Wetenschappelijk onderzoek naar het vocaal leren van dieren

Gewone en grijze zeehonden behoren tot een speciale groep dieren. Dieren die, net als mensen, het vermogen hebben om hun stem in de loop van hun leven te vormen. Dit noem je ‘vocaal leren’. Ook papegaaien, zangvogels en vleermuizen hebben dit vermogen. Iedereen kent wel het voorbeeld van papegaaien die, wanneer ze door mensen worden opgevoed, menselijke geluiden gaan nadoen. Zeehonden kunnen dit ook! Een goed en heel bijzonder voorbeeld hiervan is een zeehond genaamd Hoover die verbleef in het New England Aquarium in Boston. Hoover werd opgevoed door mensen en leerde praten. Andrea Ravignani doet bij het Zeehondencentrum onderzoek naar het bijzondere spraakvermogen van zeehondenpups als onderdeel van zijn aanstelling bij het Max Planck instituut.

Lees hier meer over zijn onderzoeksgroep.

Waarom spreken mensen? En waarom huilen zeehondenpups?

andrea 1Dr. Andrea Ravignani is een Italiaanse wetenschapper die gefascineerd is door de vraag hoe dieren – en mensen – geluiden leren maken. De antwoorden op deze twee vragen zou nog wel eens verassend dicht bij elkaar kunnen liggen. Zijn team onderzoekt op verschillende manieren hoe dat werkt bij de zeehondenpups die in Pieterburen zijn opgevangen, zonder daarbij het zorgproces te vertragen of verstoren. Dit non-invasieve onderzoek bestaat namelijk onder andere uit het opnemen van de geluiden die de pups maken en ze bloot stellen aan geluiden die ze anders op zee ook te horen krijgen.

andrea 3Is het je ooit opgevallen hoe baby’s (menselijke pups) beginnen te huilen, vervolgens onduidelijke geluiden maken en hoe dit vervolgens langzaam verandert in taal? Iets soortgelijks gebeurt bij zeehonden. Het geluid of de stem van iedere zeehondenpup is heel anders. De stem van de pups verandert bovendien nog naarmate zij ouder worden. Sterker nog, inmiddels heeft Andrea aangetoond dat gewone en grijze zeehonden lid zijn van een zeer specifieke groep dieren. Dieren die, net als mensen, het vermogen hebben om hun stem in de loop van hun leven te vormen. Dit noem je ‘vocaal leren’. Ook papegaaien, zangvogels en vleermuizen hebben dit vermogen.

Een goed en heel bijzonder voorbeeld hiervan is een zeehond genaamd Hoover die verbleef in het New England Aquarium in Boston. Hoover werd opgevoed door mensen en leerde praten. Het is wekelijk ongelofelijk wanneer je dit beluistert. Op YouTube kun je horen hoe dat klinkt in het fragment “Hoover the Talking Seal”. Zeehonden leren dus geluiden maken via imitatie van soortgenoten, waarna ze er een heel eigen geluid van maken. Ze zijn daarmee misschien wel de diersoort die het dichtst bij ons staat wat betreft ‘vocale imitatie’.

 

Het onderzoek van Andrea en zijn team is om twee redenen belangrijk: Aan de ene kant helpt het ons een beter begrip te krijgen van zeehonden en wat belangrijk voor hen is in de eerste fase van hun leven. Aan de andere kant geeft het ons een kijkje in de evolutie van de mens. Menselijke evolutie is namelijk heel moeilijk te reconstrueren zonder een tijdmachine, met name wat betreft de ontwikkeling van eigenschappen die zich in de loop der jaren ontwikkelen, zoals spraak en taal. Om deze communicatie nu bij zeehonden te bestuderen is een compleet nieuw veld van onderzoek, wat nu al heeft geleid tot bijzondere resultaten.

 

We zetten er een aantal op een rijtje:

December 2018 - Zeehondenpups communiceren als mensen

In december 2018 publiceerde Dr. Andrea Ravignani over zijn ontdekking dat zeehondenpups hun communicatie afstemmen op basis van het geluid van andere pups. Gevoel voor ritme en timing is nog nooit eerder aangetoond bij zeehonden. Dit onderzoek geeft een inzicht in de evolutie van vocale communicatie van zowel zeehonden, maar ook mensen.

Onderzoek van dr. Andrea Ravignani voerde dit onderzoek uit vanuit het Artificial Intelligence Lab van de Vrije Universiteit Brussel in het Zeehondencentrum Pieterburen. Het toonde voor het eerst aan dat zeehondenpups complex communicatiegedrag vertonen. Hij observeerde dat zeehondenpups het geluid dat maken en vooral het ritme dat ze aanhouden, aanpassen aan datgene wat een andere pup doet. Simpel gezegd: ze maken om de beurt geluid. Hoe simpel dit ook klinkt, het is nog nooit eerder aangetoond bij zeehonden en is kenmerkend voor dieren die er complexe communicatie op na houden. Het onderzoek verscheen in het 'Journal of Comparative Psychology'.

