تشخیص تغییرات سطح در یک لحن آشنا: کاوش در زمین ، سرعت و timbre

انسانها یک ملودی را به طور مستقل از اینکه روی پیانو یا ویولن ، سریعتر یا کندتر یا در فرکانس های بالاتر یا پایین تر پخش می شود ، می شناسند. بخش اعظم راه درگیر شدن با موسیقی به توانایی ما در عادی سازی این تغییرات سطح متکی است. با وجود منحصر به فرد بودن دانشکده موسیقی ما ، این احتمال وجود دارد که جنبه های اصلی پردازش موسیقی از حساسیت های عمومی که قبلاً در گونه های دیگر وجود دارد ، پدیدار شود. در اینجا ما بررسی می کنیم که آیا حیوانات دیگر نسبت به تغییرات سطح در یک لحن واکنش نشان می دهند. ما حیوانات (موش های طولان ی-ایوانز) را با آهنگ "تولدت مبارک" روی پیانو آشنا کردیم. ما سپس موارد تست جدید را ارائه دادیم که شامل تغییر در زمین (جابجایی های بالاتر و پایین اکتاو) ، سرعت (دو و نیمی از سرعت) و Timbre (ویولن و پیکولو) بود. در حالی که موش ها وقتی که روی سازهای جدید پخش می شد ، به نسخه آشنا و جدید آهنگ پاسخ می دادند ، آنها به آهنگ اصلی و نسخه های جدید آن که شامل جابجایی های اکتاو و تغییر در سرعت بود ، متفاوت پاسخ ندادند.

روی نسخه خطی کار می کنید؟

معرفی

دقیقاً مانند ما می توانیم یک جمله معین را به طور مستقل از جنسیت یا لهجه گوینده درک کنیم ، و حتی اگر فریاد یا زمزمه شود ، شناخت یک لحن آشنا بدون توجه به ابزار خاصی که برای پخش آن یا سرعت استفاده می شود ، بدون زحمت انجام می شودو اکتاو که در آن بازی می شود. به عنوان مثال ، در هر جشن تولد ، آهنگ تولدت مبارک توسط افراد مختلف (با صداهای مختلف) در محدوده فرکانس مجزا و با سرعت انتخاب شده به طور تصادفی (با سرعت کندتر یا سریعتر بسته به شور و شوق و روحیه عمومی) آواز می شود. با وجود این ، همه اعضای حزب آهنگ را شناسایی می کنند ، حتی کسانی که اشعار را به زبانی متفاوت می شناسند. این امر به این دلیل است که ما یک گزیده موسیقی را به عنوان یک شیء شناسایی می کنیم که می تواند در حداقل این سه بعد (یعنی زمین ، سرعت و تایمر) بدون از دست دادن هویت خود ، انعطاف پذیر باشد. در حقیقت ، این توانایی تشخیص ملودی در انسان چنان فراگیر است که در حال حاضر در نوزادان به اندازه جوانهای دو ماهه وجود دارد (Plantinga and Trainor 2009) ، و یکی از بلوک های ساختمانی است که بر اساس آن تقدیر از موسیقی استوار است. اما تا چه اندازه مستعد بیولوژیکی انسان برای پردازش موسیقی از حساسیت هایی که قبلاً در حیوانات غیر انسانی وجود دارد ، پدید می آید؟در مطالعه حاضر ما بررسی می کنیم که آیا یک گونه یادگیرنده غیر واکسی از راه دور ، موش (Rattus norvegicus) ، تغییرات سطح را در یک لحن آشنا تشخیص می دهد.

جهانی بودن مؤلفه های اصلی در موسیقی در سالهای اخیر مورد توجه بسیاری قرار گرفته است (مهر و همکاران 2019). به عنوان مثال ، سؤالات باز در مورد اینکه آیا برخی از ویژگی های مشترک موجود در موسیقی (به عنوان مثال اعتماد به نسبت فرکانس ساده ، یا تغییرات در طول پیچیدگی ریتمیک و هارمونیک) از محدودیت های ادراکی و شناختی خاص که پیش بینی ظهور موسیقی است ، وجود دارد. یکی از راه های پرداختن به این مسئله با بررسی میزان ممکن است این ویژگی ها از حساسیت هایی که در حال حاضر در حیوانات دیگر وجود دارد ناشی شود (Fitch 2006 ؛ Hoeschele et al. 2015). برخی از مطالعات قبلی بررسی کرده اند که آیا حیوانات مختلف می توانند با استفاده از انواع نشانه ها ، بین سبک های موسیقی تبعیض قائل شوند. به عنوان مثال ، کبوترها (پورتر و نورینگر 1984) ، موش صحرایی (Okaichi و Okaichi 2001) و حتی Carp (Chase 2001) نشان داده شده است که گزیده هایی از آهنگ های تهیه شده از سنت های مختلف موسیقی (به عنوان مثال باخ در مقابل استراوینسکی ، یا بلوز در مقابل موسیقی کلاسیک) را تبعیض می کند. بشربا این حال ، از آنجا که گزیده های متضاد در ابعاد مختلف متفاوت است ، شناسایی ویژگی های خاص که حیوانات به عنوان نشانه ای برای هدایت تبعیض خود از آن استفاده می کردند ، دشوار است. مطالعات دیگر ویژگی های خاص موسیقی را که توسط حیوانات دیگر قابل تشخیص است ، شناسایی کردند. به عنوان مثال ، هر دو گونه پستانداران و مرغی می توانند تغییرات در فرکانس اساسی را درک کنند (به عنوان مثال زمین موسیقی ؛ به عنوان مثال میمون های Rhesus [Macaca Mulatta ؛ Wright et al. 2000]) ، سرعت (یعنی موزیکال ؛ به عنوان مثال Lion Sea Califoia [Zalophus ؛ Cook et Cook etAl. 2013] ؛ Cockatoo [Cacatua Galerita Eleonora ؛ Patel et al. 2009]) و پاکت طیفی (به عنوان مثال موسیقی Timbre ؛ به عنوان مثال Chimpanzees [Chimplodytes ؛ Kojima و Kiritani 1989] ؛ Clickadees با پوشش سیاه [Poecile Atricapillus ؛ HESECEELES ؛ HESECEELES ؛2014] ؛ Zebra Finches [Taeniopygia guttata ؛ Ohms et al. 2010]). با این حال ، یک جنبه مهم در چگونگی پردازش موسیقی انسان این است که ما ساختارهای موسیقی را به جای آن به صورت مطلق ، به یک خویشاوند درک می کنیم. یعنی مستقل از تغییرات سطح در امتداد ویژگی هایی مانند زمین ، سرعت و تایمر. بنابراین درک این نکته که این توانایی براساس حساسیت هایی که قبلاً در گونه های دیگر وجود دارد ، مهم است.

