Как соотносятся сложность мелодии певчей птицы с ее интеллектуальными способностями? Ученые из Рокфеллеровского университета (США) провели серию поведенческих экспериментов на более чем 20 видах североамериканских птиц, чтобы проверить, связана ли способность к обучению вокалу у певчих птиц с различными когнитивными навыками. Они обнаружили, что виды с наиболее высокими способностями к вокальному обучению также лучше других решали задачи и имели самый большой мозг по сравнению с размером тела. Результаты опубликованы в журнале Science.
Credit: public domain
Разговорная речь и решение проблем обычно считаются компонентами интеллекта человека. Важный и специализированный компонент разговорной речи – обучение вокалу или способность имитировать звуки. Расширенное вокальное обучение удалось обнаружить лишь у нескольких видов особей, в том числе у пяти видов млекопитающих (люди, слоны, китообразные, ластоногие и летучие мыши) и трех видов птиц (певчие птицы, попугаи и колибри). Интересно, что виды, которые демонстрируют наиболее сложное вокальное обучение, совпадают с видами, которые, как считается, обладают наиболее развитыми интеллектуальными когнитивными способностями — например, люди, китообразные, слоны, врановые певчие птицы и попугаи.
Ранние исследования, в которых проверялась взаимосвязь между сложностью обучения вокалу и когнитивными способностями, проводились внутри видов. В некоторых исследованиях были обнаружены положительные связи, тогда как в других — нет, а в некоторых нашлись отрицательные связи.
Проблема внутривидовых исследований заключается в том, что трудно определить, обусловлены ли индивидуальные различия генетическими факторами, культурным фоном, или условиями эксперимента. Что касается птиц, считается, что особенности, которые отражают у них более сложное вокальное обучение, включают большой вокальный репертуар, неограниченную способность к вокальному обучению на протяжении всей жизни и мимикрию вокализаций других видов.
В своем исследовании команда из Университета Рокфеллера измеряла ряд когнитивных навыков, таких как решение задач, ассоциативное и обратное обучение, а также самоконтроль у 214 особей 23 видов птиц, включая 19 видов певчих птиц (пойманных в дикой природе), двух видов одомашненных певчих птиц и двух пойманных в дикой природе необучающихся вокалу видов.
Когнитивные способности измерялись в лаборатории с использованием различных поведенческих задач. Из них решение проблем считается одним из самых сложных, требующим от животных определения наилучшей стратегии для преодоления проблемы. Другие когнитивные тесты, которые часто концептуально связаны с интеллектом, включали в себя ассоциативное обучение, обратное обучение и задачи самоконтроля. Ученые создали базу данных характеристик вокального обучения 23 видов птиц на основе обширной литературы, состоящей из 80 публикаций, оценили эффективность видов при выполнении ряда поведенческих задач и обнаружили межвидовые связи между вокалом и сложностью обучения, решением проблем и относительным размером мозга.
Они предложили всем 214 особям 23 видов птиц семь когнитивных задач после ночного лишения пищи, продолжительность которых скорректировали с учетом продолжительности ночи и массы тела каждой особи. Задания выполнялись в течение 6 дней в одной и той же последовательности с 5-минутными интервалами между попытками или заданиями. Первые четыре представляли собой различные задания возрастающей сложности по устранению препятствий, в ходе которых птицам нужно было придумать, как получить доступ к пищевому вознаграждению (семенам или червям).
В качестве оценки решения проблем ученые использовали среднее количество попыток, необходимых для решения четырех задач. Самоконтроль оценивался с помощью типичной задачи обхода, в которой птицам приходилось получать доступ к пищевому вознаграждению, не пытаясь получить пищу через прозрачный барьер. Ассоциативное обучение измерялось с помощью стандартного задания на различение двух цветов, в котором птицам нужно было связать цвет с пищевым вознаграждением. На следующий день цвет вознаграждения был изменен, чтобы оценить обратное обучение.
Изучив все категориальные переменные вокального обучения, ученые обнаружили, что виды, отнесенные к категории неограниченно обучающихся вокалу, значительно лучше решали проблемы, чем другие виды. Виды, способные к голосовой мимикрии, находились в верхнем диапазоне эффективности решения задач, хотя разница была незначительной. Не было никаких существенных различий для видов с открытым или имитирующим вокальным обучением и их способностями к ассоциативному обучению, обратному обучению или самоконтролю.
Также удалось выявить сильную и значимую взаимосвязь: виды, имеющие самый большой репертуар (песни и звуки), лучше всего решают проблемы. Ученые не обнаружили значимых корреляций между размером репертуара вокализации и ассоциативным обучением, обратным обучением или самоконтролем. В совокупности эти результаты указывают на положительную связь между сложным вокальным обучением и решением проблем (среди всех когнитивных характеристик).
Ученые также попытались найти биологическую переменную, которая могла бы объяснить полученные результаты, и с этой целью исследовали размер мозга птиц. Они обнаружили, что виды, способные к вокальному обучению имели значительно больший относительный размер мозга, репертуар вокализации и сложность вокального обучения также в значительной степени были связаны с относительным размером мозга.
Предположение о связи между человеческой разговорной речью, развитыми когнитивными способностями и большим размером мозга по сравнению с другими видами существует уже довольно давно. В этом исследовании американским ученым количественно удалось проверить такие корреляции между видами в линии птиц, обучающихся вокалу, что может служить моделью для тестирования других линий птиц и млекопитающих.
Текст: Виктория Киричок
Jean—Nicolas Audet et al. Songbird species that display more-complex vocal learning are better problem-solvers and have larger brains. Science 381,1170-1175(2023).
