Почему птицы слышат музыку не так, как мы? Открытие ученых

Люди и зебровые амадины по-разному распознают последовательности из пяти гармонических тонов, выяснили исследователи Амстердамского и Лейденского университетов. Несмотря на общий слух, стратегии обработки звука у нашего вида и певчих птиц заметно расходятся. Новое исследование, опубликованное в журнале Communications Biology, показывает, что люди в первую очередь ориентируются на высоту звука, тогда как птицы комбинируют её с изменениями спектральной структуры — так называемыми формантами.

Как проходил эксперимент с пятью тонами

Ученые построили эксперимент, в котором участвовали и люди, и зебровые амадины. Сначала испытуемых и птиц обучали различать последовательности из пяти гармонических тонов. Затем исследователи предъявляли модифицированные версии этих последовательностей, в которых был изменён либо контур высоты, либо контур формант, либо оба параметра одновременно. Такой подход позволил сравнить, на какую именно характеристику звука полагается каждый вид при распознавании.

Зебровые амадины показали удивительную гибкость: они воспринимали траектории высоты и формант как взаимодополняющие части звукового паттерна. Когда одна из характеристик становилась менее информативной, птицы легко переключались на другую. Человеческие слушатели, напротив, почти всегда опирались на высоту звука, если она была доступна. Изменения формант оказывали на их классификацию гораздо меньшее влияние.

Этот результат стал неожиданностью для исследователей. «Мы обнаружили, что и люди, и зебровые амадины способны использовать информацию о высоте звука и спектральной структуре, — комментирует соавтор работы доктор Чжи-Юань Нин, работавший в Институте биологии Лейдена. — Ключевое различие не в том, какие акустические признаки они могут улавливать, а в том, как они их используют и комбинируют при распознавании звуковой последовательности».

Люди выбирают высоту, птицы — комбинацию

Разница в стратегиях особенно заметна, если рассматривать результаты в деталях. Участники-люди, как правило, с легкостью узнавали знакомую мелодию даже в другом тембре, потому что следовали её высотному контуру. Для зебровых амадин такая однобокая ориентация оказалась не свойственна — они собирают более полную картину звука, учитывая и форманты.

По словам профессора Хенкьяна Хонинга, руководителя группы исследования музыки в Амстердамском университете, это указывает на важную закономерность: способ распознавания сложных звуков зависит от двух факторов одновременно. Первый — это врожденные особенности слуховой системы конкретного вида. Второй — то, что опыт научил нас считать значимым. «Наши данные показывают, что виды, способные к вокальному обучению, совсем не обязательно организуют одни и те же звуки одинаково», — подчёркивает он.

Для наглядности можно представить такую ситуацию: если у звукового паттерна убрать изменение высоты, человек с трудом его опознает, даже если формантный контур остался прежним. У зебровых амадин в такой же ситуации распознавание не нарушается — они просто переключают внимание на другой акустический параметр. Это не значит, что птицы не различают высоту звука. Они различают и высоту, и форманты, но не отдают одной характеристике безусловный приоритет.

Музыкальное обучение делает восприятие гибче

Интересным оказалось и влияние музыкального опыта на человеческое восприятие. Когда исследователи убирали из сигнала информацию о высоте звука, люди с более серьёзной музыкальной подготовкой лучше справлялись с распознаванием последовательностей, используя изменения формант. Слушатели без такого опыта в той же ситуации ошибались гораздо чаще.

Это наблюдение согласуется с давней идеей о пластичности слуховой коры. Музыкальные занятия, по-видимому, учат мозг не полагаться на единственный акустический признак, а извлекать закономерности из нескольких измерений звука одновременно. «Музыкальное обучение делает слуховую обработку более гибкой, — комментирует Хонинг. — Высота звука остаётся доминирующим измерением для человека, но люди с музыкальным опытом активнее задействуют другой акустический параметр, когда высота перестаёт быть надёжной».

Примечательно, что у зебровых амадин такой гибкости не нужно было тренировать — она проявилась естественным образом. Возможно, для этих птиц слуховое восприятие изначально устроено так, чтобы учитывать спектральные характеристики в равной мере с высотой звука, ведь это важно для различения собственных видовых песен.

О чём говорят различия между видами

Противопоставление человеческого и птичьего восприятия ставит под сомнение распространённое предположение, что опора на высоту звука — универсальное следствие вокального обучения. Профессор Карел тен Кате из Лейденского университета видит в этом возможность глубже понять эволюцию слуха. «И зебровые амадины, и люди воспринимают высоту и спектральную информацию, но придают этим признакам разные веса. Сравнение такого рода помогает отделить фундаментальные аспекты слуховой обработки, заложенные в эволюции, от того, что формируется индивидуальным опытом и человеческой культурой», — говорит он.

Одно из возможных объяснений — у зебровых амадин интеграция свойств сложных звуков закреплена на уровне предрасположенности, тогда как у человека постоянное взаимодействие с музыкой и речью, насыщенной высотными изменениями, усиливает роль высоты как основного измерения. История, в которой врождённые механизмы и обучение работают вместе, укладывается в более широкую картину познания: мы не просто слышим звук физически, а воспринимаем его сквозь призму того, что для нас значимо.

Главный вывод исследования: даже близкие по эволюционным механизмам виды могут по-разному организовывать одни и те же слуховые сигналы. То, что кажется естественным способом слышания, на самом деле — результат взаимодействия биологии и опыта.

За пределами музыки и пения

Полученные данные имеют значение не только для музыкознания. Высота звука и форманты играют важную роль в восприятии речи, общении животных и организации сложных слуховых сцен. Понимание того, как разные виды взвешивают эти параметры, приближает ученых к созданию более полной теории слухового познания — от биологических основ языка до эволюции музыкальности.

Исследование, опубликованное в Communications Biology, оставляет открытым вопрос: можно ли искусственно перестроить слуховые приоритеты человека, чтобы он так же легко переключался между высотой и формантами, как зебровая амадина? Или для этого потребуется нечто большее, чем просто музыкальное обучение? Ответ на этот вопрос, возможно, изменит представления о пределах гибкости нашего слуха.