در مطالعه حاضر ، ما از موش (Rattus norvegicus) به عنوان یک مدل برای کشف تشخیص تغییرات در زمین ، سرعت و timbre به یک لحن استفاده می کنیم. موشها با آزاد کردن هوا از طریق دستگاه صوتی ، دو نوع آواز اولتراسونیک ، بد (با سرعت 22 کیلوهرتز) و اشتها آور (با 50 کیلوهرتز) تولید می کنند (Brudzynski 2014). نکته مهم این است که موش ها می توانند هنگامی که فرکانس و مدت زمان این آوازها تغییر می کنند ، تبعیض قائل شوند (Brudzynski 2014 ؛ Simola و Brudzynski 2018). اما هیچ مدرکی مبنی بر آموختن چنین آوازی یا توسط سازمانی از بخش های کاملاً متفاوت و آوازهای تولید شده توسط Songbirds و انسان ها وجود ندارد. بنابراین ، یافته های این گونه می تواند از استفاده آنها از آوازهای پیچیده جدا شود و در نتیجه به درک حساسیت های ادراکی در زمینه منشأ موسیقی کمک کند. ما حیوانات را با گزیده ای از آهنگ تولدت مبارک (نیمه دوم آهنگ "تولدت مبارک" که توسط 13 تن ساخته شده است ، آشنا کردیم ، که شامل تمام زمین های مقیاس موسیقی بزرگ غربی است ، در حالی که tonic [c₆] با استفاده از Timbre یک پیانو آکوستیک ، موقعیت محوری را در محدوده فرکانس صداها اشغال می کند) که در 140 دور در دقیقه بازی می شود. پس از آشنایی ، حیوانات با سه جلسه آزمایش مختلف ارائه شدند. هر جلسه آزمون شامل دو نوع مورد است: گزیده آشنا و یک نسخه اصلاح شده از آن (شکل 1 را ببینید). در آزمایش زمین ، اکتاو ملودی منتقل شد (هر دو بالاتر [C₇] و پایین [C₅]). در آزمایش سرعت ، ملودی با سرعت های مختلف (هر دو سریعتر [280 bpm] و کندتر [70 bpm]) بازی شد. در تست Timbre ، ملودی با استفاده از Timbre از ابزارهای مختلف (ویولن و پیکولو) پخش شد.

شکل های موج و طیف سنجی از لحن اصلی (در 140 بار در دقیقه بر روی پیانو با تونیک متمرکز در C پخش می شود₆؛وضوح 1024 اندازه تبدیل سریع فوریه و یک پنجره چکش زدن ، 50 ٪ همپوشانی) و یکی از نسخه های اصلاح شده آن (تونیک با محوریت C₇) ، یکی از نسخه های اصلاح شده آن (که در 280 دور در دقیقه پخش می شود) و یکی از نسخه های اصلاح شده TIMBRE (که در ویولن پخش شده است)

مواد و روش ها

فاعل، موضوع

در این مطالعه از چهل موش بلند و زن زن (Rattus norvegicus) از 5 ماهگی استفاده شد. موشها به صورت جفت قرار گرفتند و در معرض چرخه نور 12 ساعته/12 ساعت قرار گرفتند. حیوانات دارای آب آزاد بودند و از نظر مواد غذایی محروم بودند و در 85-90 ٪ از وزن آزاد خود نگهداری می شدند. غذا پس از هر جلسه آشنایی تحویل داده شد. موشها با آزاد کردن هوا از طریق دستگاه صوتی ، دو نوع آواز اولتراسونیک (در 22 و 50 کیلوهرتز) تولید می کنند ، اما نشان داده نشده است که زبان آموزان آواز هستند (Brudzynski 2013). دامنه شنوایی آنها بین 200 هرتز تا 90 کیلوهرتز است (فی 1988 ؛ هفنر و همکاران 1994 ؛ وارفیلد 1973). مهمتر از همه ، نشان داده شده است که آنها به راحتی تغییرات محرک های موسیقی را در محدوده موارد مورد استفاده در مطالعه حاضر تشخیص می دهند (Celma-Miralles and Toro 2020A ، B ؛ Crespo-Bojorque و Toro 2015 ، 2016).

دستگاه

برای آزمایش ، موشها به صورت جداگانه در جعبه های پاسخ Letica L830-C قرار گرفتند (Panlab S. L. ، بارسلونا ، اسپانیا). هر جعبه به یک ردیاب مادون قرمز واقع در فیدر گلوله مجهز شده بود تا پاسخ های فشار بینی را ثبت کند. یک نرم افزار سفارشی (RATBOXCBC) کنترل محرک ها ، پوکهای بینی ضبط شده و مواد غذایی را کنترل می کرد. یک تقویت کننده استریو پیشگام A-445 و دو بلندگو الکترو-Voice S-40 (با پاسخ از 85 هرتز تا 20 کیلوهرتز) ، که در کنار جعبه ها واقع شده است ، برای ارائه محرک ها در 81 دسی بل SPL (اندازه گیری شده از وسط اندازه گیری شده است. جعبه پاسخ).

