Московские биологи расшифровали общий для человека и животных язык

Все животные общаются между собой. Правда, звуки, которые издают млекопитающие, даже наши ближайшие родственники -- приматы, принципиально отличаются от речи человека. В ней звук и его значение могут соотноситься между собой совершенно по-разному. На разных языках собака может быть и дог, и хунд, и шьен, а для маленьких детей -- гав или ава. В то же время в животном мире структура звука и его функция более тесно связаны, например, крики тревоги одного вида очень похожи между собой.

Речь человека – это дискретная комбинаторная система: она состоит из конечного числа элементов – например, слов, и перестановка слов в предложении может полностью менять его смысл (сравните: «Ты пошел» и «Пошел ты!»). Речь человека контролируется корой больших полушарий, а видоспецифические звуки всех млекопитающих, в том числе и высших приматов, контролируются лимбической системой мозга.

И все же нам часто кажется, что мы понимаем животных, а они понимают нас. И это не самообман. В звуках животных и в речи человека есть некая общность – она касается эмоционального состояния.

«На это обратил внимание еще Чарльз Дарвин в книге «Выражение эмоций у человека и животных», -- напомнил корреспонденту Infox.ru старший научный сотрудник кафедры зоологии позвоночных биологического факультета МГУ и научного отдела Московского зоопарка, кандидат биологических наук Илья Володин. -- Но подробное изучение этого феномена началось совсем недавно с появлением мощных компьютерных программ для обработки звука. Мы обнаружили, что существуют общие принципы кодирования эмоционального возбуждения в звуках, которые позволяют нам понимать эмоции наших домашних питомцев, а им -- считывать эмоции из нашей речи».

Как изучают звуки

Звуковые колебания – это волновой процесс. Современная техника позволяет не только записывать звуки на магнитофон, но и проводить компьютерный спектрографический анализ, чтобы точно измерить их физические характеристики: временные, частотные и энергетические.

Временные параметры описывают длительность звука, интервалы между звуками, частоту следования звуков и долю вокальной активности за промежуток времени. Частотные параметры включают основную частоту (она соответствует частоте колебания голосовых связок), ее изменения и модуляции (интервал между максимальной и минимальной основной частотой). Наконец, энергетические параметры описывают распределение энергии в спектре звука. Среди них выделяют доминантную частоту, на которой сосредоточен максимум энергии звука. Энергия звука – это его мощность.

Близость врага заставляет кричать чаще и выше

Сотрудники научного отдела Московского зоопарка Илья и Елена Володины впервые натолкнулись на некие закономерности в звуках при разном эмоциональном состоянии в работе со светлыми песчанками. Это грызуны, живущие в Северной Африке, но их часто держат дома, так как они хорошо размножаются в неволе. По этой же причине светлые песчанки – хорошие лабораторные животные. Ученые записывали вокализацию светлых песчанок в зависимости от близости партнера-соперника. Затем они провели дополнительные эксперименты с другим видом песчанок и с обыкновенной лисицей (серебристо-черная разновидность) на экспериментальной звероферме Института цитологии и генетики РАН в Новосибирске.

В эксперименте двух взрослых самцов песчанок высаживали на незнакомой для них территории. Они начинали выяснять между собой отношения, и через какое-то время один самец признавал себя побежденным. В дальнейшем роли победителя и побежденного не менялись: один самец угрожал, другой – защищался и кричал.

При анализе видеозаписей эксперимента расстояние от победителя до побежденного считали показателем степени дискомфорта (страха), который испытывает побежденный. Чем меньше расстояние, тем больше страх. Крики побежденного самца записывали и анализировали.

В опытах с лисицами на звероферме источником опасности выступал человек. Дикие лисы боятся человека и стараются от него подальше отодвинуться, иногда принимают при этом странную позу – встают в стойку на передних лапах у противоположной стены вольеры, буквально распластавшись по сетке. Некоторые лисицы проделывали этот трюк молча, однако большинство из них кричат. В эксперименте человек постепенно приближается к лисице, а затем удаляется, при этом все ее крики записывают. Расстояние человека от зверя – мера дискомфорта.