Ravignani: "Wij mensen beschouwen vaak onze communicatie als iets dat veel complexer is dan dat van andere dieren. Wat we zien bij zeehondenpups is echter verbazingwekkend: zelfs op de leeftijd van 4 weken lijken ze al een zeer precieze en flexibele timing in hun communicatie te vertonen, in zekere zin behoorlijk vergelijkbaar met de afwisseling die we zien in menselijke gesprekken of in een muzikale canon. ”

De ontdekking sluit goed aan bij wetenschappelijk werk dat door het Zeehondencentrum werd gedaan aan het gedrag van moeders en pups in het wild. Hieruit blijkt dat pups bij meerdere moeders zogen. Het is dus belangrijk dat pups “opvallen” tussen soortgenoten en daarom hun roep aanpassen.

Ravignani: "Deze bevinding was vrij onverwacht en in eerste instantie zelfs contra-intuïtief. Communicatie bij Gewone zeehonden is namelijk meestal verticaal, dus tussen moeder en pups en niet tussen pups en pups. Wat we hier echter zien, is horizontale communicatie: het ritme van de ene pup bepaalt de ritmes van een andere pups. En hoewel dit verrassend is binnen de klassieke kennis van moeder-pup interactie van Gewone zeehonden, sluiten mijn bevindingen goed aan bij het gedragsonderzoek dat het Zeehondencentrum met Universiteit Groningen uitvoert. "

Het onderzoek was onderdeel van een 2-jarig onderzoeksprogramma dat Ravignani uitvoerde met behulp van een Marie-Curie beurs.

pup calling

Oktober 2021 - Zeehonden en de evolutie van menselijke spraak

Zeehonden zijn goed in geluiden leren. De ‘pratende zeehond’ Hoover kon zelfs menselijke spraak nadoen. Maar kunnen jonge zeehonden hun geluiden al aanpassen aan de omgeving? Onderzoekers van het Max Planck Instituut voor Psycholinguïstiek, de Vrije Universiteit Brussel en het Zeehondencentrum Pieterburen bestudeerden zeehondenpups van een paar weken oud. Als de zeehondenpups hardere omgevingsgeluiden hoorden riepen ze zelf met een lagere toonhoogte. Zeehonden zijn daarmee heel geschikt voor onderzoek naar de evolutie van menselijke spraak.

De zeehond Hoover was als pup in huis gehaald door een Amerikaans gezin. Ook nadat hij al naar een aquarium was verhuisd bleef hij menselijke spraak nadoen: hij blafte met zijn barse stem naar bezoekers (“Come over here”). Zeehonden behoren dan ook tot de kleine groep zoogdieren die geluiden kunnen leren nadoen, ook wel ‘vocaal leren’ genoemd.

Het is helemaal bijzonder als dieren de toonhoogte van hun stem kunnen aanpassen: een belangrijke eigenschap van het menselijk spraakvermogen. Senior onderzoeker Andrea Ravignani vertelt: “Door deze bijzondere zoogdieren te bestuderen hopen we uiteindelijk beter te begrijpen hoe mensen spraak hebben ontwikkeld en waarom we zelf zo’n spraakzame diersoort zijn”. Wat Ravignani en zijn collega’s vooral wilden weten: zouden zeehonden hun toonhoogte al vanaf jonge leeftijd kunnen aanpassen?

Geluiden van de Waddenzee

De onderzoekers besloten acht zeehondenpups van 1 tot 3 weken oud te bestuderen. De zeehonden verbleven al in zeehondencentrum Pieterburen om aan te sterken. Na 2 tot 3 maanden in de opvang werden ze in het wild vrijgelaten. Om te onderzoeken of de zeehondenpups hun geluiden konden aanpassen aan omgevingsgeluid maakten de biologe eerst opnamen van natuurlijke omgevingsgeluiden van de Waddenzee. Deze geluiden werden een paar dagen lang in het verblijf van de zeehonden afgespeeld, op drie verschillende geluidsniveaus (van geen geluid tot 65 dB). De toonhoogte van de omgevingsgeluiden was vergelijkbaar met die van de zeehondengeluiden. De onderzoekers maakten ook opnamen van de zeehondengeluidjes. Zouden de pups zich aanpassen aan het omgevingsgeluid en hoger of lager gaan roepen?

Bij hardere omgevingsgeluiden riepen de zeehonden met een lagere toonhoogte. Bij de hardste geluiden bleef hun toonhoogte ook het meest stabiel. Eén zeehond vertoonde ook duidelijk het ‘Lombard’ effect: hij ging harder roepen bij harder omgevingsgeluid. Dit effect is ook typisch voor menselijke spraak: mensen gaan harder praten als er omgevingslawaai is, zodat ze beter te verstaan zijn. Maar de zeehonden riepen niet vaker of langer bij de verschillende geluidsniveaus.