محرک

برای مرحله آشنایی ، از نیمه دوم آهنگ "تولدت مبارک" استفاده شد. این ملودی با 13 تن تشکیل شده بود ، حاوی تمام زمین های مقیاس موسیقی بزرگ غربی و تونیک بود (c₆) موقعیت مرکزی را در محدوده فرکانس صداها اشغال کرد. تن ها با Musescore 2. 2. 2 (www.musescore. org) با تایم یک پیانو آکوستیک سنتز شدند. تن ها شامل هشت زمین مختلف (شکل 2): G5 (783. 9 هرتز) ، A5 (880 هرتز) ، B5 (987. 8 هرتز) ، C6 (1046. 5 هرتز) ، D6 (1174. 7 هرتز) ، E6 (1318. 5 هرتز) ، F6(1396. 9 هرتز) و G6 (1568 هرتز). هر دنباله از 13 تن 5156 میلی ثانیه به طول انجامید و شامل سه نوع چهره ریتمیک بود. یعنی ، تن ها می توانند 3 مدت مختلف داشته باشند: 1 نیمی از یادداشت (857. 14 ms) ، 8 یادداشت چهارم (428. 5 میلی ثانیه) و 4 هشت یادداشت (214. 28 ms). سرعت ضرب و شتم (هر یادداشت هر چهارم) در فرکانس 2. 33 هرتز ، در Metronomic 140 bpm رخ داده است.

نمره موسیقی برای محرک آشنا و نسخه های اصلاح شده آن. یک نسخه جدید یک اکتاو بالاتر تغییر می کند ، در حالی که دیگری یک اکتاو پایین تر تغییر می کند

برای جلسات آزمون ، سه نوع مختلف از محرکهای ناآشنا با اصلاح آهنگ آشنا در امتداد زمین ، سرعت و تیمبر ایجاد شده است (جدول 1 را ببینید). برای آزمایش زمین ، ما با تغییر فرکانس مطلق تن ، دو محرک جدید (بالاتر و پایین) ایجاد کردیم. برای نسخه بالای محرک های آزمایش ، ما ملودی را به سمت بالا یک اکتاو تغییر دادیم. تن حاصل از G6 (1568 هرتز) ، A6 (1760 هرتز) ، B6 (1975. 5 هرتز) ، C7 (2093 هرتز) ، D7 (2349. 3 هرتز) ، E7 (2637 هرتز) ، F7 (2793) و G7 (3135. 9 هرتز) بود. وادبرای نسخه پایین محرک های آزمایش ، ملودی را به سمت پایین یک اکتاو تغییر دادیم. زمین های حاصل از G4 (391. 9 هرتز) ، A4 (440 هرتز) ، B4 (493. 9 هرتز) ، C5 (523. 3 هرتز) ، D5 (587. 3 هرتز) ، E5 (659. 3 هرتز) ، F5 (698. 5 هرتز) و G5 (783. 9 هرتز) بود.). برای آزمایش TEMPO ، ما با تغییر فرکانس ضرب و شتم ، 2 محرک جدید (سریعتر ، کندتر) ایجاد کردیم. برای نسخه سریعتر محرکهای آزمایش ، ضرب و شتم تا 4. 67 هرتز سرعت گرفت (یعنی 280 bpm ؛ دو برابر سرعت اصلی). برای نسخه آهسته تر محرک های آزمایش ، ضرب و شتم به 1. 17 هرتز کاهش یافت (یعنی 70 بار در دقیقه ؛ نیمی از سرعت اصلی). سرانجام ، برای تست Timbre ، ما با تغییر ساز در آهنگ اصلی ، 2 محرک جدید (ویولن ، پیکولو) ایجاد کردیم. از دو صداهای ابزاری متعلق به خانواده های جدید سازها استفاده شد: ویولن (خانواده رشته ای) و فلوت Piccolo (خانواده Woodwind). تمام ملودی های ارائه شده به حیوانات در محدوده شنوایی موش ها به خوبی می افتند (فی 1988 ؛ وارفیلد 1973) ، می توانند به راحتی با شدت که محرک ها ارائه شده اند ، تبعیض قائل شوند (هفنر و همکاران 1994) ، و محرک هایی با خصوصیات مشابهدر مطالعات قبلی با موفقیت در مورد تشخیص تغییرات آکوستیک در موش ها مورد استفاده قرار گرفت (Celma-Miralles و Toro 2020A ، B ؛ Crespo-Bojorque و Toro 2015 ؛ D'Amato و Salmon 1982 ؛ Poli and Previde 1991).

روش

آزمایش شامل یک مرحله آشنایی و سپس سه جلسه آزمون بود. در طی آشنایی، 20 جلسه، هر روز یک جلسه 10 دقیقه ای اجرا شد. در هر جلسه، موش ها به صورت جداگانه در جعبه پاسخ قرار گرفتند و 40 تکرار ملودی آشنایی به آنها ارائه شد. ملودی با فاصله بین محرک ها (ITI) 8 ثانیه پخش شد. در طول ITI، پس از پاسخ های نوک بینی با استفاده از نسبت متغیر 2 ± 5، به حیوانات یک گلوله غذایی 45 میلی گرم ساکارز ارائه شد (بنابراین، هر بار که حیوان بین سه تا هفت بار پاسخ می داد، یک پلت تحویل داده می شد). از این نظر، روش حاضر با پارادایم کلاسیک برو/نرو متفاوت است، زیرا موش برای تولید پاسخ پس از محرک های غیر هدف مجازات نمی شود. در واقع، در مرحله آشنایی، تنها محرک های هدف ارائه شد. پس از مرحله آشنایی، سه جلسه آزمون (Pitch test، Tempo و Timbre) اجرا شد. قبل از هر جلسه آزمون یک جلسه آشنایی برگزار شد. حیوانات به سه گروه تقسیم شدند به طوری که ترتیب ارائه سه آزمایش در بین گروه ها متعادل بود. جلسات آزمون مشابه جلسات آشنایی بود. تنها تفاوت این بود که 20 محرک آزمون (10 نسخه اصلاح شده و 10 مورد اصلی) جایگزین 20 آیتم آشنایی شدند. ترتیب ارائه محرک ها در هر جلسه آزمون تصادفی شد، با تنها محدودیت که بیش از 2 مورد از یک نوع در یک ردیف ارائه نشد. پس از ارائه محرک های آزمایشی مستقل از پاسخ حیوانات هیچ گلوله ای تحویل داده نشد. تمام مراحل آزمایشی مطابق با دستورالعمل ها و مقررات کاتالان، اسپانیا و اروپا برای درمان حیوانات آزمایشی انجام شد و تأییدیه لازم را از کمیته اخلاق دانشگاه پومپئو فابرا و جنرالیتات د کاتالونیا (پروتکل شماره 10557) دریافت کرد.

