Собаки учатся определять границы слов так же, как человеческие младенцы
Собаки извлекают слова из непрерывной речи, используя аналогичные вычисления и области мозга, что и люди, показало новое исследование, сочетающее ЭЭГ и фМРТ, проведённое учёными из Департамента этологии Университета Этвёша Лоранда (Венгрия). Это первая демонстрация способности использовать сложную статистику для обучения определению границ слов у нечеловеческих млекопитающих. Работа опубликована в Current Biology.
Человеческие младенцы могут обнаруживать новые слова в речевом потоке задолго до того, как узнают их значение. Чтобы определить, где заканчивается одно слово и начинается другое, младенцы проводят сложные вычисления, отслеживая закономерности в слогах: слоги, которые обычно появляются вместе, вероятно, являются словами, а те, которые не появляются — нет. Новое исследование с визуализацией мозга, проведённое венгерскими учёными, показало, что собаки также могут распознавать такие сложные закономерности в речи.
«Отслеживание паттернов не уникально для людей: многие животные учатся на таких закономерностях в окружающем мире, это называется статистическим обучением. Особенность речи в том, что её эффективная обработка требует сложных вычислений. Чтобы выучить новые слова из непрерывной речи, недостаточно подсчитать, как часто определённые слоги встречаются вместе. Гораздо эффективнее рассчитать, насколько вероятно совместное появление этих слогов. Именно так люди, даже 8-месячные младенцы, решают, казалось бы, сложную задачу сегментации слов: они вычисляют сложную статистику о вероятности следования одного слога за другим», — объясняет Марианна Борос, один из ведущих авторов исследования и постдок в Лаборатории нейроэтологии коммуникации.
«До сих пор мы не знали, может ли какое-либо другое млекопитающее также использовать такие сложные вычисления для извлечения слов из речи. Мы решили проверить способности мозга домашних собак к статистическому обучению на основе речи. Собаки — самый ранний одомашненный вид животных и, вероятно, тот, с которым мы чаще всего разговариваем. Тем не менее, мы очень мало знаем о нейронных процессах, лежащих в основе их способностей к изучению слов».
«Чтобы выяснить, какую статистику вычисляют собаки, слушая речь, мы сначала измерили их электрическую активность мозга с помощью ЭЭГ», — говорит Лилья Мадьяри, другой ведущий автор, постдок в той же исследовательской группе. «Интересно, что мы увидели различия в мозговых волнах собак для частых слов по сравнению с редкими. Но что ещё более удивительно, мы также увидели различия в мозговых волнах для слогов, которые всегда встречались вместе, по сравнению с теми, которые встречались вместе лишь иногда, даже если общие частоты были одинаковыми. Получается, собаки отслеживают не только простую статистику (сколько раз встречается слово), но и сложную статистику (вероятность совместного появления слогов слова). Ранее этого не наблюдалось у других нечеловеческих млекопитающих. Это именно та сложная статистика, которую используют человеческие младенцы для извлечения слов из непрерывной речи».
Чтобы исследовать, насколько похожи ответственные за эту сложную вычислительную способность области мозга у собак и людей, исследователи также протестировали собак с помощью функциональной МРТ. Этот тест также проводился на бодрствующих, сотрудничающих, свободно движущихся животных. Для фМРТ собак предварительно обучали лежать неподвижно во время измерений.
«Мы знаем, что у людей в этом процессе участвуют как общие области мозга, связанные с обучением, так и области, связанные с языком. И мы обнаружили то же самое у собак», — объясняет Борос. «В статистическом обучении на основе речи, по-видимому, были задействованы как универсальная, так и специализированная область мозга, но паттерны активации в них различались. Универсальная область мозга, так называемые базальные ганглии, сильнее реагировала на случайный речевой поток (где нельзя было обнаружить слова с помощью статистики слогов), чем на структурированный речевой поток (где слова было легко обнаружить, просто вычислив статистику слогов). Специализированная область мозга, так называемая слуховая кора, которая у людей играет ключевую роль в статистическом обучении на основе речи, показала другой паттерн: здесь мы наблюдали увеличение мозговой активности со временем для структурированного, но не для случайного речевого потока. Мы полагаем, что это увеличение активности — след, который оставляет изучение слов в слуховой коре».
«Мы начинаем понимать, что некоторые вычислительные и нейронные процессы, которые, как известно, играют важную роль в усвоении человеческого языка, могут в конце концов не быть уникальными для людей», — говорит Аттила Андич, руководитель Лаборатории нейроэтологии коммуникации. «Но мы до сих пор не знаем, как эти аналогичные человеческим мозговые механизмы обучения словам возникли у собак. Отражают ли они навыки, развившиеся в условиях языково-богатой среды, или за тысячи лет одомашнивания, или же они представляют собой древнюю способность млекопитающих? Мы видим, что, изучая обработку речи у собак, даже у разных пород с разными коммуникативными способностями, и у других видов, живущих рядом с людьми, мы можем проследить истоки человеческой специализации для восприятия речи».