モンゴルジャービルの家族コミュニケーション
この研究は、ハムスターが家族グループ内でどうやってコミュニケーションをとるかを明らかにしている。
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ジャービルは、小さくてフワフワした動物で、ペットとしてよく飼われてるんだけど、特に家族での面白い社会的行動を見せるんだ。研究者たちは、これらのジャービルがどうやってコミュニケーションをとるか、特に声の音に注目して研究してる。これらの音を理解することで、動物が自分のアイデンティティや関係をどうやって共有してるかがわかるんだ。
自然の中でジャービルを観察するのは難しいことが多い、特に彼らが巣穴のような手が届かない場所にいるときはね。これが原因で、科学者たちが彼らの行動について完全な情報を集めるのが難しくなってる。一部の研究では、彼らの自然な住環境を模した実験室設定を作って、このギャップを埋めようとしてきたけど、こういう実験は短い相互作用ばかりを見て、長い間一緒に住んでる家族全体を観察するのとは違ったんだ。
この研究は、ジャービルが家族の中でどうやって言葉でコミュニケーションをとっているかを調べたよ。人間や一部の鳥が音から家族のメンバーを認識する方法については少しわかってるけど、ジャービルについてはあまり知られてないんだ。声の音は、彼らが誰であるかについての重要な情報を持っていて、彼らの社会的な環境では重要なんだ。例えば、赤ちゃんの人間は、生の人が話してるのを聞くことで、録音だけではなく異なる言語を区別できるようになるよ。
一部の鳥、たとえば湿地のスズメみたいに、彼らのグループから学ぶユニークな声のパターンや「方言」を持っている証拠もある。裸のモグラネズミを含むいくつかのげっ歯類も、社会的な経験に基づいて特定の音を発展させたりする。この研究は、モンゴルジャービルも同じように家族特有の音を持っているのかを調べることを目指してたんだ。
ジャービル家族の研究
研究の焦点は、ジャービルの家族構造にあった。家族は多くの動物にとって基本的な社会単位だからね。これまでの研究は、多くの場合、短い期間におけるこれらの家族を簡素な実験室の設定で調べてきた。今回の研究では、研究者たちがより自然な環境でこれらのジャービル家族が作る音を長期間にわたってキャッチしようとしたんだ。
ジャービルの家族は、親の大人のジャービル2匹とその子どもたちから成り立ってる。この家族は、地下の複雑な巣穴システムで最大15匹まで一緒に住むことができる。ジャービルは暗いところではあまり見えないから、互いにやりとりしてコミュニケーションを取るのに聴覚に大きく依存しているんだ。兄弟の関係は、彼らの社会構造において重要な役割を果たしているんだ。
この研究では、3つの別々のジャービル家族の音を20日間にわたって録音したよ。子どもたちが11〜13日齢の頃から録音を始めて、聴覚能力が急速に発展していく時期に入って、約31〜32日齢になるまで続けたんだ。目的は、ヒトの干渉なしに、これらの家族の日常生活を反映した豊富な声の音のコレクションを集めることだったんだ。
音の録音
音をキャッチするために、ジャービルたちが住んでいる大きなケージの中に4つのマイクを使ったよ。録音は高いサンプリングレートで行われ、明瞭さと詳細を確保した。研究中に膨大な量のオーディオデータが収集され、研究者たちはこのデータを分析して、ジャービルが発した異なる音を特定して分類した。彼らは、非音声音をフィルターして、実際の音声情報に焦点を当てたんだ。
合計で、1000万以上の音の中から583,000以上の音声が特定された。これらの音声はかなりの割合で発せられ、ジャービルがどれほど活発にコミュニケーションをとっているかがわかった。全ての音の約7%が音声で、平均して1時間に約405回発せられていたんだ。
音声パターンの分析
音声をさらに分析するために、研究者たちは変分オートエンコーダ(VAE)という特別な技術を使ったよ。この方法で、複雑な音声をより簡単な特徴に分解して、分析しやすくするんだ。VAEを使うことで、研究者たちはジャービルが生成する異なるタイプの音声を理解し、分類することができたんだ。
結果は、ジャービルの音声が70の異なるカテゴリーやクラスターにグループ化できることを示した。これらのクラスターは、音の特徴やパターンに基づいて分類されたよ。いくつかの音は単純で、単音節から成っていたけど、他のものはより複雑で、複数の音節が連なっていた。
これらのクラスターを視覚化することで、研究者たちはジャービルの音声が他の種と比べてユニークであることを確認した。一部の音は裸のモグラネズミの音と似ている部分もあって、関連する種の間でのコミュニケーションスタイルの重なりを示唆しているんだ。
家族特有の音声使用
研究者たちは、異なるジャービル家族が音声をそれぞれ異なる方法で使っているのかに興味を持ったんだ。各家族がさまざまな音声クラスターをどのように利用しているかを比較したところ、有意な違いが見つかったよ。どの家族もすべての音声タイプを使用していたけど、特定のクラスターを他よりも多く使っていたんだ。
これにより、3つの家族はそれぞれ独特の社会動態に基づいて特定のクラスターに大きく依存していることがわかった。こうした違いは、各家族が自分たちのアイデンティティやコミュニケーションスタイルをどう確立しているかを反映しているかもしれないね。
これらの発見を確認するために、研究者たちは数日間再度音声パターンを調べたところ、音声の使用における違いは一貫していた。この安定性は、これらの音声の特徴が各家族に固有であり、単なる開発段階の一時的な変動ではない可能性が高いことを示しているんだ。
日常的な使用パターン
研究者たちは、ジャービルの日常的な音声習慣を調査して、その音声がいつ発せられるかのパターンを発見したよ。彼らは定期的なリズムに従って、特定の時間帯、例えば朝や午後に、より多くの音声を発する傾向があった。この発見は、ジャービルの知られている行動とつながっていて、彼らのコミュニケーションが構造化された日常のルーチンに従っていることを示しているんだ。
面白いことに、音声は通常、「バウト」と呼ばれる群れで発せられていて、これらのバウトは頻繁に起こり、数秒間続くんだ。でも、音声のタイミングや持続時間は家族間で似ていた。この均一性は、彼らの音声の発出構造が家族の違いによって大きく影響を受けていないことを示唆してる。
しかし、音声のシーケンスの組み合わせ方には著しいバリエーションが見られた。異なる音声タイプ間の移行は、各家族によって独特で、それぞれの音声の基本的な習慣は似ているかもしれないけど、各家族にはその音を整理して組み合わせる独自の方法があることを示しているんだ。
結論
この研究を通じて、モンゴルジャービルは家族生活の中で重要な役割を果たす豊かな音声のタペストリーを持っていることが明らかになった。長期間にわたってこれらの音を詳しく観察して録音することで、研究者たちは動物の行動についてもっと理解するための家族特有のコミュニケーションスタイルを発見したんだ。