نتایج

ما میانگین تعداد پاسخ ها به محرک های تست آشنا (آهنگ اصلی) را با میانگین تعداد پاسخ ها به محرک های تست ناآشنا (نسخه های اصلاح شده) در سه آزمون مقایسه کردیم. ANOVA با اندازه گیری های مکرر با عوامل درونی آشنایی (آشنا، ناآشنا) و آزمون (پیچ، تمپو، زمان) تأثیر آشنایی (F) را نشان داد._{(1, 39)}= 11. 325، p = 0. 002، η 2 = 0. 225) و تست (F_{(1. 57،61. 11)}= 3. 604، p = 0. 044، η2 = 0. 085)، و همچنین تعامل بین آنها (F_(2،78)= 12. 155، ص<0.001, η 2 = 0.238). The Greenhouse Geisser correction for violations of sphericity was used. Post-hoc pairwise comparisons with the Bonferroni alpha correction revealed that the animals’ responses did not differ between the familiar melody ( M = 21.83, SD = 12.70) and the versions with transposed octaves (Pitch test; M = 22.43, SD = 13.35; MD = − 0.60, p = 0.640); nor between the familiar melody ( M = 21.95, SD = 11.71) and the versions with novel tempi (Tempo test; M = 21.23, SD = 9.38; MD = 0.73, p = 0.584). In contrast, the animals produced more responses after the familiar melody ( M = 20.28, SD = 11.25) than after the versions played with new instruments (Timbre test; M = 12.88, SD = 9.41; MD = 7.40, p <0.001; see Fig. 3). There were no significant differences between the responses to familiar test stimuli across test sessions (all p = 1), but the responses to unfamiliar test stimuli were smaller for the Timbre test compared to the Pitch (MD = − 9.55, p = 0.007) and to the Tempo (MD = − 8.35, p = 0.001) tests. To explore if there were any changes across sessions for each test, we conducted separate repeated-measures ANOVA for the Pitch, the Tempo and the Timbre tests. For the Pitch Test, we observed a significant effect of Session ( F _{(2، 37)}= 19. 91، ص<0.001, η 2 = 0.469) on the number of responses to test stimuli but no significant effects of Familiarity ( F _{(1، 37)}= 0. 249 ، P = 0. 621 ، η 2 = 6. 228e - 4) یا تعامل بین آنها (F_(2،37)= 0. 52 ، P = 0. 519 ، η 2 = 0. 003). به طور مشابه ، برای آزمون Tempo ، نتایج نشان می دهد تأثیر معنی داری از جلسه (F_{(2، 37)}= 3. 487 ، P = 0. 041 ، η 2 = 0. 134) ، اما هیچ اثر قابل توجهی از آشنایی ندارد (F_{(1، 37)}= 0. 267 ، P = 0. 609 ، η 2 = 0. 001) یا تعامل بین آنها (F_(2،37)= 0. 257 ، P = 0. 775 ، η 2 = 0. 002). بنابراین ، موش ها از جلسه 1 به جلسه 3 پاسخ های دماغ بیشتری تولید می کنند ، اما از نظر مهم ، این افزایش پاسخ ها هیچ تاثیری در الگوی پاسخ هایی که پس از محرک های آشنا و ناآشنا تولید می کردند ، نداشت. در مقابل ، برای آزمون Timbre ، نتایج نشان می دهد تأثیر معنی داری از آشنایی (F_{(1، 37)}= 40. 54 ، p =<0.001, η 2 = 0.116), as the animals consistently responded more to the familiar than to the unfamiliar stimuli, but no significant effects of Session ( F _{(2، 37)}= 2. 862 ، P = 0. 070 ، η 2 = 0. 104) یا تعامل بین آنها (F_(2،37)= 0. 812 ، P = 0. 452 ، η 2 = 0. 005). ما همچنین بررسی کردیم که آیا اثری از ترتیب ارائه شده در تست ها وجود دارد یا خیر. ما اثر نظم را مشاهده کردیم (f_{(2 ، 78)}= 25. 943 ، ص<0.001, η 2 = 0.305), as the animals presented with the Pitch test first produced more responses than the animals in the other groups. We also observed an effect of Familiarity ( F _{(1 ، 39)}= 11. 941 ، P = 0. 001 ، η 2 = 0. 019) ، اما از نظر مهم ، تعامل بین عوامل معنی دار نبود (F_{(2 ، 78)}= 0. 596 ، P = 0. 553 ، η 2 = 0. 002).

تعداد پاسخهای فردی (نقاط تک) به محرکهای آزمایشی آشنا (رنگ اصلی ؛ آبی روشن) و ناآشنا (سفید) در سه آزمایش. میله ها خطای میانگین و استاندارد را در سطح گروه نشان می دهند. خطوط نقطه ای تغییرات فردی را در هر آزمون نشان می دهند

برای بررسی بیشتر اینکه آیا عدم تفاوت معنی داری در پاسخ هایی که در تست های زمین و سرعت مشاهده کرده ایم ، عدم موفقیت حیوانات در تبعیض بین موارد آزمون است ، یا بهتر است نتیجه واقعی تهی که در آن داده ها در واقع اطلاعاتی در مورد فرضیه تهی ارائه می دهند.، ما آزمون T نمونه زوج Bayesian را اجرا کردیم (تیم JASP ، 2020). داده ها ، در واقع ، هیچ گونه حمایتی برای فرضیه جایگزین و نه برای آزمایش زمین ارائه نمی دهند (BF₁₀= 0. 189) ، و نه برای آزمون TEMPO (BF₁₀= 0. 197) ، اما پشتیبانی متوسطی برای فرضیه تهی برای هر دوی آنها فراهم می کند (Pitch [BF₀₁= 5. 279 ، خطای ٪ 9. 153e - 6] ؛و سرعت [bf₀₁= 5. 081 ، خطا ٪ 8. 807e - 6]). این نشان می دهد که حیوانات پاسخ های خود را از محرک های آشنا به موارد رمان تعمیم می دهند. بنابراین ، اینگونه نیست که حیوانات به طور تصادفی رفتار می کنند ، بلکه آنها به محرک های تست جدید پاسخ می دهند که گویی از نظر عملکردی معادل محرک های آشنا است. برای آزمون Timbre ، یک آزمون t زوجی بیزی شواهد قوی را به نفع فرضیه جایگزین تأیید می کند (BF₁₀= 95،059. 227 ، خطا ٪ 2. 729e - 10).

