Отражение эмоционального состояния в вокализациях детей и шимпанзе

УДК 81.23

Е.Е. Ляксо, Т.Г. Кузнецова, О.В. Фролова

ОТРАЖЕНИЕ ЭМОЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ В ВОКАЛИЗАЦИЯХ ДЕТЕЙ И ШИМПАНЗЕ

В статье приведены данные сравнительного анализа вокализаций младенцев первого года жизни и шимпанзе (Pan troglodytes). Показано, что эксперты с большей вероятностью распознают отражение в звуковых сигналах состояние дискомфорта, чем радости и комфорта. Выявлены общие закономерности в отражении в акустических характеристиках звуковых сигналов эмоциональных состояний у младенцев и шимпанзе.

Ключевые слова: Вокализации, младенец, шимпанзе, эмоциональное состояние, мелодический контур, частота основного тона.

Elena E. Lyakso, Tamara G. Kuznetsova, Olga V. Frolova

THE REFLECTION OF THE EMOTIONAL STATE IN VOCALIZATIONS OF CHILDREN AND CHIMPANZEES

The article presents a comparative analysis of the vocalizations of infant of the first year and chimpanzees (Pan troglodytes). There was been revealed general regularities in the reflection of the acoustic characteristics of the sound signals of emotional states of infants and chimpanzees.

Key words: vocalization, infant, chimpanzee, emotional state, melodic contour, fundamental frequency.

И зучением эмоции, их происхождением, влиянием на поведение, сходством проявлении у человека и животных научное сообщество занимается давно и плодотворно. Эмоции принимают участие в организации и инициации адекватного целенаправленного поведения; в определении полезности информации для организма, в компенсации дефицита информации в конкретныи момент времени; в реализации коммуникации. Функциональные эмоции обеспечиваются врожденными программами, под воздеи-ствием среды они трансформируются в соответствии с требованиями социума и культуры [Ляксо, Ноздрачев 2012: 123-139].

Роль эмоций в происхождении речи и языка, прямо или опосредованно через систему коммуникации, рассматривается практически во всех теориях. Она представлена широким спектром взглядов: от полного отрицания биологических предпосылок [Chomsky 1988: 167]; биологической обусловленности разницы в коммуникации животных и человека [Lai et al 2001: 519523]; через модификацию «речевых областей мозга» под воздействием языка [Deacon 1997] к длительному процессу глоттогенеза [Иванов 1990:108-109; Snowdon 2001:193127]. Аргументы за и против этих теорий мы не обсуждаем в данной работе. Существует представление о том, что исходной точкой формирования языка, языкового сознания и мышления был этап, предшествовавший выделению говорящим своего «я» из природы и абстрагированию ее признаков и характеристик [Сова 1996: 235]. Одной из характеристик этого довербального периода являются жесты руками, кликсы удовольствия, базисные звуки с некоторыми мелодическими особенностями речи [Сова 1996: 236]. То есть на этапе «фонетической» эволюции языка имели место вокализации, отражающие эмоциональное состояние. В обзоре В.И. Галунова приводится анализ работ, начиная с Ч. Дарвина и до исследований 90-х годов прошлого столетия, в которых указывается на возможность отражения в речи эмоционального состояния [Галунов 2008:

60-65] и обращается внимание на необходимость выбора модели. Она должна быть легко воспроизводима, позволять получать от испытуемых речевые реакции и эмоции широкого спектра и допускать контроль состояния информанта.

Моделью для изучения отражения эмоционального состояния в голосе могут служить довербальные вокализации младенцев первого года жизни и шимпанзе. Выбор обусловлен определенным сходством в строении вокального тракта новорожденных и человекоподобных приматов [Lieberman, Crelin, Klatt 1972: 287-307] и в мозговой организации отделов человека и шимпанзе, связанных с вокализациями [Wilson, Petkov 2011: 177-185; Taglialatela et all 2011: 3-6].

В работе проверяется гипотеза о сходстве акустических характеристик вокализаций младенцев и шимпанзе, отражающих разное функциональное состояние. Задача исследования заключается в определении возможности отражения эмоционального состояния в вокализациях младенцев и шимпанзе и в выявлении сходства и различия в вокализациях младенцев и шимпанзе.

Методика. Объектом исследования явились вокализации 5 здоровых по заключению неонатолога детей в возрасте 3, 6, 9, 12 месяцев и 5 шимпанзе (Pan troglodytes) в возрасте 3 - 17 лет.

