Пути к расшифровке языка животных

Особые приметы звукового сигнала

Удивительное свойство человека и животных в первую очередь обращать внимание на главные отличительные признаки окружающих нас предметов значительно упрощает процесс восприятия. Если говорить о зрении, то ведь всем известно, что, руководствуясь особыми приметами, мы с большого расстояния можем безошибочно узнать многих животных. Так, в появившемся на вершине дальней сопки звере с большими ветвистыми рогами все без исключения узнают оленя. Для этого даже не потребуется сильная оптика, так как в данном случае детали не имеют принципиального значения. Главный отличительный признак используется при опознании не только с больших, но и с близких расстояний. В качестве примера можно вспомнить, как любители птиц узнают варакушку. Особая примета этой птички - яркое голубое пятно с рыжей или белой звездочкой в центре грудки, поэтому внимание натуралистов сконцентрировано именно на этом признаке.

Этот же принцип выделения особых примет, или наиболее информативных признаков, положен в основу опознания и звуковых сигналов. Несмотря на то, что для полного представления о сложном звуке требуется учитывать его многочисленные разнообразные физические свойства, для опознания же достаточен лишь некоторый минимум информации. Поиск особых примет сигналов проводится учеными в нескольких направлениях. Одно из них включает формальный анализ параметров звуков и последующее выявление из их числа статистически устойчивых признаков. В работах, использующих такой подход, оцениваются элементарные физические характеристики сигналов, которые, теоретически рассуждая, могут содержать полезную для распознавания слуховых образов информацию. Однако в такого рода исследованиях фактически не учитываются физиологические особенности слухового восприятия сложных звуков.

Иное направление развивают специалисты в области электрофизиологии. Они изучают специфические реакции разных отделов головного мозга животных на биокоммуникационные сигналы. Применение электрофизиологического метода для выявления информативных признаков звуковых сигналов было стимулировано успехами физиологов, занимающихся изучением функционирования других органов чувств и в целом сенсорных систем. Так, например, в зрительной системе были выявлены группы нейронов-детекторов, то есть нейронов-обнаружителей разных признаков зрительного стимула - наклона изображения предмета на сетчатке глаза и скорости его движения. Открытие в зрительной системе разных групп нейронов, каждая из которых избирательно отвечает на тот или иной специфический признак оцениваемого объекта или явления, дало толчок к поиску детекторов важнейших свойств звуковых сигналов.

Вскоре, действительно, в разных отделах слуховой системы были обнаружены нейроны, отвечающие специализированной реакцией на приближение и удаление звука. Затем у млекопитающих были выявлены нейроны, отвечающие на тоны, частоты которых находятся в гармоническом отношении. Эти нейроны рассматривают сейчас как детекторы гласных звуков. Кроме того, обнаружены нейроны, отвечающие на частотно-модулированные сигналы. Одни из них реагируют как на повышающуюся, так и на понижающуюся частоту звука, другие - только на одно из этих направлений частотной модуляции. Совокупность таких нейронов рассматривают как детекторы согласных и как детекторы переходных, процессов в звуковом сигнале. Проведенные электрофизиологические исследования позволяют заключить, что количество нейронов-обнаружителей признаков сложных сигналов возрастает от периферических отделов слуховой системы к центральным. Однако наличие у млекопитающих узкоспециализированных нейронов, избирательно реагирующих на амплитудно- или частотно-модулированные звуки, еще не означает, что именно они воспринимают категорийные признаки звуковых сигналов. Пока что попытки исследователей обнаружить в слуховой системе животных нейроны-детекторы смысловых свойств звуковых коммуникационных сигналов, строго говоря, не увенчались успехом.

В ряде работ зарубежных исследователей, проведенных на полуобезьянах - тупайах и высших приматах - саймири, было показано, что в слуховой коре головного мозга животных только до восьми процентов нейронов избирательно реагирует на определенный тип внутривидовых сигналов. Кроме того, имеются факты, указывающие на отсутствие инвариантных, то есть не изменяющихся, ответов нейтронов слуховой области коры головного мозга животных на близкие по физическим характеристикам звуки, относящиеся к одному и тому же типу коммуникационного сигнала.

Отсутствие инвариантности реакции нейронов слуховой системы по отношению к элементарным параметрам звука - интенсивности, длительности, частоты, а также наличие лишь незначительного количества нейронов, обладающих категориальным типом реакции, заставили исследователей предположить, что процесс декодирования биологически значимой информации, заложенной в звуковом сигнале, происходит в других отделах мозга. В настоящее время считается, что такими отделами могут являться части головного мозга, не относящиеся к слуховой системе, но получающие слуховую информацию. Не останавливаясь на этом направлении исследований, отметим, что далеко не во всех проведенных работах удалось обнаружить в таких неспецифических отделах мозга животных нейроны, избирательно реагирующие на коммуникационные сигналы. Очевидно, процесс опознавания биологически значимых звуковых сигналов опосредован сложной сетью взаимодействия нейронов высших уровней слухового пути и неспецифических отделов мозга.

Наконец, последнее и, пожалуй, наиболее перспективное направление исследований важнейших признаков биокоммуникационных и локационных сигналов основано на изучении последствий предъявления синтезированных звуков животным в условиях их свободного или заранее сформированного поведения. Использование в таких работах синтезированных сигналов - чрезвычайно плодотворный подход. Он позволяет в подаваемом звуковом стимуле произвольно изменять любой параметр, сохраняя или исключая другие параметры. Короче говоря, поступать точно так же, как поступают физиологи в классических исследованиях по опознанию животными зрительных образов.