ما همچنین با مقایسه پاسخ ها به دو نوع محرک های ناآشنا که در طول هر آزمون از آنها استفاده کردیم ، هرگونه تعصب احتمالی نسبت به فرکانس های زیاد یا پایین ، سرعت سریع یا آهسته یا تایم ابزارها را مورد بررسی قرار دادیم. ما تفاوت بین فرکانس بالاتر (M = 11. 05 ، SD = 7. 32) و فرکانس پایین (M = 11. 38 ، SD = 7. 31) آزمون (T (39)-0. 34 ، P = 0. 733 ، 95 ٪ CI [- 2. 24 ، 1. 59]) در تست زمین ؛بین سرعت سریعتر (M = 9. 85 ، SD = 6. 19) و سرعت آهسته تر (M = 11. 38 ، SD = 5. 32) موارد تست (T (39) - 1. 44 ، P = 0. 159 ، 95 ٪ CI [ - 3. 67 ، 0. 62])در آزمون سرعت ؛و نه بین ویولن (M = 6. 15 ، SD = 4. 37) و Piccolo (M = 6. 73 ، SD = 6. 03) تست (T (39) - 0. 77 ، P = 0. 447 ، 95 ٪ CI [ - 2. 10 ، 0. 94]) درآزمایش TIMBRE (شکل 4 را ببینید ؛ داده های فردی در مواد تکمیلی همراه با این مقاله گزارش شده است).

میانگین تعداد پاسخ ها و میله های خطای استاندارد به دو نوع مختلف محرک های ناآشنا در سه آزمایش

بحث

تحقیقات با استفاده از انواع گونه ها و تکنیک ها نشان داده است که اصول جهانی در مورد چگونگی ویژگی هایی مانند زمین ، شدت و مدت زمان در تولید آوازهای پیچیده در پرندگان و انسان ها تعدیل شده است (مان و همکاران 2021 ؛ Tieey و همکاران 2011)واددر بین گونه های مختلف ، آوازهای تمایل به داشتن یک کانتور قوس شکل دارند و در پایان بخش های طولانی تری دارند ، که احتمالاً با محدودیت های حرکتی در نحوه ساخت این آوازها مرتبط است (Tieey et al. 2011). به نظر می رسد چنین اصولی محدود می شود که چگونه توالی های مختلف در زمین و مدت زمان در انسان گروه بندی می شوند (ایورسن و همکاران 2008) و حیوانات (Spierings و همکاران 2017 ؛ تورو و کرسپو بوژورک 2021) با پیروی از آنچه به عنوان قانون iambic-trochaic شناخته می شودوادبه همین ترتیب ، برخی از جنبه های مشترک در نحوه رشد انسان ممکن است موسیقی از حساسیت های عمومی که قبلاً در گونه های دیگر وجود دارد ، ظهور کند (Fitch 2006 ؛ Patel 2019). در این مطالعه ، ما بررسی کردیم که آیا حیوانات دیگر نسبت به تغییرات در فرکانس اساسی ، سرعت و پاکت طیفی نسبت به یک لحن آشنا واکنش نشان می دهند. نتایج ما نشان می دهد که موش ها پاسخهای آموخته شده خود را نسبت به ملودی ها تعمیم می دهند ، یک اکتاو را به سمت بالا یا رو به پایین تغییر می دهند ، و بیش از ملودی ها شتاب می گیرند یا به دو برابر یا نیمی از سرعت می رسند. در مقابل ، موشها هنگام ارائه ملودی هایی که در آن ما پیانو تایمر را به یک ویولن یا یک تایم Piccolo تغییر می دهیم ، پاسخ های کمتری ایجاد می کنند.

گام صدا

Pitch با کیفیت تعریف شده با میزان ارتعاشات تولید صدا (با فرکانس اساسی و بیش از حد) و در موسیقی در متن سایر تن ها درک می شود. در انسان ، تن های جدا شده توسط یک اکتاو (یعنی دو برابر شدن در فرکانس) به عنوان مشابه درک می شوند (Hoeschele et al. 2012 ؛ Patel 2008). این به معادل اکتاو معروف است. اکتاو ذاتی در تولیدات صوتی (آوازهای طبیعی) است و انسان هنگام آواز خواندن یا صحبت کردن ، تعمیم اکتاو را نشان می دهد (Hoeschele et al. 2012). در مطالعه حاضر ، ما شواهدی را مشاهده کردیم که نشان می دهد موشها در تغییرات در فرکانسهای اساسی تن های تشکیل دهنده ملودی تعمیم می یابد. هنگامی که فرکانس ملودی یک اکتاو به بالا یا پایین منتقل شد ، حیوانات به لحن آشنا و جدید پاسخ متفاوتی نمی دادند ، نشان می دهد که موش ها بدون توجه به تغییرات آنها در اکتاو ها ، ملودی ها را معادل می دانند.< Pan> Pitch با کیفیت تعریف شده با میزان ارتعاشات تولید صدا (با فرکانس اساسی و بیش از حد) و در موسیقی در متن سایر تن ها درک می شود. در انسان ، تن های جدا شده توسط یک اکتاو (یعنی دو برابر شدن در فرکانس) به عنوان مشابه درک می شوند (Hoeschele et al. 2012 ؛ Patel 2008). این به معادل اکتاو معروف است. اکتاو ذاتی در تولیدات صوتی (آوازهای طبیعی) است و انسان هنگام آواز خواندن یا صحبت کردن ، تعمیم اکتاو را نشان می دهد (Hoeschele et al. 2012). در مطالعه حاضر ، ما شواهدی را مشاهده کردیم که نشان می دهد موشها در تغییرات در فرکانسهای اساسی تن های تشکیل دهنده ملودی تعمیم می یابد. هنگامی که فرکانس ملودی یک اکتاو به بالا یا پایین منتقل شد ، حیوانات به لحن آشنا و جدید پاسخ متفاوتی ندادند ، و این نشان می دهد که موش های معادل ملودی ها صرف نظر از تغییرات آنها در اکتاو ها درک می شوند. میزان ارتعاشات تولید صدا (با فرکانس اساسی و سبقت های اساسی) و در موسیقی در متن سایر تن ها درک می شود. در انسان ، تن های جدا شده توسط یک اکتاو (یعنی دو برابر شدن در فرکانس) به عنوان مشابه درک می شوند (Hoeschele et al. 2012 ؛ Patel 2008). این به معادل اکتاو معروف است. اکتاو ذاتی در تولیدات صوتی (آوازهای طبیعی) است و انسان هنگام آواز خواندن یا صحبت کردن ، تعمیم اکتاو را نشان می دهد (Hoeschele et al. 2012). در مطالعه حاضر ، ما شواهدی را مشاهده کردیم که نشان می دهد موشها در تغییرات در فرکانسهای اساسی تن های تشکیل دهنده ملودی تعمیم می یابد. هنگامی که فرکانس ملودی یک اکتاو به بالا یا پایین منتقل شد ، حیوانات به لحن آشنا و جدید پاسخ متفاوتی نمی دادند ، نشان می دهد که موش ها بدون توجه به تغییرات آنها در اکتاو ها ، ملودی ها را معادل می دانند.

