アザラシとアシカは人間のような音声学習能力を持つ脳に進化した

稀有な音声学習者クラブ

音声学習—音を聞いて複製し、経験に基づいて音声出力を修正する能力—は動物界では非常にまれである。人間はこのクラブの最も明白なメンバーであり、さえずり鳥、オウム、ハチドリ、クジラやイルカなどのクジラ類、コウモリ、象も含まれる。今、Scienceに発表された新しい研究により、アザラシ、アシカ、セイウチを含むアシカ類がこの選ばれた集団に加わったことが明らかになり、脳画像と行動分析からの証拠により、人間の音声学習システムとの顕著な収束進化を明らかにしている。

この研究はMRI画像処理を使用してアシカ類の脳を調べ、既知の音声学習者対非音声学習者のニューラルアーキテクチャと比較した。研究チームが発見したのは、アザラシとアシカの運動皮質領域の顕著な拡張と再編成で、特に人間では音声と発声の随意制御に関連する領域であった。

音声学習に必要なもの

学習した音声を生成することは、単に声を持つ問題ではない。それは聴覚系—聞こえた音を処理する—と発声器官を制御する運動皮質領域の間の直接的な神経経路が必要である。音声学習のない種では、これらの経路は間接的または存在しない。動物はその種特有の呼び声を生成することができるが、聞いたものに基づいて変更することはできず、新しい音を模倣することもできず、経験を通して音声レパートリーを拡張することもできない。

音声学習者では、進化は聴覚処理中枢と発声を制御する前脳運動領域間の直接接続を構築または強化した。この回路により、人間は単語を聞いて最終的に複製することができ、あるいはスズメモドキが初めて聞いた新しい歌を自分のレパートリーに追加することができる。

この新しい研究で調べられたアシカ類の脳は、まさにこのアーキテクチャを示している。拡張された音声運動領域と直接オーディオ-モーター経路と一致する接続パターンを示している。これはさえずり鳥と人間で見られたニューラル署名を反映している—進化により数億年離れている種である。

アザラシの行動証拠

解剖学的な発見は、アシカ類に関する豊かな行動文献により強化される。Hoover、New England Aquariumで生活し1985年に亡くなったゼニガタアザラシは、自発的に理解可能な英語のフレーズを発する—彼自身の名前と「hello there」という挨拶を含む—ことで有名になり、それは彼の人間のケアテイカーから学んだものと思われた。彼の発声は訓練の結果ではなく、曝露と模倣を通じて出現した。

アシカはラボラトリー設定で音声の模倣も実証している。文書化された実験で、個々のアシカはオーディオを通じて再生された新しい音を再現するように訓練された—試行回数に関わらず、非音声学習者が達成することはできない偉業である。動物は彼らの発声をターゲットに一致するように変更し、ピッチと期間を調整し、以前聞いたことのない新しい音への模倣能力を一般化した。

これらの行動能力は今、明確な解剖学的基盤を持っている。脳構造は行動をサポートし、その逆も同じである。

収束進化が重要な理由

発見の最も説得力のある側面の1つは、音声学習を生成する進化的圧力について言うことである。この形質は非常に異なる系統で複数回、独立して進化したようである。人間、さえずり鳥、クジラ類、そして現在アシカ類が、すべて独立して同様のニューラルアーキテクチャに到達したという事実は、音声学習が特定の適応問題の解決策—柔軟にコミュニケーション、同族から学習、または個体識別をシグナル—であることを示唆しており、多くの環境と体型で繰り返している。

音声学習が進化する理由とどのコンテキストで進化するのかを理解することは、人間の言語進化研究に影響を与える。言語は音声学習の最も精密な表現であり、その神経基盤を理解することは、完全に異なる進化史を通じて同様のシステムに収束した種の研究から恩恵を受ける。

動物認識への影響

神経科学を超えて、発見は動物の心をどう考えるかについて影響を与える。音声学習は、記憶内の音の表現、聞こえた音と運動ターゲットの比較、そして反復的な出力調整を必要とする—単純な本能をはるかに上回る認知柔軟性のレベルを含むプロセス。アシカ類がこの能力とそれをサポートする脳構造を持っているなら、彼ら他に何ができるかについての質問を招く。

アシカ類の認知研究は、記憶、数値判別、社会学習で留意すべき能力をすでに記録している。音声学習は、複雑な社会的および海洋環境をナビゲートすることで人生を過ごす動物の能力と柔軟な知性の写真にもう1つの次元を加える。

この記事はScience (AAAS)のレポートに基づいている。元の記事を読む。