Исследование: певчие птицы распознают звуковые паттерны по спектральной форме
Новое исследование о том, как певчие птицы распознают последовательности звуков, ставит под сомнение преобладающую точку зрения. Ранее считалось, что птицы, в отличие от людей, полагаются на абсолютную высоту тона, а не на относительную. Мика Р. Брегман, Анируддх Д. Пател и Тимоти К. Гентнер из Калифорнийского университета в Сан-Диего и Университета Тафтса в поведенческих экспериментах показали, что скворцы распознают песенный паттерн по его абсолютной спектральной форме. Работа опубликована в The Proceedings of the National Academy of Sciences.
Певчие птицы, как и люди, способны обучаться звуковым последовательностям. Однако они воспринимают их иначе. Человек узнает мелодию, даже если изменится её высота или тембр (например, «Happy Birthday» на гобое или трубе). Птицы же в таких случаях последовательность не узнают.
Считалось, что птицы распознают песенные паттерны на основе абсолютной высоты тона. Чтобы проверить это, Брегман и коллеги провели эксперимент, как птицы воспринимают тональные последовательности, систематически меняющиеся по высоте и тембру.
Ход эксперимента и результаты
- Обучение. Пятерых скворцов (Sturnus vulgaris) обучили различать восходящую и нисходящую звуковые последовательности. Точность различения превысила 91%.
- Тест на высоту тона. Птицам предъявили новую последовательность с той же высотой и тембральным паттерном, что и при обучении. Скворцы определяли направление лишь в ~50% случаев (на уровне случайности), что, казалось бы, подтверждало гипотезу об абсолютной высоте тона.
- Тест на тембр. Последовательность воспроизвели в новом тембре (фортепиано), сохранив высоту тона. Если бы птицы полагались на высоту, они бы её узнали. Но скворцы не распознали последовательности.
- Ключевой тест на спектральную форму. С помощью
шумового вокодера учёные сохранили спектральную
форму (спектральную огибающую) последовательностей, изменив при
этом высоту тона. Также использовали версию с тонами фортепиано, которая
сохраняет высоту, но меняет абсолютную спектральную огибающую.
- В первых 100 пробах скворцы различали вокодированные последовательности с точностью ~70% (выше случайности), а после дополнительных проб их точность возросла.
- С версией для фортепиано птицы справлялись заметно хуже.
Статистический анализ показал, что скворцы распознают последовательности, используя абсолютную спектральную огибающую, а не высоту тона.
Значение и выводы
«Наши результаты позволяют предположить, что скворцы и, вероятно, большинство певчих птиц слышат такие звуки более похожим на то, как люди слышат речь, образом», — говорит руководитель исследования доктор Тим Гентнер. — «Если постараться, вы можете услышать высоту тона речи, но это не часть вашего обычного восприятия, когда вы слушаете говорящего. Интересно, что если пропустить музыкальный отрывок через вокодер, он станет почти неразборчивым, тогда как вокодированная речь заметно изменяется, но не теряет понятности. Как и сама музыка, "музыкальное" слушание, вероятно, является очень специализированным, приобретённым навыком».
Это исследование бросает вызов устоявшемуся взгляду. В предыдущих работах птиц тестировали на простых последовательностях, а здесь использовали более сложные. В таких последовательностях спектральная огибающая играет ключевую, но не единственную роль в распознавании. Работа помогает понять важные различия в том, как птицы и люди обобщают звуковые последовательности.