توضیح جایگزین در مورد این نتایج این است که عدم موفقیت موش ها به متفاوت بودن به آهنگ آشنا و نسخه های منتقل شده اکتاو آن ممکن است نتیجه موشهایی باشد که قادر به درک تغییرات فیزیکی در دامنه ای نیستند که ما آنها را اجرا کردیم. یعنی اینکه موشها نمی توانند تغییرات در فرکانس اساسی صداها را بین 1046. 5 هرتز (آهنگ آشنا) و 2093 هرتز یا 523. 3 هرتز (نسخه های اصلاح شده) در 81 دسی بل درک کنند. این مورد نیست. موشها می توانند به راحتی بین صداها در فرکانس اساسی در محدوده مورد استفاده در مطالعه حاضر تغییر کنند (Astikainen و همکاران 2014 ؛ د لا مورا و همکاران 2013 ؛ اریکسون و ویلا 2006 ؛ ناکامورا و همکاران 2011). علاوه بر این ، این فرکانس های اساسی به آسانی با شدت که ما آنها را ارائه دادیم تبعیض قائل می شوند (هافنر و همکاران 1994). نتایج ما همچنین به موازات نتایج گزارش شده با موش های آلبینو (D'Amato و Salmon 1982). در آزمایش خود ، حیوانات آموخته اند که بین دو آهنگ تبعیض قائل شوند و هنگامی که یکی از آهنگ ها یک اکتاو بزرگ شد ، تبعیض آنها را تعمیم داد. تعمیم مشابه در سراسر اکتاو در سایر پستانداران مانند میمون های رزس مشاهده شده است (رایت و همکاران 2000). با این حال ، به نظر می رسد که این نتایج با مشکلات گزارش شده در آهنگ های ترانه برای انتقال پاسخ ها در اکتاوهای مختلف مغایرت دارد. به عنوان مثال ، هیچ مدرکی مشخص نشده است که Chickadees می توانند تبعیض های تن را در سراسر اکتاو ها منتقل کنند (Hoeschele et al. 2013) ، و نتایج مشابه با Budgerigars (Wagner et al. 2019) و Starlings اروپایی مشاهده شده است (Cynx 1993). جالب اینجاست که نه موش ها و نه میمون های روسوس زبان آموزان صوتی نیستند ، در حالی که Chickadees ، Budgerigars و Starlings هستند. بنابراین ممکن است که توانایی یادگیری آوازهای پیچیده ممکن است با تعمیم در اکتاو ها ارتباط برقرار کند. به طور مکمل ، هم ارزی اکتاو در موش ها (به عنوان مثال D'Amato و Salmon 1982 ؛ آزمایش فعلی) و میمون ها (رایت و همکاران 2000) با استفاده از آهنگ های نسبتاً پیچیده مشاهده شده است ، در حالی که آزمایشات با آهنگ های ترانه ای به ارائه ارائه شده استتن های فردیبنابراین ممکن است این مورد اتفاق بیفتد که موارد معادل اکتاو با امکان پیگیری فواصل زمین (که همچنان بر تغییرات در کلید ثابت هستند) مرتبط هستند که به جای فرکانس های خاص که در آن نت های موسیقی پخش می شوند ، ساختار هارمونیک را تعریف می کنند.