«Оказалось, что у двух видов песчанок и у лисиц некоторые характеристики звуков изменялись сходным образом, -- рассказывает Илья Володин. – Чем короче расстояние до противника либо до человека, то есть чем сильнее страх, тем чаще становятся крики. Это временной параметр. Изменяются и частотные параметры – при сокращении дистанции до потенциального агрессора увеличивалась основная частота криков и усиливалась глубина частотной модуляции. Наконец, происходило перераспределение звуковой энергии в более высокочастотную область спектра».

Другими словами, чем больший страх испытывал зверь, тем чаще он кричал, тем более высокой была основная частота и тем мощнее звук в высокочастотной области. Страх – это пример негативного эмоционального состояния, так что эти закономерности можно распространить и на все прочие негативные эмоции (при положительных эмоциях животные обычно более молчаливы).

Плохо всем одинаково

При анализе литературы исследователи выяснили, что эти закономерности верны и для многих других видов млекопитающих. Вот несколько примеров.

Грызуны (суслик, пищуха, полевки, большая песчанка, сурок) реагируют на приближающегося человека более частыми криками тревоги. У сурикат при усилении угрозы от наземного или воздушного хищника длительность криков увеличивалась. Евразийская рысь при приближении человека реагировала увеличением доминантной частоты звуков.

Когда домашние собаки облаивали чужака, число лаев в единицу времени, а также основная и доминантная частоты были выше, чем при лае в других ситуациях. У домашних коров и быков при клеймении раскаленным железом крики отличаются более высокой основной частотой, большей глубиной частотной модуляции и большей интенсивностью, чем при ложном клеймении холодным железом. Те же закономерности наблюдаются при кастрации поросят. У голодных поросят число звуков в единицу времени, их длительность и доминантная частота выше, чем у недавно покормленных.

Когда к тупайям (древесная землеройка) в клетку подсаживали чужака, основная частота звуков у обороняющихся чужаков была выше, чем у нападающих резидентов. У обыкновенных игрунок (мартышки) при увеличении степени изоляции животного возрастала длительность, амплитуда, основная и доминантные частоты криков. У павианов гамадрилов на высоком уровне возбуждения отмечалась большая частота ворчаний и более высокая основная частота звука.

При страхе и радости мы повышаем голос

Но самое интересное, что эти закономерности обнаружили и в речи человека. Увидеть отражение в речи настоящих эмоций помогают несколько видов исследований. В первом специалисты расшифровывают «черные ящики» самолетов и вертолетов после катастрофы. При анализе голосов пилотов они обращают внимание на короткие фрагменты гласных звуков. Их анализируют теми же методами, что и звуки животных.

По этим показателям сравнивают разговор пилота с диспетчером при обычном, рутинном общении и голоса пилотов в момент, когда они осознают, что машина падает, и они ничего не могут предпринять. Другие расшифровки были сделаны в ситуации, когда пилоты военных истребителей внезапно понимают, что залетели в чужое воздушное пространство. И в том, и в другом случае оказалось, что на фоне сильных эмоций в гласных звуках возрастала основная частота, и энергия звука смещалась в высокочастотную область спектра.

У человека можно исследовать как отрицательные, так и положительные эмоции. Оказалось, что в ответах людей как на словесное одобрение, так и на порицание, увеличивалась основная и доминантная частота гласных звуков. То же происходит при страхе, гневе или, наоборот, радости в речи человека.

Наконец, выражение эмоционального состояния в звуках изучают на плаче младенцев. Выяснилось, что при болезнях или хирургических вмешательствах, во время которых младенцы испытывали боль, они начинают плакать не только чаще, но и на более высокой частоте. У голодных младенцев также более высокочастотный плач. И на него однозначно сильнее реагируют не только женщины, но и мужчины.

Возможно, считают Илья и Елена Володины, отражение эмоционального состояния в частотных и энергетических параметрах звуков – это и есть то кольцо Соломона, которое позволяет нам понимать братьев наших меньших, а им – понимать нас.