Hersenbanen

Ook heel jonge zeehonden kunnen dus hun geluiden al aanpassen aan de omgeving door op een andere toonhoogte te roepen. Dat vermogen delen ze met mensen en vleermuizen, en is dus bijzonder voor een zoogdier. Andere dieren roepen in vergelijkbare experimenten alleen harder.

“De zeehondenpups hebben een veel betere controle over hun vocalisaties dan we dachten”, zegt Ravignani. “En ze hebben al controle over hun stem als ze nog maar een paar weken oud zijn. Dat is uniek in de dierenwereld. We dachten dat alleen mensen een directe verbinding hadden tussen de hersenschors en het strottenhoofd. Maar zeehonden lijken deze verbindingen dus ook te hebben. Dat brengt ons weer een stap dichter bij het ontrafelen van het mysterie van menselijke spraak.”

Dierenarts en onderzoeker bij zeehondencentrum Pieterburen Anna Salazar Casals voegt daaraan toe: “Als opvang werken we graag mee aan onderzoek, om de dieren beter te begrijpen en ze nog beter te kunnen beschermen. Deze nieuwe inzichten kunnen we bijvoorbeeld gebruiken bij het opzetten van nieuwe opvangfaciliteiten of bij het bepalen waar rustgebieden in het wild aan moeten voldoen.”

 

Publicatie

Laura Torres Borda, Yannick Jadoul, Heikki Rasilo, Anna Salazar Casals & Andrea Ravignani (2021). Vocal plasticity in harbour seal pups. Phil. Trans. R. Soc. B, 376: 20200456.

ZHC Vocaal leren zeehonden John O Connor 

April 2022 - Anatomische studie bevestigt: zeehonden leren geluiden maken

Zeehonden klinken soms groter of kleiner dan je zou verwachten op grond van hun lichaamsgrootte. Komt dat door hun vocale talenten of door een anatomische aanpassing? Een internationaal team onder leiding van wetenschappers van het Max Planck Instituut voor Psycholinguïstiek in Nijmegen onderzocht de anatomie van het zeehondenstrottenhoofd, die precies bleek te passen bij hun lichaamsgrootte. Volgens de onderzoekers kunnen zeehonden nieuwe geluiden leren maken door hun vocaal leervermogen en hersenen, niet door hun anatomie.

De meeste dieren maken geluiden die passen bij hun lichaamsgrootte. Een groter dier zal lager klinken omdat het strottenhoofd langer is: het met lucht gevulde kanaal in de hals waarin de stembanden zich bevinden. Maar zeehonden klinken niet altijd zoals ze eruit zien. Soms klinken ze lager en dus groter, bijvoorbeeld om indruk te maken op een rivaal. Of hoger en dus kleiner, bijvoorbeeld om meer aandacht van hun moeder te krijgen. Zijn deze dieren goed in het leren van geluiden (vocaal leren) of heeft hun strottenhoofd zich aangepast om flexibeler te kunnen zijn?

Zeehondencentrum Pieterburen

Om deze vraag te beantwoorden werkten promovendus Koen de Reus en senior onderzoeker Andrea Ravignani van het MPI samen met onderzoekers van Zeehondencentrum Pieterburen. Het team mat de strottenhoofden en lichaamsgrootte (lengte en gewicht) van 68 jonge zeehonden (tot 12 maanden oud), die gestorven waren voor of na een reddingspoging. De onderzoekers analyseerden daarnaast eerder opgenomen zeehondengeluiden en bevestigden daarmee het grote bereik in toonhoogte van de zeehond.

De Reus en Ravignani vonden dat de lengte van het zeehondenstrottenhoofd precies paste bij hun lichaamsgrootte. Er waren dus geen anatomische verklaringen voor hun vocale talenten. Volgens de onderzoekers kan alleen het vocale leervermogen van zeehonden verklaren waarom ze niet altijd klinken zoals ze eruit zien.

Vocaal leervermogen

“Dieren met vocaal leervermogen zullen anders klinken dan verwacht op basis van hun lichaamsgrootte, maar de lengte van hun strottenhoofd past wel bij hun lichaamsgrootte. Deze gecombineerde akoestische en anatomische gegevens kunnen ons helpen om meer van dit soort dieren te vinden”, zegt de Reus. “Het bestuderen van meerdere diersoorten met dit vermogen gaat ons ook helpen bij het vinden van de biologische basis van vocaal leren. En mogelijk geeft het ook inzicht in de evolutie van complexe communicatiesystemen zoals spraak”.

“Hoe meer we zeehonden onderzoeken, hoe meer we zien dat ze ons iets kunnen vertellen over het menselijke spraakvermogen”, voegt Ravignani toe.

 

Publicatie

Koen de Reus, Daryll Carlson, Alice Lowry, Stephanie Gross, Maxime Garcia, Ana Rubio-Garcia, Anna Salazar-Casals & Andrea Ravignani (2022). Vocal tract allometry in a mammalian vocal learner. 10.1242/jeb.243766

KoendeReus Zeehond Vocaal leren