سرعت

دومین بعد که در مطالعه حاضر دستکاری کردیم ، سرعتی بود که این آهنگ در آن ارائه شد ، که معمولاً به آن Tempo گفته می شود. وقتی سرعت آهنگ را به سرعت آهسته تر و سریعتر تغییر دادیم ، تغییرات قابل توجهی در پاسخ حیوانات مشاهده نکردیم. تفسیر احتمالی از این نتایج این است که موشها آموخته اند که روابط زمانی بین مدت زمان لحن را مشخص کنند که لحن آشنا را به طور مستقل از سرعتی که در آن ارائه شده است ، شناسایی کنند. همانطور که در شرایط زمین ، همچنین ممکن است پاسخ های مشابهی که موش های تولید شده به نسخه های آشنا و سرعت اصلاح شده از آهنگ تولید می کنند ، نتیجه حیوانات که قادر به تبعیض بین توالی های ارائه شده در 140 هستندBPM (آهنگ آشنا) از توالی تن ارائه شده در 280 bpm یا 70 bpm. به طور مشابه ، این موشها ممکن است تغییرات را در مدت زمان بین 5156 میلی ثانیه (آهنگ آشنا) و 2،571 میلی ثانیه یا 10،285 میلی ثانیه (نسخه های اصلاح شده) درک کنند. اما چندین آزمایش نشان داده اند که موش ها می توانند تغییرات در سرعت ارائه توالی صداها را درک کنند (کاتسو و همکاران 2021) و اینکه آنها به راحتی بین تغییرات در مدت زمان مشابه مواردی که در اینجا استفاده کردیم ، تمایز قائل می شوند (ناکامورا و همکاران 2011 ؛ راجر2009 ؛ Toro and Nespor 2015). شواهد بیشتر نشان می دهد که ، در صورت آموزش ، موش ها می توانند از منظم زمانی استفاده کنند تا بین توالی های تن به طور مستقل از سرعت مشخص (Celma-Miralles و Toro 2020A) تبعیض قائل شوند. یعنی آنها می توانند یاد بگیرند که بین توالی های تشکیل شده توسط توالی های تشکیل شده توسط فواصل نامنظم ، به طور مستقل از مدت زمان مطلق آنها ، بین توالی های تشکیل شده توسط توالی های تشکیل شده توسط توالی های تشکیل شده توسط توالی های تشکیل شده ، ارتباط برقرار کنند. حتی بیشتر ، حیوانات می توانند تغییرات در روابط زمانی بین آهنگ های یک آهنگ را تشخیص دهند (Celma-Miralles و Toro 2020B). نتایج حاضر شواهد بیشتری را نشان می دهد که نشان می دهد ، وقتی این روابط حفظ می شود ، و فقط میزان ارائه (سرعت) تغییر می کند ، به نظر نمی رسد حیوانات نسبت به این تغییر واکنش نشان دهند. این نشان می دهد که حیوانات می توانند بر جنبه های زمانی لحن متمرکز شوند و در مورد آنچه ممکن است به عنوان تغییرات سطح در نظر گرفته شود ، مانند سرعت ارائه ، متمرکز شود.

این واقعیت که موشها به تغییر در فرکانس و سرعت اساسی نسبت به دنباله ای از تن پاسخ نمی دهند ممکن است مربوط به پردازش سیگنال های ارتباطی صوتی درون گونه باشد (Brudzynski 2014 ؛ Simola و Brudzynski 2018). موشها آوازهای اولتراسونیک متمایز را برای حالات مثبت و منفی تولید می کنند (Saito و همکاران 2016) ، و مشابه انسان ، موش ها در آوازهای خود دیمورفیسم جنسی را نشان می دهند (Lenell and Johnson 2017 [این نیز در موش ها ، وارن و همکاران 2018 وجود دارد))بشرموشهای صحرایی نر در مقایسه با موشهای صحرایی زن ، آوازهای اولتراسونیک تولید می کنند که در زمین پایین تر است. این بدان معنی است که آنها ممکن است با تمرکز بر روابط عمومی بین تن ها در یک محدوده فرکانس خاص ، نیاز به رمزگشایی و تشخیص آوازها داشته باشند ، نه اینکه روی زمین مطلق یا فرکانس متوسط باشند. علاوه بر این ، برای شناخت و واکنش مناسب در برابر انواع مشابه آواز ، موش ها باید بتوانند با انعطاف پذیری سریعتر و آهسته تر از آوازهای اولتراسونیک پردازش کنند ، ویژگیهای کلیوی کلی را شناسایی کرده و با زمان های خاص فردی که آنها را تولید می کند سازگار شود (Brudzynski 2014). این فرآیندهای عادی سازی مورد استفاده برای آوازهای بین خاص ممکن است در ریشه الگوی پاسخ هایی باشد که در مطالعه حاضر مشاهده کردیم.

تایم

برخلاف آنچه ما هنگام تغییر فرکانس یا سرعت لحن آشنا مشاهده کردیم ، وقتی ساز را برای پخش آن تغییر دادیم (از پیانو به ویولن یا پیکولو) تغییر دادیم ، موش ها پاسخ دادند که گویی ملودی دیگری است. Timbre خاصیت آکوستیک است که همان نت را متمایز می کند (لحنی با زمین ، شدت و مدت زمان) که در پیانو یا ویولن پخش می شود. Timbre با تغییر در پاکت طیفی یک صدا تعریف می شود: چگونه انرژی در فرکانس های مختلف توزیع می شود. تحقیقات قبلی با استفاده از یک نمونه کوچک از موشهای طولانی و سریع نشان می دهد که آنها می توانند از تغییرات در ابزار به عنوان یک نشانه تبعیض استفاده کنند (Poli و Previde 1991). در این آزمایش ، حیوانات یاد گرفتند که به دو نسخه با همان آهنگ پاسخ دهند ، یکی با گیتار و دیگری که توسط ترومپت بازی می شود. آزمایشات با Songbirds همچنین نشان داده اند که آنها به راحتی تغییرات مشابه در Timbre را تشخیص می دهند. به عنوان مثال ، Zebra Finches و Budgerigars می توانند تغییرات نسبتاً کمی در دامنه هارمونیک های کلیدی را که با تغییرات در Timbre ارتباط دارند (Lohr و Dooling 1998) تشخیص دهند ، در حالی که Chickadees با پوشش سیاه (Hoeschele et al. 2014) و ستاره های اروپایی نتوانند ورق ها را تشخیص دهند. و توالی تن هنگامی که Timbre آنها تغییر می کند (آزمایش 2 در Bregman و همکاران 2016). به طور مشابه ، موشهای طولانی اوانز نیز در صورت تغییر کسی که جملات را تغییر می دهد ، نمی توانند بین زبانها تبعیض قائل شوند (تورو و همکاران 2005). در مطالعه حاضر ، هنگامی که ساز را تغییر دادیم که آهنگ آشنا را بازی می کند ، موش ها پاسخ دادند که گویی این یک لحن متفاوت است. تغییرات در Timbre از تغییرات دامنه در طیف فرکانس ناشی می شود. به نظر می رسد نتایج همگرا مشاهده شده در گونه های مختلف تأیید می کند که چنین تغییراتی به راحتی برای حیوانات برای شناسایی توالی صداها استفاده می شود. در حقیقت ، نشانه های طیفی برای شناخت الگوهای موجود در آهنگ های ترانه ها مهم است (Bregman et al. 2016). این واقعیت که حساسیت به تغییرات دامنه در طیف فرکانس در سراسر گونه های پرندگان و پستانداران مشاهده شده است ، و در بین گونه های یادگیری صوتی و غیر هواداری ، نشان می دهد که به طور مستقیم با توانایی تولید آوازهای پیچیده مرتبط نیست.

