EN / DA
Krop og sind

Hjernen er ikke alene om at udvikle evnen til at tale

Silkeaber har på grund af deres stemmer stor interesse blandt forskere, der studerer udvikling af tale hos mennesker. Nu kan forskere fra blandt andet Syddansk Universitet vise, at ikke bare hjernen, men også fysiske forandringer i struben, udvikler abernes stemmer.

Hvordan udvikles evnen til at tale? Er det social kontakt, hjernen eller fysiske forandringer i strubehovedet?

Svaret er ifølge et nyt studie lidt af det hele.

Forskere fra Syddansk Universitet og Princeton University studerede udviklingen af silkeabers skrig fra barndommen til voksenlivet. Forskningen kaster nyt lys over stemmens udvikling, ikke bare for silkeaber, men også for mennesker.

”Normalt tænker vi på hjernen som et alt-kontrollerende organ, der styrer udviklingen af alle kroppens organer og funktioner, men sådan er det ikke altid. Flere og flere beviser peger på, at neurologien ikke kan ignorere resten af kroppen og dens evne til at løse problemer uafhængigt af hjernen,” fortæller forskeren bag det nye studie, lektor Coen Elemans fra Syddansk Universitet.

Studiet er for nylig offentliggjort i Nature Communications.

Meget få dyr kan lære at tale

Mennesker er næsten helt alene i dyreriget med vores evne til at tale.

Blot nogle enkelte arter af havpattedyr, sangfugle, flagermus og, ifølge Coen Elemans, tre individuelle elefantarter er udstyret med både hjernen, organerne og erfaringen til at ”tale”.

Blandt mennesker starter babyer tidligt med at lave lyde. Derefter fanger de de rette frekvenser, og med tiden danner de ord, der til sidst bliver til sætninger. Det tager år at mestre.

Forskere har brug for modeldyr for at kunne lave eksperimenter til at studere, hvordan tale udvikles, eller hvordan sygdomme rammer evnen til at tale. Det er dog lettere sagt end gjort.

Vores nærmeste slægtninge, chimpanserne, kan ikke lære at tale, uanset hvor meget forskere har prøvet at lære dem det. Samtidig vil en chimpanse altid ende med at lyde som en chimpanse, selv om den aldrig har været i kontakt med andre chimpanser.

Den kan med andre ord ikke lære sprog.

Det er omvendt med mennesker. Et menneske, som aldrig har været i kontakt med andre mennesker, vil aldrig lære at tale. Det kræver social omgang med andre mennesker at lære det.

”Det har altid været debatteret, hvilke dyr der kan lære at tale og dermed være gode modeldyr til at studere, hvordan menneskers tale udvikles. Det ville være fantastisk, hvis mus kunne lære at tale, og vi kunne bruge dem til at studere, hvordan denne form for kommunikation udvikles, men sådan forholder det sig desværre ikke,” forklarer Coen Elemans.

Silkeaber lærer sprog gennem social adfærd

For nogle år siden opdagede forskere fra Princeton University, at silkeaber ligesom mennesker gennemgår en udvikling i deres måde at tale på.

De laver én form for lyde, når de er små, og udvikler en anden form for lyde, når de bliver voksne. Mere specifikt udvikler de evnen til at sige nogle lyde med meget højt pitch, jo ældre de bliver.

Forskerne fra Princeton University viste i det tidligere studie, at social omgang med andre silkeaber kræves for at udvikle dette høje pitch.

”Det skabte røre i forskningsverden, fordi vi nu muligvis havde en god model for at studere udvikling af tale hos mennesker,” siger Coen Elemans.

Fysiologiske ændringer forklarer skiftet i silkeabers skrig

I det nye studie har Coen Elemans med kollegaer undersøgt, hvad der fysiologisk sker, når silkeaberne går fra at lave deres barnlige skrig til at producere lyde med højt pitch.

Størstedelen af stemmens udvikling faktisk skyldes fysiologiske ændringer i strubehovedet og ikke så meget social adfærd eller input fra hjernen. Strubehovedet modnes under puberteten.

Fundet er vigtigt, fordi det stiller en alternativ forklaring på, hvordan silkeabers stemmer udvikler sig fra barndommen til voksenlivet.

”Det underminerer tidligere resultater, og det er et meget godt eksempel på, at neurovidenskaben ofte glemmer, at hjernen sidder i en krop, som kan ændre sig og ændre adfærd,” siger Coen Elemans.

Pustede luft gennem strubehovedet på døde silkeaber

Coen Elemans og kollegaer optog silkeabers skrig for at identificere deres forskellige karakteristika, så skrigene kunne genskabes i laboratoriet.

Derefter nærstuderede de strubehoveder fra døde silkeaber på forskellige tidspunkter i deres udvikling.

De pustede luft igennem strubehovederne og manipulerede forskellige muskler elektrisk for at finde frem til de samme lyde, som silkeaberne producerede naturligt. Samtidig optog de strubehovedernes bevægelser med højhastighedskameraer.

Optagelserne viste, at silkeabernes tidligste skrig blev dannet ved at vibrere stemmebåndene, mens de høje pitcher blev skabt ved at få membranerne over stemmebåndene til at vibrere.

Opdagelsen peger på, at kroppen selv, og ikke hjernen, forårsager overgangen fra den ene måde at kommunikere på til en anden.

Svært at lave lignende forsøg med mennesker

Studiet peger på, at tale udvikles på forskellige måder gennem livet.

Noget er styret af hjernen og andet af den sociale kontakt med forældrene og andre. Men fysiologiske ændringer spiller også en rolle.

Ifølge Coen Elemans er det i fremtiden fortsat interessant at studere silkeaber, fordi det er meget svært at lave lignende forsøg med mennesker.

Strubehoveder fra voksne, der er afgået ved døden, kan studeres, men det er langt sværere at komme til at studere strubehoveder fra børn på forskellige tidspunkter i deres udvikling.

”Derfor er silkeaber stadig en god model til at studere, hvad der sker i mennesker, når de udvikler evnen til at tale,” siger Coen Elemans.

Vocal state change through laryngeal development” er udgivet i Nature Communications. Medforfatter Coen Elemans fik i 2017 støtte fra Novo Nordisk Fonden til projektet ”Give Voice to Your Body: Decoding Vocal Motor Control”.

Coen P.H. Elemans
Associate Professor
Physical mechanisms for making sound We found that birds make sound using the same physical mechanisms as mammals do. In songbirds we have a much more detailed understanding how neurons in the brain contribute to song compared to human, but we didn't know how sound was produced and still don't know much about how sound is actually controlled. Our finding allows us to tap into over 60 years of knowledge on the human voice to jumpstart our understanding of sound production and control in birds. We discovered that mice make their ultrasonic courtship songs by tiny whistles in their larynx, a mechanism that has only been observed by supersonic jet engines. It is important to understand how mice make their ultrasonic love songs because they are a vital tool for linking
gene mutations to behavior in
mouse models of communication disorders, such as autism. How do you make sound with a larynx when you return to water and have no airflow available? We discovered that the fully aquatic African clawed frogs evolved a novel mechanism of sound production using a heavily modified larynx. Superfast motor control of sound production Superfast muscles are the fastest synchronous vertebrate muscles known and due to their extreme performance have provided valuable insights in basic muscle cell functions, such as rate-limiting steps during excitation-contraction coupling. The phenotype was thought to be extremely rare, but work from our lab has showed it to be ubiquitous in vocal control in birds and mammals and crucial for their communication and survival. In 2017 we showed that SFM operate at a maximum operational speed set by fundamental constraints in synchronous muscle. These constraints set a fundamental limit to the maximum speed of fine motor control.