この発見は、人間や一部の鳥と同じように、ジャービルにも社会経験や家族構造によって形作られた音声方言のようなものがあることを強調してるね。これにより、これらの音声がその社会的動態や個々のアイデンティティをどのように明らかにするのかについて、さらなる研究への扉が開かれるんだ。
動物がどのようにコミュニケーションをとるか、特に家族ユニット内でのコミュニケーションを理解することは、彼らの社会構造や音声が彼らの生活で果たす役割についてのより深い洞察を提供してくれるんだ。今後の研究は、この基盤をもとに、複雑な社会的環境におけるこれらの音声行動の神経生物学的基盤を探求することができるだろう。これは、複雑な動物コミュニケーションがどれほど intricate であるかを包括的に理解するための一歩を示しているよ。
タイトル: Unsupervised discovery of family specific vocal usage in the Mongolian gerbil
概要: In nature, animal vocalizations can provide crucial information about identity, including kinship and hierarchy. However, lab-based vocal behavior is typically studied during brief interactions between animals with no prior social relationship, and under environmental conditions with limited ethological relevance. Here, we address this gap by establishing long-term acoustic recordings from Mongolian gerbil families, a core social group that uses an array of sonic and ultrasonic vocalizations. Three separate gerbil families were transferred to an enlarged environment and continuous 20-day audio recordings were obtained. Using a variational autoencoder (VAE) to quantify 583,237 vocalizations, we show that gerbils exhibit a more elaborate vocal repertoire than has been previously reported and that vocal repertoire usage differs significantly by family. By performing gaussian mixture model clustering on the VAE latent space, we show that families preferentially use characteristic sets of vocal clusters and that these usage preferences remain stable over weeks. Furthermore, gerbils displayed family-specific transitions between vocal clusters. Since gerbils live naturally as extended families in complex underground burrows that are adjacent to other families, these results suggest the presence of a vocal dialect which could be exploited by animals to represent kinship. These findings position the Mongolian gerbil as a compelling animal model to study the neural basis of vocal communication and demonstrates the potential for using unsupervised machine learning with uninterrupted acoustic recordings to gain insights into naturalistic animal behavior.
著者: Ralph Emilio Peterson, A. Choudhri, C. Mitelut, A. Tanelus, A. Capo-Battaglia, A. H. Williams, D. M. Schneider, D. H. Sanes
最終更新: 2024-09-04 00:00:00
言語: English
ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.03.11.532197
ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.03.11.532197.full.pdf
ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。
オープンアクセスの相互運用性を利用させていただいた biorxiv に感謝します。
参照リンク
- https://github.com/ni/nidaqmx-python
- https://github.com/pearsonlab/autoencoded-vocal-analysis
- https://github.com/librosa
- https://mc-stan.org/cmdstanpy
- https://scikit-learn.org/stable/modules/generated/sklearn.mixture.GaussianMixture.html
- https://soundanalysispro.com/matlab-sat
- https://librosa.org/doc/latest/generated/librosa.feature.spectral_flatness.html
- https://soundanalysispro.com/manual/chapter-4-the-song-features-of-sap2
- https://github.com/ralphpeterson/gerbil-vocal-dialects