واکنش موش ها به تغییرات در Timbre با نتایج مشاهده شده با جوجه های پوشیده از سیاه (Hoeschele et al. 2014) و Starlings اروپایی (Bregman و همکاران 2016) موازی است ، اما با این مشاهدات در تضاد است که انسان به راحتی آهنگ ها را در میان چوب های مختلف تشخیص می دهد. یک احتمال این است که چنین تفاوت ممکن است از نیاز انسان برای عادی سازی سیگنال گفتار در بلندگوهای مختلف برای برقراری ارتباط مؤثر از طریق زبان ایجاد شود (Pisoni و Remez 2005). یعنی انسان ها به راحتی اطلاعات زبانی را به طور مستقل از هویت گوینده پردازش می کنند. این مکانیسم عادی سازی مورد استفاده برای پردازش زبان ممکن است در حوزه موسیقی همکاری داشته باشد تا امکان شناخت ملودی ها را به طور مستقل از ساز مورد استفاده برای پخش آنها فراهم کند (Hoeschele et al. 2014). حیوانات در مطالعه ما فاقد چنین مکانیسم عادی سازی هستند ، تشخیص یک ملودی در هنگام تولید ابزارهای مختلف ، دشوار است.

آیا می تواند این باشد که در مطالعه ما موشها فقط ساز مورد استفاده برای پخش لحن را درک می کنند و حتی نمی توانند بین گزیده هایی که در همان ساز پخش می شوند ، تبعیض قائل شوند؟چندین آزمایش نشان می دهد که اینگونه نیست. مطالعات با موشها نشان داده است كه آنها قادر به تبعیض بین توالی هجا های تولید شده توسط همان بلندگو هستند (تورو و همكاران 2005) و بین توالی تن هایی كه توسط همان ساز پخش می شود (Celma-Miralles and Toro 2020a ، B ؛ Crespo-bojorquequeو تورو 2015 ؛ د لا مورا و همکاران 2013) به طور مشابه ، طیف گسترده ای از گونه ها می توانند الگوهای ریتمیک (Ravignani و همکاران 2019) و هارمونیک (پاتل 2019) در موسیقی را در صورت عدم وجود تغییرات در Timbre شناسایی کنند. بنابراین به نظر می رسد Timbre یک ویژگی برجسته برای تشخیص ملودی در حیوانات غیر انسانی است. اما در صورت عدم وجود تغییرات TIMBRE ، چندین گونه (از جمله موش) قادر به ردیابی روابط زمانی و هارمونیک بین تن هایی هستند که یک لحن را تعریف می کنند. با این حال ، نتایج ما ، در را برای مطالعات بیشتر بررسی می کند که تفاوت های احتمالی در بین گونه ها در مورد پردازش تغییرات در پاکت طیفی و نقش آن در تشخیص توالی را باز می کند.

تضاد در الگوهای پاسخ هایی که هنگام تغییر فرکانس ، سرعت و TIMBRE لحن آشنا مشاهده کردیم ، نشان می دهد که این ویژگی های مختلف توسط موش ها درک نمی شوند و یکسان هستند. حتی اگر شواهد قانع کننده ای وجود دارد مبنی بر اینکه این حیوانات می توانند محرکهای صوتی را که در فرکانس و سرعت تغییر می کند ، تبعیض قائل شوند ، آنها مشابه گزیده های آشنا و رمان و سرعت هستند. بنابراین حیوانات در حال تعمیم پاسخ آموخته شده خود از گزیده های تولدت مبارک آشنا به موارد رمان هستند ، و نشان می دهد که آنها یک کلاس هم ارزی را در امتداد محرک هایی که در فرکانس ها و سرعت های مختلف ارائه شده اند ، ایجاد کرده اند (برای بحث در مورد تعمیم ، به چنگ ، 2002). یک سؤال اساسی در مطالعه ما این است که چرا موشها در سرعت و زمین تغییراتی در نظر گرفتند تا از نظر روانی کمتری نسبت به تغییرات در Timbre فاصله بگیرند. همانطور که در بالا بحث کردیم ، این ممکن است مربوط به پردازش سیگنال های ارتباطی صوتی درون گونه باشد. از آنجا که آوازهای اولتراسونیک موش حاوی تغییراتی در فرکانس و سرعت است ، حیوانات باید با تمرکز بر فرکانس عمومی و روابط دورانی بین تن ، آنها را رمزگشایی کنند. در مقابل ، هیچ نشانه ای مبنی بر اینکه آواز آنها اطلاعات مربوط به طیف زمانی را که برای عادی سازی آنها نیاز دارند ارائه می دهد.

نتیجه

جنبه اصلی مطالعه مستعدات بیولوژیکی انسان به موسیقی ، میزان شناسایی روابط مداوم بین تن هایی است که یک آهنگ را تعریف می کند از حساسیت هایی که قبلاً در حیوانات غیر انسانی وجود دارد ، ناشی می شود. مطالعه حاضر به بررسی حساسیت های موش نسبت به تغییرات در طول سه بعد ، یعنی فرکانس اساسی (PITCH) ، سرعت (سرعت) و پاکت طیفی (TIMBRE) می پردازد. نتایج ما نشان می دهد که موش ها حتی اگر در فرکانس ها و سرعت های مختلف ارائه شود ، به طور مشابه به یک ملودی پاسخ می دهند. نتایج همچنین نشان می دهد که TIMBRE (طیف فرکانس) یک نشانه قوی برای شناسایی صداها در حیوانات غیر انسانی فراهم می کند. بنابراین ، توانایی عادی سازی در بین ویژگی های موسیقی سطحی که در انسان وجود دارد ، ممکن است تا حدودی از حساسیت های از قبل موجود برای ردیابی الگوهای هارمونیک و زمانی که در حال حاضر در گونه های دیگر وجود دارد ، پدیدار شود. با این حال ، تحقیقات بیشتری لازم است تا درک کنیم که چگونه توانایی تعمیم بیش از تغییرات در طیف فرکانس در اصل و نسب انسان پدید آمده است.