鸟鸣，其实和我们人类的语言也有着不少相似之处。“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编读到一项来自宾夕法尼亚州立大学（Penn State）的最新研究，不仅揭示了鸟儿如何“唱歌”，更为我们提供了一个全新的视角，来理解语言是如何在大脑中运作的。

通过模拟鸟鸣的结构，研究人员开发了一种新的统计学方法，可以更准确地描绘鸟儿鸣唱音节的过渡过程。研究表明，鸟儿的歌曲结构不仅与人类语言有着相似之处，还为我们揭示了语言背后的神经机制。

什么是“鸟鸣语言”？
我们都知道，鸟儿在树林里、在公园里经常会发出各种各样的叫声。这些叫声到底有些什么含义呢？其实，许多鸟类的叫声，尤其是像孟加拉雀（Bengalese finches）这种鸟，它们的叫声是很有规律的，甚至可以说有点像我们的人类语言。它们的鸣叫就像我们说话时会用不同的词语、语法来表达不同的意思一样，也有着一定的结构和规则。

比如，我们讲一个句子时，词语的顺序、语法结构很重要。同样，孟加拉雀的鸣叫也是由一个个“音节”组成的，每个音节的排列和组合也有一定的顺序和规律。而且，科学家们发现，孟加拉雀的这些音节之间的过渡，不仅仅是随机的，它们还受到前后文的影响。这就像我们说话时，有些词语或句子会因为上下文的不同而发生变化一样。这个现象叫做**“上下文依赖性”**。

那这项研究到底是怎么进行的呢？简单来说，科学家们使用了一种叫做**“部分可观察马尔可夫模型”**（POMM）的方法，来研究孟加拉雀的鸣叫。这种模型原本是用来研究一些有规律的事件序列的，比如语言、鸟鸣，甚至是一些行为的动作序列。

什么是**“马尔可夫模型”呢？大家可以理解成，它是一个用来预测事物发生概率的工具**。比如，如果你知道前一个词语或音节，你就能通过这个模型预测出下一个最可能出现的词语或音节。这个模型能够帮助科学家们理解鸟儿鸣叫时，哪些音节是更可能跟随在其他音节后面的。

但这项研究的不同之处在于，科学家们并没有仅仅使用传统的马尔可夫模型，而是引入了**“部分可观察”**这一概念。什么意思呢？就是在这种模型中，音节并不是直接关联到单一的状态，而是可以与多个状态关联。换句话说，孟加拉雀的同一个音节可能会出现在不同的情境下，产生不同的过渡模式，这就是“上下文依赖性”所体现的地方。

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孟加拉雀实际上是白腰文鸟的驯化后代。白腰文鸟 （英文名：White-rumped Munia，学名：Lonchura striata）是一种原产于亚洲的野生鸟类，广泛分布于印度、斯里兰卡、中国及东南亚等地。这种鸟体型小巧，体长约11至12厘米，体重约9.5至13克，头部和背部呈黑褐色，腰部和下腹部则是醒目的白色。它们主要栖息在农业区、草地、灌木丛和森林边缘，适应能力很强。在日本，白腰文鸟被驯化培育，经过大约250年的人工繁殖，演化出一种家养鸟类，称为孟加拉雀（Bengalese Finch）。这种鸟作为宠物和生物学研究的模式生物，现已遍布全球。与野生的白腰文鸟相比，孟加拉雀的羽毛颜色更加鲜艳，鸣叫声也更加复杂多变。这是因为在人工饲养的环境中，选择压力减小，增加了它们学习和发展的机会，使得鸣声从单调变得丰富多彩。上图是一只在中国红河的野外拍摄的白腰文鸟。©付恺（Kai Pflug）摄影 | “海洋与湿地”（OceanWetlands）获授权使用
“上下文依赖性”是啥，为什么重要？
可能有的“海洋与湿地”读者会问，为什么研究音节的**“上下文依赖性”**那么重要？其实，这和我们人类语言有着密切的关系。

我们平时说话时，很多时候都是根据前后文来决定我们说什么。例如，我们说**“飞得像箭一****样”（“time flies like an arrow”），这句话的“fly”，显然是在比喻时间的流逝。而如果我们说“果蝇喜欢香蕉”**(“fruit flies like bananas”)，这句话里面的“flies”则是在指代昆虫（果蝇）。两者虽然都用了“fly”这个单词，但它们所传达的意义完全不同。

同样，孟加拉雀的鸣叫也是如此。

它们的音节过渡和排列方式，也依赖于前一个音节的内容。就像我们说“时间飞逝”时，后面的“飞”字可能会带着某种比喻的情感，而“果蝇喜欢香蕉”中的“飞”字则可能只是描述昆虫的飞行状态。科学家通过这种“上下文依赖性”的研究，可以更好地理解鸟类是如何处理它们的鸣叫序列的，进而揭示出它们大脑中是如何运作的。

