稀有的声音学习者俱乐部
声音学习——听到声音、复制声音并根据经验修改声音输出的能力——在动物界中极其罕见。人类是这个俱乐部中最明显的成员,鸣禽、鹦鹉、蜂鸟、鲸鱼和海豚等鲸豚类、蝙蝠和大象也包括在内。现在,发表在《Science》杂志上的一项新研究将鳍足类动物——包括海豹、海狮和海象的群体——加入这个精英群体,其证据来自脑成像和行为分析,揭示了与人类声音学习系统的显著趋同进化。
这项研究使用MRI成像检查了鳍足类动物的大脑,并将其与已知声音学习者与非声音学习者的神经结构进行了比较。研究小组发现的是海豹和海狮的运动皮层区域显著扩张和重组——特别是在人类与言语和发声的自主控制相关的区域。
声音学习需要什么
产生学习的声音不仅仅是拥有声音的问题。它需要听觉系统——处理听到的声音——和控制声音器官的运动皮层区域之间的直接神经通路。在没有声音学习的物种中,这些通路是间接的或不存在的。该动物可以产生其物种典型的叫声,但无法根据听到的内容进行修改,无法模仿新声音,也无法通过经验扩展其声音曲目。
在声音学习者中,进化建立或加强了听觉处理中心与控制发声的前脑运动区域之间的直接连接。这种回路允许人类听到一个词并最终复制它,或者一只模仿鸟在第一次听到新歌曲后将它们添加到其曲目中。
在新研究中检查的鳍足类动物大脑显示了正是这种结构:扩张的声音运动区域与直接音频-运动通路一致的连接模式。这反映了在鸣禽和人类中发现的神经特征——物种由进化分隔数亿年。
海豹中的行为证据
解剖学发现由关于鳍足类动物的丰富行为文献强化。Hoover是一只在新英格兰水族馆生活并于1985年去世的港海豹,因其自发地产生可理解的英语短语而闻名——包括他自己的名字和问候语"hello there"——这些短语似乎是他从人类护理者那里学到的。他的发声不是训练的结果;它们通过接触和模仿而出现。
海狮也在实验室环境中展示了声音模仿。在记录的实验中,单个海狮已被训练来再现通过音频播放给它们的新声音——这是非声音学习者无论进行多少次尝试都无法完成的壮举。这些动物修改了他们的发声以匹配目标,调整了音高和持续时间,并将模仿能力推广到了他们以前没有听过的新声音。
这些行为能力现在有了清晰的解剖学基础。脑结构支持行为,反之亦然。
为什么趋同进化很重要
这一发现最引人注目的方面之一是它对产生声音学习进化压力的看法。该特征似乎已在许多不同的谱系中多次独立进化。人类、鸣禽、鲸豚类和现在的鳍足类动物都独立地到达了相似的神经结构这一事实表明,声音学习是解决特定适应问题的方案——灵活交流、向同族学习或发出个体身份信号——这种情况在许多环境和身体计划中反复出现。
了解为什么声音学习进化以及在什么背景下,对人类语言进化研究有影响。语言是声音学习最详细的表达,了解其神经基础受益于研究通过完全不同的进化历史收敛到相似系统的物种。
对动物认知的影响
除了神经科学之外,这些发现对我们如何思考动物思维有影响。声音学习需要在记忆中表示声音、将听到的声音与运动目标进行比较,以及迭代调整输出——这个过程暗示了远高于简单本能的认知灵活性水平。如果鳍足类动物具有这种能力以及支持它的脑结构,就会引发关于他们还能做什么的问题。
对鳍足类动物认知的研究已经记录了记忆、数值判别和社交学习中的令人印象深刻的能力。声音学习为已经是能力强、灵活聪慧的动物的描写增加了另一个维度,这些动物将他们的生活花在驾驭复杂的社会和海洋环境中。
本文基于Science (AAAS)的报道。阅读原始文章。
Originally published on science.org