Запись детей проводили в домашней обстановке в присутствии матери. Матери не имели хронических или острых заболеваний, нарушающих процесс естественного взаимодействия с ребенком. Вокализации записывали в модельных ситуациях взаимодействия матери с ребенком «лицом к лицу» и «игра» [Ляксо и др. 2001: 68]. Общее время записи составляло от 40 до 60 мин.

Вокализации шимпанзе записывали в условиях антропоидника института физиологии им И.П. Павлова РАН. Во время записи шимпанзе находились в привычной для себя ситуации, при взаимодействии друг с другом, в процессе кормления и реагирования на экспериментатора [Ляксо, Кузнецова, Фролова 2010: 17]. Запись осуществляли от 2 до 4 часов.

Вокализации детей и шимпанзе записывали на цифровой магнитофон "Marantz PMD660" с помощью микрофона "SENNHEIZER e835S" с параллельной регистрацией поведения на видеокамеру «Sony DCR HC40E». Инструментальный анализ вокализаций проводили в программе "Cool Pro" (Syntril. Software Corp., USA). Оценивали значения частоты основного тона (ЧОТ, F0) и длительность вокализаций; вариативность мелодического контура определяли как разность F0 max - F0 min.

Оценку состояния младенцев и шимпанзе осуществляли на основе контекста ситуации, зафиксированного в протоколе эксперимента и по видеозаписям. С целью распознавания состояния, отраженного в звуковых сигналах, проводили экспертный аудиторский перцептивный анализ. Аудиторам предлагали для прослушивания тестовые последовательности. При подготовке тестовых последовательностей из записей каждого ребенка экспертами, имеющими опыт работы с детской речью, на основе протокола записи,отбирали звуки, издаваемые в разном состоянии: дискомфорт - хныканье или плач, комфорт - спокойное состояние, радостное комфортное состояние. Брали по 10 сигналов каждого возрастного среза и замешивали их по закону случайных чисел. Вокализации комфорта, дискомфорта и издаваемые в спокойном состоянии сигналы с равной вероятностью включали в тест. В тесте каждую вокализацию предъявляли по три раза с интервалом в 5 с, с паузой между разнородными сигналами в 15 с. Последовательность сигналов предъявляли для прослушивания с компьютера или с магнитофона.

Аудиторы (n=133 взрослые носители русского языка) заполняли анкету, содержащую вопросы о возрасте, поле, образовании, опыте общения с детьми; и отмечали в таблице возможное психоэмоциональное состояние ребенка: дискомфорт; ровное, спокойное; комфортное состояние.

Звуковые сигналы шимпанзе в соответствии с протоколом поведенческих реакций классифицированы в зависимости от

ситуации взаимодействия обезьян между собой [Кузнецова, Сыренский, Гусакова 2006: 108]. Нами для экспериментального материала выделены звуки в ситуации, когда одна особь шимпанзе проявляла агрессию по отношению к другой, игровые звуки, звуки, сопровождавшие проявление волнения одной из шимпанзе, находившейся в данный момент в одиночестве. Созданы две тестовые последовательности, при этом организация тестового материала была аналогична тестам, содержащим вокализации детей. Первая тестовая последовательность содержала сигналы (n=10), отражающие гнев, страх, радость, печаль. Запись вокализаций произведена в 2004 г. Вторая (n=30 сигналов) - содержала сигналы агрессии, требовательные, агрессии и контактные, игровые, пищевые и контактные, записанные в 2010 г.

Первую тестовую последовательность прослушали 20 аудиторов (n=10 - носителей русского языка, n=10 - носителей корейского языка). Перед ними стояла задача выделить сигналы, отражающие состояние страха, гнева, радости, печали. Аудиторами (n=99), прослушавшими вторую тестовую последовательность, явились носители русского языка (n=65), туркменского, (n=16), других языков - кабардинского, монгольского, узбекского, аварского, татарского, калмык-ского (n=18). В соответствии с инструкцией они должны были выделить четыре варианта состояний, соответствующих «базовым» эмоциям: грусть, страх, радость, печаль и отнести их к прослушиваемым сигналам.

При обработке материала оценивали правильность распознавания аудиторами состояния и определяли временные и спектральные характеристики вокализаций. Статистическую обработку данных проводили в программе «SPSS v. 20» «Statictica 8» с использованием непараметрических методов ANOVA, Краскела-Уоллиса, Манна-Уитни.