孟加拉雀。图源：nbfa

【海洋与湿地·小百科】

为什么选择孟加拉雀（Bengalese finches）作为实验对象呢？其实，主要是因为它们在鸣唱时展现出了与人类语言相似的音节序列组织方式。

这种鸟类的歌曲通常包含7~15个音节，而且这些音节的排列具有明显的上下文依赖性，也就是说，某个音节的出现往往取决于前一个音节的内容。这种语境依赖的特征，让孟加拉雀成为研究语言生成和神经机制的理想模型。

此外，孟加拉雀是学习性鸣唱的鸟类，它们的歌曲受社会学习影响较大，这使得它们成为研究学习和神经塑性如何影响语言结构的理想对象。通过分析孟加拉雀的歌曲，研究人员可以更深入地探讨大脑如何组织和生成复杂的语言模式，从而为理解人类语言的神经机制提供宝贵的线索。

大脑如何调节鸣叫？听觉反馈
除了模型和音节的上下文依赖性外，研究人员还发现，听觉反馈在孟加拉雀的鸣叫中起到了至关重要的作用。换句话说，孟加拉雀不仅仅是在“随机”唱歌，它们的鸣叫是有计划的，并且会根据它们听到自己的声音来调整。

为了进一步验证这一点，研究人员对一些孟加拉雀进行了**“听力丧失”处理**——也就是说，让它们暂时听不见自己的鸣叫。结果发现，这些失去听力的鸟儿在鸣叫时，音节之间的过渡变得更加随意、混乱，几乎没有了原本的上下文依赖性。换句话说，听觉反馈对于它们保持鸣叫的结构和规律非常重要。没有听觉反馈，它们的鸣叫就失去了原有的“逻辑”和“条理”。

这项发现不仅让我们更好地理解了鸟类如何利用自己的声音进行沟通，还为我们了解人类语言的产生和大脑处理语言的方式提供了新的思路。毕竟，语言的学习和运用，在很大程度上也是依赖于听觉反馈的。

我们知道，人类的语言是非常复杂的，不仅仅涉及语法结构，还包括语境、情感和社会互动。而这项研究所揭示的“上下文依赖性”恰恰是语言中非常重要的一个特征。科学家们希望能够更深入地了解语言是如何在大脑中形成的，尤其是那些语言产生和理解的神经机制。鸟类和人类虽然在很多方面不同，但它们在语言学习和生成上的一些机制却是相似的。这项研究告诉我们，语言可能并不像我们想象的那样独特，许多动物也在用类似的方式，通过大脑中的神经机制来组织和生成它们的“语言”。

从这项研究带来的新启示来看，宾夕法尼亚州立大学的物理学副教授金德哲（Dezhe Jin，音译）表示：“尽管鸟歌远比人类语言简单，但它们的音节序列在某些方面的组织方式，与人类语言非常相似。因此，鸟类可以成为研究语言神经生物学的良好模型。”这项研究的核心，就是如何通过分析鸟鸣的音节序列，探索鸟类如何在大脑中组织和生成这些声音。

换句话说，这项研究不仅仅局限于鸟鸣。它提出的部分可观察马尔可夫模型，实际上可以应用于任何一种有序的行为序列，包括人类的语言、动物的行为，甚至机器学习中的某些算法。换句话说，这项技术不仅能帮助我们更好地理解动物的行为，也可能为我们开发出更加智能的人工系统提供一些启示。

科学家们通过这项研究，不仅解开了孟加拉雀鸣叫背后的奥秘，也为我们提供了一个全新的视角，去思考语言、行为和大脑之间的关系——听觉反馈如何影响鸟类的鸣叫，音节之间的上下文依赖性又是如何在大脑中运作的，这些问题都为我们提供了极为宝贵的线索。或许，鸟儿的鸣叫并不像我们想象的那样简单，它背后蕴含着深刻的神经机制和生物学原理，值得我们不断探索。

【思考题】学而时习之
Q1、上面研究提到，在鸟类歌曲的生成中，POMM模型有效地捕捉了音节过渡的上下文依赖性。那么，这是否可以为人类语言学习的神经生物学研究提供新的视角？尤其是在语言学习早期阶段，如何通过POMM模型揭示语言学习中的非线性、上下文驱动的语音与语法结构演化过程？部分可观察马尔科夫模型（POMM）能否为揭示语言学习中的“上下文依赖性”提供一种新的神经生物学框架，尤其在语言学习的非线性演变过程中？
Q2、是否可以通过探讨鸟鸣的神经编码模式，进而推测人类大脑如何在不同的语言环境和语境下进行灵活的语法和语音生成？这一研究，是否能揭示语法处理过程中大脑的可塑性、动态适应性呢（特别是在听觉信息丧失情况下）？
Q3、这个研究表明，听觉反馈在鸟类歌曲的上下文依赖性中起到了关键作用。那么，思考一下——是否可以借此启发我们理解多模态神经反馈如何在语言学习过程中协调不同的感知、运动与记忆系统？鸟类鸣唱中的神经机制能否为我们提供新的实验方法，通过同时操控听觉、运动和记忆反馈，深入探讨语言生成中的跨模态神经机制？（注：本文仅代表资讯。不代表平台观点。欢迎留言、讨论。）
资讯源 | Penn State
文 | 王芊佳
编辑 | Linda
排版 | 绿叶参考资料略

来源: 海洋与湿地