum Betreten des nächsten. Die Daten werden mit Hilfe von generalisierten gemischten Effekte-Modelle einschließlich Überlebensmodellen für multiple Zustände analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die generelle Aktivität von Tag 1 zu 2 leicht abnimmt und danach konstant bleibt. Während des gesamten Versuchszeitraumes besuchen die Ratten jeden Ressourcenkäfig mindestens einmal täglich. Die Nutzungshäufigkeit ist relativ hoch in den Ressourcenkäfigen mit Laufrad, Nistmaterial und Sozialpartner, mittelhoch in den Ressourcenkäfigen mit Futter und Wasser und niedriger in den Ressourcenkäfigen mit Raubtiergeruch, neuartigem Objekt und Sandbad. Die tägliche Nutzungsdauer bleibt relativ konstant während des Versuchs, variiert jedoch je nach Ressourcentyp. Z. B. weist die Ressource mit dem Nistmaterial eine konstant hohe Nutzungsdauer auf, während die mit dem Raubtiergeruch, dem neuen Objekt und dem Sandbad eine konstant niedrige aufweisen, mit jeweils Höchstwerten an den Tagen, an denen Reize erneuert werden (z.B. frischer Raubtiergeruch, ein neues Objekt oder Leckerlis in das Sandbad). Die häufigsten Übergänge erfolgen zwischen den Ressourcenkäfigen mit dem Laufrad, Wasser, Futter und Sozialpartnern. Weder die Besuchsfrequenz noch -dauer spiegeln zwangsläufig die Bedeutung einer Ressource wider: Ein kurzer Besuch z.B. in der Ressource mit dem Wasser kann ausreichen, um den Durst zu stillen. Dennoch deutet die tägliche Nutzung aller Ressourcen darauf hin, dass jede von ihnen eine gewisse Relevanz für die Tiere besitzt. Zusätzlich wird in dem Versuch geprüft, ob die SW bei den Ratten Stress auslöst. Mögliche Stressoren sind die Neuheit des Experimentalsystems und der Ressourcen, räumliche und soziale Einschränkungen sowie die reduzierte Futterauswahl. Der Stress wird nicht-invasiv über die FCM-Messung erfasst. Die mittlere FCM-Konzentration sinkt geringfügig ab, wenn die Ratten aus dem Haltungskäfig in das Versuchssystem gebracht werden, und steigt geringfügig an, wenn sie in ihren Haltungskäfig zurückgebracht werden. Zudem zeigen die Tiere ab Tag 2 eine konstante Aktivität, was auf eine schnelle Eingewöhnung hinweist. Insgesamt stellt das SW System eine effektive Methode dar, um mehrere Ressourcen gleichzeitig durch verschiedene Indikatoren zu untersuchen. Aufgrund der Möglichkeit die Entscheidungen und Wahlen der Tiere mit verschiedenen Messmethoden darzustellen, stellt dieses System eine Weiterentwicklung früherer Multi-Choice-Tests dar. Es ist zudem sensitiv genug, um selbst kleine Umweltveränderungen im System zu detektieren, und ermöglicht die Erfassung von Daten zu vielschichtigen Aspekten der Ressourcennutzung. Zukünftige Studien könnten die Relevanz einzelner Ressourcen weiter untersuchen, indem z. B. Hindernisse wie z.B. Distanzen eingeführt werden. Darüber hinaus lässt sich die externe Validität leicht erhöhen, etwa durch Gruppenhaltung oder den Einsatz unterschiedlicher Tierarten, Altersstufen oder Geschlechter.