Результаты исследования показали, что аудиторы при прослушивании тестовых последовательностей, содержащих звуковые сигналы детей, издаваемых в разных состояниях, выделили вокализации, отражающие состояние дискомфорта, комфортные и

спокойные. Большее количество аудиторов (р<0.01) выделяло состояние дискомфорта. При распознавании состояния детей по их звуковым сигналам для двух детей выявлены значимые различия между экспертами, имеющими опыт работы с детской речью и без такового (р<0.05; р<0.01- по критерию Краскела-Уоллиса, соответственно для тестов двух детей). С увеличением возраста детей все аудиторы относят меньше звуков к комфортному и спокойному состоянию, заменяя их на сигналы дискомфорта. «Отрицательно» окрашенные сигналы аудиторы лучше определяют в сигналах детей первого полугодия жизни.

Выявлены значимые различия в значениях ЧОТ и длительности гласноподобного звука [а] в вокализациях, отражающих разное состояние ребенка и правильно определенных аудиторами. Сигналы дискомфорта характеризуются более высокими значениями ЧОТ (460 Гц, 473 Гц - соответственно в 3 и 12 мес, медиана), чем сигналы комфорта (440 Гц, 360 Гц) и спокойные (390 Гц, 350 Гц) вокализации. Анализ ЧОТ выявил различия в сигналах дискомфорта и спокойных вокализациях (р<0.05 - критерий Манна-Уитни, между вокализациями дискомфорта младенцев в 3 мес и сигналами, характерными для спокойного состояния в 3 мес и 12 мес; р<0.05 - между сигналами дискомфорта в 12 мес и спокойными вокализациями в 3 мес и 12 мес); вокализациями, отражающими состояние дискомфорта и комфорта (р<0.001; р<0.001 - в 3 мес и 12 мес между вокализациями дискомфорта и комфортными сигналами). Комфортные сигналы имеют более высокие (р<0.01) значения ЧОТ в вокализациях трехмесячных младенцев (440 Гц - медиана). Не выявлено значимых различий между спокойными и комфортными сигналами по значениям ЧОТ.

Сигналы дискомфорта и спокойные сигналы имеют большую длительность у детей в 12 месяцев по сравнению с сигналами трехмесячных детей (р<0.001; р<0.01 - соответственно). Различие в длительности комфортных сигналов установлено на уровне тенденции. Сигналы дискомфорта

детей в возрасте 12 месяцев имеют большую длительность, чем спокойные сигналы (р<0.001; р<0.01 - соответственно в 3 мес и 12 мес) и чем комфортные сигналы (р<0.001). Длительность спокойных сигналов выше (р<0.001) длительности сигналов, отражающих состояние комфорта.

Таким образом, в данной части работы установлена способность к определению взрослыми состояния ребенка, преимущественно дискомфортного, при прослушивании его вокализаций и показаны значимые различия в ЧОТ и длительности сигналов, отражающих состояние дискомфорта.

При распознавании эмоционального состояния шимпанзе по их вокализациям 80% носителей русского языка определили состояние печали, почти не распознали (10%) радость. Носители корейского языка более хорошо определили радость (46%) по сравнению с носителями русского языка; состояние печали определили 80% носителей русского языка, 70% носителей корейского языка. На уровне тенденции страх с более высокой вероятностью распознавали носители корейского языка, по сравнению с носителями русского языка. Значения ЧОТ в вокализациях шимпанзе в состоянии страха значимо превышали значения ЧОТ в вокализациях при состоянии радости (р<0.05), печали (р<0.001) и гнева (р<0.001). Вариативность мелодического контура для сигналов страха (1464 Гц) и гнева (516 Гц) имела максимальные значения, для печали (430 Гц) и минимальные для сигналов, отражающих состояние радости (301 Гц).

Следует отметить, что сигналы, в которых аудиторами правильно распознано эмоциональное состояние, различаются по значениям ЧОТ. Так, выявлены различия между вокализациями, отнесенными носителями корейского и русского языка к сигналам страха и печали (р<0.01; р<0.001); страха и гнева (р<0.001). Между вокализациями разных особей, отнесенными к сигналам страха, различий не выявлено. Результаты исследования показали, что дискомфортное состояние шимпанзе правильно распознается по их звуковым сигналам. Состояние страха и печали в

вокализациях шимпанзе выделили более 50% носителей русского и корейского языков. Выделенные сигналы страха характеризуются высокими значениями ЧОТ и значимо превышают значения ЧОТ вокализаций печали.

При прослушивании тестовой последовательности, содержащей более разнообразный звуковой репертуар шимпанзе, носители разных языков выделяли сигналы, отражающие состояния в грусти и страха, но не гнева и радости. Как вокализации, отражающие грусть, аудиторы описывали пищевые - контактные сигналы, контактные и требовательные - контактные вокализации; как отражающие состояние страха - агрессивные вокализации. Аналогично результатам перцептивного анализа первой тестовой последовательности, показавшим некоторые отличия в распознавании состояния аудиторами-носителями русского и корейского языков, выявлены различия и между аудиторами второй тестовой последовательности.

