Les phoques et les otaries ont évolué des cerveaux avec un apprentissage vocal semblable à celui des humains

Le rare club des apprenants vocaux

L'apprentissage vocal—la capacité à entendre un son, à le reproduire et à modifier la production vocale en fonction de l'expérience—est extrêmement rare dans le règne animal. Les humains sont les membres les plus évidents de ce club, ainsi que les oiseaux chanteurs, les perroquets, les colibris, les cétacés tels que les baleines et les dauphins, les chauves-souris et les éléphants. Désormais, une nouvelle étude publiée dans Science ajoute les pinnipèdes—le groupe qui comprend les phoques, les otaries et les morses—à ce groupe restreint, soutenue par des preuves d'imagerie cérébrale et d'analyse comportementale révélant une évolution convergente frappante avec le système d'apprentissage vocal humain.

La recherche a utilisé l'imagerie par IRM pour examiner les cerveaux des pinnipèdes et les comparer avec l'architecture neuronale des espèces connues pour être des apprenants vocaux par rapport à celles qui ne le sont pas. Ce que l'équipe a trouvé était une expansion prononcée et une réorganisation des régions du cortex moteur chez les phoques et les otaries—spécifiquement dans les zones qui, chez les humains, sont associées au contrôle volontaire de la parole et de la vocalisation.

Ce que requiert l'apprentissage vocal

Produire un son appris n'est pas simplement une question d'avoir une voix. Cela nécessite une voie neuronale directe entre le système auditif—qui traite les sons entendus—et les régions du cortex moteur qui contrôlent l'appareil vocal. Chez les espèces sans apprentissage vocal, ces voies sont indirectes ou absentes. L'animal peut produire ses cris typiques de l'espèce, mais il ne peut pas les modifier en fonction de ce qu'il entend, ne peut pas imiter de nouveaux sons et ne peut pas élargir son répertoire vocal par l'expérience.

Chez les apprenants vocaux, l'évolution a construit ou renforcé les connexions directes entre les centres de traitement auditif et les régions motrices du cerveau antérieur qui contrôlent la vocalisation. C'est ce circuit qui permet à un humain d'entendre un mot et éventuellement de le reproduire, ou à un moqueur d'ajouter de nouvelles chansons à son répertoire après les avoir entendu pour la première fois.

Les cerveaux des pinnipèdes examinés dans la nouvelle étude montrent précisément cette architecture: des régions motrices vocales élargies avec des schémas de connectivité cohérents avec des voies audio-motrices directes. Cela reflète les signatures neurales trouvées chez les oiseaux chanteurs et les humains—des espèces séparées par des centaines de millions d'années d'évolution.

Preuves comportementales chez les phoques

Les conclusions anatomiques sont renforcées par une riche littérature comportementale sur les pinnipèdes. Hoover, un phoque gris qui a vécu au New England Aquarium et décédé en 1985, est devenu célèbre pour produire spontanément des phrases intelligibles en anglais—y compris son propre nom et la salutation hello there—qu'il semble avoir apprises auprès de ses soignants humains. Ses vocalisations n'étaient pas le résultat de l'entraînement; elles ont émergé par l'exposition et l'imitation.

Les otaries ont également démontré l'imitation sonore en laboratoire. Dans des expériences documentées, des otaries individuelles ont été entraînées à reproduire de nouveaux sons reproduits pour elles via audio—un exploit que les non-apprenants vocaux ne peuvent pas accomplir peu importe le nombre d'essais qu'ils reçoivent. Les animaux ont modifié leurs vocalisations pour correspondre aux objectifs, ont ajusté la hauteur et la durée, et ont généralisé la capacité d'imitation à de nouveaux sons qu'ils n'avaient jamais entendus auparavant.

Ces capacités comportementales ont maintenant une base anatomique claire. La structure cérébrale soutient le comportement, et vice versa.

Pourquoi l'évolution convergente est importante

L'un des aspects les plus convaincants de la découverte est ce qu'elle dit sur les pressions évolutives qui produisent l'apprentissage vocal. Le trait semble avoir évolué plusieurs fois, indépendamment, dans des lignées très différentes. Le fait que les humains, les oiseaux chanteurs, les cétacés et maintenant les pinnipèdes arrivent tous indépendamment à des architectures neurales similaires suggère que l'apprentissage vocal est une solution à un problème adaptatif particulier—communiquer de manière flexible, apprendre des congénères ou signaler l'identité individuelle—qui s'est reproduit dans de nombreux environnements et plans corporels.

Comprendre pourquoi l'apprentissage vocal évolue, et dans quels contextes, a des implications pour la recherche sur l'évolution du langage humain. Le langage est l'expression la plus élaborée de l'apprentissage vocal, et comprendre sa base neurale bénéficie de l'étude des espèces qui ont convergé vers des systèmes similaires à travers des histoires évolutives complètement différentes.

Implications pour la cognition animale

Au-delà de la neuroscience, les conclusions ont des implications sur notre façon de penser aux esprits animaux. L'apprentissage vocal nécessite de représenter les sons en mémoire, de comparer les sons entendus aux objectifs moteurs et d'ajuster itérativement la sortie—un processus qui implique un niveau de flexibilité cognitive bien au-dessus de l'instinct simple. Si les pinnipèdes ont cette capacité, et les structures cérébrales qui la soutiennent, cela invite à se poser des questions sur ce qu'ils peuvent d'autre faire.

La recherche sur la cognition des pinnipèdes a déjà documenté des capacités impressionnantes en mémoire, discrimination numérique et apprentissage social. L'apprentissage vocal ajoute une autre dimension à ce qui est déjà un tableau d'intelligence capable et flexible chez des animaux qui passent leur vie à naviguer dans des environnements sociaux et marins complexes.

Cet article est basé sur les reportages de Science (AAAS). Lire l'article original.