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发声产生学习(vocal production learning)已知存在于少数非人类类群中。在鸟类中,斑胸草雀(Taeniopygia guttata)等鸣禽通常被作为封闭型学习者(closed-ended learner)研究,仅在早期敏感期内获得其鸣声曲
发声产生学习(vocal production learning)已知存在于少数非人类类群中。在鸟类中,斑胸草雀(Taeniopygia guttata)等鸣禽通常被作为封闭型学习者(closed-ended learner)研究,仅在早期敏感期内获得其鸣声曲目;而鹦鹉等开放型学习者(open-ended learner)则可在整个生命过程中获得新的发声。然而,针对开放型学习者在不同发育阶段的发声学习过程,研究关注相对较少。虎皮鹦鹉(Melopsittacus undulatus)等开放型学习者是否在成年后仍保持高水平的发声学习能力,尚待深入探究。本研究通过比较不同年龄虎皮鹦鹉学习人类语音的能力,考察了发声学习能力的年龄相关差异。研究人员发现,学习人类发声的能力可保留至成年早期;但与幼鸟相比,青年成鸟在训练期内成功学习的概率较低,整体模仿相似度也较低。值得注意的是,青年成鸟在发声输出的时间顺序相似性上显著高于幼鸟。然而,3–4岁的虎皮鹦鹉无法学会人类语音。这些结果表明,尽管虎皮鹦鹉属于开放型学习者,其发声学习能力仍随年龄增长而下降。该结果为理解开放型发声学习及其在不同发育阶段的变化提供了实验证据,也为人类语言学习的比较研究提供了参考。
发声学习(vocal production learning,通过听觉经验模仿并产生声音的能力)是语言的重要组成,在非人类动物中仅见于鲸类、鳍足类、蝙蝠、大象以及鸟类中的鸣禽、鹦鹉和蜂鸟。鸟类中,斑胸草雀(Taeniopygia guttata)等封闭型学习者(closed-ended learner,只在发育早期敏感期获得鸣声的物种)已被广泛研究,而鹦鹉等开放型学习者(open-ended learner,可在成年后继续获得新发声的物种)受到的关注相对较少。虎皮鹦鹉(Melopsittacus undulatus)是典型的开放型学习者,但其能否在成年后保持高水平发声学习能力,以及不同发育阶段学习能力如何变化,仍缺乏系统实证。已有证据多为零散报告,未定量刻画学习速率、模仿质量与声学特征随年龄的变化。为此,研究人员纳入25只雄性虎皮鹦鹉,分为1月龄幼鸟(n=6)、1岁青年成鸟(n=9)和3–4岁老年成鸟(n=10),利用交互式人类语音教学训练其模仿人类语音,并测量学习速率、模仿质量和声学特征。结果显示,虎皮鹦鹉能够习得人类语音;1月龄组全部成功,1岁组仅55.6%成功,3–4岁组无一成功;但首次模仿天数和首次完成整句天数在幼鸟与青年成鸟间无显著差异。青年成鸟的模仿相似度低于幼鸟,而时间顺序相似性却更高。这表明开放型学习者的学习能力并非终身恒定,而是随年龄下降。该研究为理解开放型发声学习及其发育阶段变化提供了实验证据,也为人类语言学习比较研究提供了参考。
研究人员采用的关键方法如下。样本包括25只无实验经历的雄性虎皮鹦鹉:1月龄组6只(4只兰州大学实验室繁育,2只兰州宠物市场购入)、1岁组9只(实验室繁育)、3–4岁组10只(2021年3月购入并饲养至相应年龄)。训练由同一训练者L.M.在隔音室内每日3次、每次10分钟进行交互式教学,语料为“hu pi hui shuo hua”(意为“虎皮会说话”),无任何强化;训练上限分别为幼鸟40天、青年成鸟60天、老年成鸟60–78天。录音采用Tascam DR-07X和Sennheiser MKE200,44.1 kHz/16-bit。使用Raven Pro 1.6进行声学分割;三名评分者独立听音识别模仿(Fleiss' κ=0.428)。以马氏距离(Mahalanobis distance,一种考虑变量相关性的距离度量)基于9个声学特征比较虎皮鹦鹉发声与人类模板的声学距离;以Sound Analysis Pro 2011提取相似性(Similarity)、准确性(Accuracy)和顺序性(Sequential)三个指标;采用Fisher精确检验、Wilcoxon秩和检验和线性混合效应模型(LMM)进行统计分析。
3.1 不同发育阶段发声学习表现的差异
通过Fisher精确检验比较三组学习成功率,发现1月龄组全部(100%)学会,1岁组5/9(55.6%)学会,3–4岁组0/10(0%)学会,差异显著(p<0.001)。Wilcoxon秩和检验显示,首次模仿天数和首次完成整句天数在1月龄与1岁组间均无显著差异(分别为12.17±3.13天对14.40±4.39天,以及14.83±5.74天对19.20±7.26天)。声谱图显示,模仿声保留了人类语音的低频能量分布(<4 kHz)和类似音节的节奏结构,而虎皮鹦鹉的自然鸣声缺乏这些特征。
3.2 虎皮鹦鹉发声与人类语音模板的声学距离
基于马氏距离分析,两个年龄组中模仿声到人类模板的距离均显著小于训练前和训练后自然鸣声的距离(Bonferroni校正p<0.001);1岁组模仿声的距离略大于1月龄组(26.33±7.75对24.88±11.41,p=0.002)。训练前与训练后自然鸣声的距离无显著差异,说明声学趋近是学习引起的变化而非发育性变化。男女人类语音样本间的距离为26.15±4.49,与虎皮鹦鹉模仿声到模板的距离相当,表明鸟类的模仿已达到人类个体间自然差异范围。
3.3 不同年龄发声学习随时间的变化与差异
SAP指标显示,1月龄组在早期、中期和晚期的相似性均显著高于1岁组;准确性仅在早期显著更高,中期和晚期无显著差异;顺序性在三个时期均显著低于1岁组。线性混合效应模型显示,训练天数显著影响发声学习:1月龄组的相似性和准确性随训练天数增加,顺序性轻微下降;1岁组的相似性随天数增加,准确性无显著变化,顺序性显著下降。这说明幼鸟的整体声学模仿调整更高效,而青年成鸟在时间顺序结构上反而更接近模板,但该优势随训练进展而减弱。
讨论部分,研究人员指出,虎皮鹦鹉对人类语音的模仿可能与其高度社会性有关;在隔离同类的条件下,人类声音可能被视为新的社会信号,从而促使跨物种声音模仿。年龄差异方面,3–4岁个体未能习得人类语音,但不代表完全丧失发声学习能力,既往研究曾发现老年虎皮鹦鹉仍能学习同种接触叫声;这一失败也可能与发声动机下降、注意力衰退以及训练时长等因素有关。由于训练中未提供任何强化,年龄差异不太可能由强化敏感性差异解释。顺序性与相似性、准确性呈现相反轨迹,提示声音序列组织与声学细节加工可能由部分可分离的机制支撑。研究结论部分可翻译为:这些发现凸显了鹦鹉中与年龄相关的发声学习差异,为理解不同年龄阶段开放型发声学习的变化提供了有价值的参考。