Вокализации, которые все группы аудиторов отнесли к сигналам, отражающим разное эмоциональное состояние, значимо различались по своим акустическим характеристикам. Значения ЧОТ и длительности сигналов грусти (172 Гц, 105 мс) значимо (р<0.001) меньше, вокализаций страха (904 Гц, 195 мс).

Полученные результаты позволяют полагать, что отнесение звуковых сигналов младенцев и шимпанзе к определенной категории основывается на различиях в их акустических характеристиках

Таким образом, результаты проведенного исследования показали способность взрослых к правильному распознаванию состояния младенцев и шимпанзе по их вокализациям. Сигналы дискомфорта младенцев, вокализации страха, печали и гнева шимпанзе эксперты распознавали с большей вероятностью, чем вокализации, отражающие комфортное состояние.

Рис. 1. Значения частоты основного тона вокализаций младенцев и шимпанзе, отражающих состояние дискомфорта, страха и печали (А), комфорта и радости (Б).

Обозначение: Шимпанзе_1т - вокализации, входящие в первую тестовую последовательность, Шимпанзе_2т - вокализации, входящие во вторую тестовую последовательность.

Обсуждение результатов. Основоположник теории эмоции У. Джеймс считал, что появление эмоций связано с речью. С появлением технических средств для анализа речевых высказываний говорящих, находящихся в разных эмоциональных состояниях, возникли классификации состояний так, на основе акустических параметров речи. Гневу присуща резкая артикуляция; страх характеризуется прерывистой, нисходящей мелодией; печаль - медленной и вялой, вздохами; счастье - оживленной мелодией [Галунов 2008: 60-62]. По данным К.Стивенса состояние гнева характеризуется увеличением значений ЧОТ и его диапазона, частоты первой форманты, темпа речи [Галунов, Пиктурна, Янушавичюс 1989: 22]. Страх характеризуется превышением нормы ЧОТ, наличием пиков на мелодической кривой, замедлением темпа; для печали характерны низкие значения ЧОТ и небольшие ее изменения, увеличение длительности звука и пауз [Галунов 2008: 60].

Передача эмоционального состояния посредством голосовых средств применительно к проблеме становления речи рассматривается в рамках довербального периода [Сова 1996: 235-236]. В нашем исследовании осуществлено сравнение перцептивных и акустических характеристик эмоционально окрашенных вокализаций младенцев и шимпанзе, что традиционно используется в рамках исследований эволюции языка (например, [Taglialatela, et all 2011:1-7]). Показано, что вокализации дискомфорта у младенцев характеризуются более высокими значениями ЧОТ и длительности, чем спокойные и комфортные вокализации; вокализации, отражающие состояние страха и гнева шимпанзе, также имеют высокие значения частоты основного тона. При анализе взрослой речи другими исследователями установлены сходные частотные и временные характеристики сигналов, отражающих соответствующие эмоциональные состояния. При гневе частота фонации и величина первой форманты резко увеличивается по сравнению с нейтральной

речью; при страхе - частота фонации ниже, чем в гневе, содержит резкие пики; печаль имеет малые вариации в частоте фонации, характерна большая длительность гласных [Хроматиди, Старченко 2005: 87-90]. Таким образом, полученные данные об отражении эмоционального состояния в вокализациях, т.е. в доречевых сигналах, не только подтвердили результаты акустического анализа речи, но и показали общие закономерности отражения состояния у детей и шимпанзе в их звуковых сигналах.

В нашем исследовании была осуществлена запись вокализаций шимпанзе, проживающих в лабораторных условиях, что не является полностью аналогичным естественным условиям их обитания [Tomasello, Call 2011: 1227-1228]. Однако выбранные ситуации позволяют сделать предположения об истинности эмоциональных состояний, проявляемых шимпанзе. В частности, «пищевые» сигналы шимпанзе в качестве эмоциональных изучаются и другими исследователями [Slocombe, Zuberbühler 2005: 1779-1784].

Выявленные в нашей работе общие закономерности в отражении в акустических характеристиках звуковых сигналов эмоциональных состояний у младенцев и шимпанзе подтверждается и результатами сравнительного исследования смеха, вызванного щекотанием [Ross, Owren, Zimmermann 2009: 1106-1110]. На основе сходства спектрально-временных характеристик вокализаций смеха у младенцев и шимпанзе, авторы работы делают заключение о свидетельстве полученных данных в пользу постулата о филогенетическом континууме эмоциональных выражений [Ross, Owren, Zimmermann 2009: 1110]. Можно предположить, что эмоции, являясь основой и сопровождением разных аспектов познавательной деятельности, у младенцев и шимпанзе проявляются через общее возбуждение (комфорт, дискомфорт), отражаемое, в том числе, и в голосовых реакциях, и в этой связи имеют сходные акустические характеристики.

Литература

Галунов В.И. О возможности определения эмоционального состояния говорящего по речи // Речевые технологии. 2008. - № 1. - 2008. - с.60-66.

Галунов В.И., Пиктурна В.В., Янушавичус В.И. Акустические корреляты эмоциональной речи // Материалы докладов и совещаний 5-го Всесоюзного совещания-симпозиума цикла «Акустика речи и слуха». - Одесса, 1989. - С.16-25.

Иванов В.В. Глоттогенез. Лингвистический энциклопедический словарь. - М., 1990.

- С. 108-109.

Кузнецова Т.Г., Сыренский В.И., Гусакова Н.С. Шимпанзе. Онтогенетическое и интеллектуальное развитие в условиях лабораторного содержания. - СПб. Изд-во: Политехника. 2006. - 448 с.

Ляксо Е.Е., Кузнецова Т. Г., Фролова О. В. Отражение эмоционального состояния в вокализациях шимпанзе и опознание его человеком // Механизмы регуляции физиологических систем организма в процессе адаптации к условиям среды. Всероссийская конференция с международным участием, посвященная 85-летию со дня основания Института физиологии им. И.П. Павлова РАН, 2010. - С. 171-172.

Ляксо Е.Е., Ноздрачев А.Д. Психофизиология. // Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. - М.: Издательский центр «Академия», 2012. -336 с.

Ляксо Е.Е., Петрикова Н.А., Челибанова О.В., Остроухов А.В., Разумихин Д.В. Звуки русских детей первого года жизни и их восприятие взрослыми // Детская речь: Психолингвистические исследования. Под ред. Т.Н.Ушаковой, Н.В. Уфимцевой. - М.: ПЕР СЭ, 2001.

- С.65-87.

Сова Л.З. У истоков языка и мышления. Генезис африканских языков. // Российская Академия наук. Институт лингвистических исследований. - СПб. Издательство ТОО «Ла-брис». 1996. - 384 с.

Хроматиди А.Ф., Старченко А.Ф. Оценка акустических параметров эмоциональной речи. // Сборник трудов XVI сессии Российского акустического общества. Акустика речи, медицинская и биологическая акустика. -М.: ГЕОС. 2005. - Т.3. - С.87-90.

Chomsky N. Language and Problems of Knowledge: The Managua Lectures. - Cambridge,

1988.

Deacon T. The Symbolic Species: The Co-evolution of Language and the Brain. - W.W. Norton & Co., - New York. 1997. - 527 p.

Lai C.S., Fisher S.E, Hurst J.A., Vargha-Khadem F., Monaco A.P. A forkhead-domain gene is mutated in severe speech and language disorder. - Nature, 2001. - Vol. 413. (6855). - P. 519523.

LiebermanP Y., CrelinE.S., KlattD.H. Phonetic ability and related anatomy of the newborn and adult human. Neanderthal man and chimpanzee // American Anthropologist. 1972. - Vol.74.

- P. 287-307.

Ross M.D, Owren M.J., Zimmermann E. Reconstructing the evolution of laughter in geat apes and humans // Current Biology. 2009. - Vol. 19. - P. 1106-1111.

Slocombe K. E., Zuberbuhler K. Functionally Referential Communication in a Chimpanzee // Current Biology, 2005. - Vol. 15. - P. 1779-1784.

Snowdon C.T. From primate communication to human language /Tree of Origin: What Primate Behavior Can Tell Us About Human Social Evolution / Ed. F.B.M. de Waal. Cambridge, MA: Harvard Univ Press. 2001. - P. 193-227.

Taglialatela J. P., Russell J.L., Schaeffer J.A, Hopkins W.D. Chimpanzee Vocal Signaling Points to a Multimodal Origin of Human Language// PLoS ONE 2011 Vol. 6 Issue 4 e18852 - P. 1-7.

Tomasello M, Call J. Methodological challenges in the study of primate cognition // Science. 2011. - Vol. 334. - P. 1227-1228.

Wilson B., Petkov C.I. Communication and the Primate Brain: Insights from neuroimaging studies in Humans, Chimpanzees and Macaques // Human Biology, 2011. - Vol. 83. - No. 2. - P. 175-189.