Τα μαθηματικά του κελαϊδίσματος

Πώς τα ωδικά πτηνά μαθαίνουν να κελαηδούν σωστά, χωρίς φάλτσα; Αν ποτέ σας έχει απασχολήσει το ερώτημα, η επιστήμη είναι τώρα σε θέση να σας παρουσιάσει το πρώτο μαθηματικό μοντέλο που προβλέπει την ικανότητα των πουλιών να μαθαίνουν τη σωστή «ορθοφωνία» διδασκόμενα από τα λάθη τους.
Αν πάλι θεωρείτε το ζήτημα άνευ ουσίας, οι ειδικοί μπορούν εύκολα να σας πείσουν περί του αντιθέτου. Το μοντέλο τους μπορεί να επεκταθεί σε όλα τα είδη, αποκαλύπτοντας πώς και εμείς οι άνθρωποι μαθαίνουμε από τα λάθη μας, ενώ παράλληλα μπορεί να βοηθήσει στην ανάπτυξη νέων θεραπειών για την αποκατάσταση της ομιλίας.

Μωρουδίστικα τραγούδια
Η μελέτη διεξήχθη από τον βιολόγο Σάμιουελ Σέιμπερ του Πανεπιστημίου Εμορι και τον φυσιολόγο Μάικλ Μπρέιναρντ του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Σαν Φρανσίσκο σε κοινωνικούς σπίνους – γνωστοί και ως σπίνοι της Βεγγάλης (Lonchura striata domestica). Στόχος της ήταν η ανάπτυξη ενός μοντέλου το οποίο θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διερεύνηση των μηχανισμών με τους οποίους ο εγκέφαλος μαθαίνει διορθώνοντας τα – φωνητικά στην περίπτωση αυτή – λάθη του.
Ακριβώς όπως εμείς οι άνθρωποι μαθαίνουμε να μιλάμε, τα μωρά των σπίνων μαθαίνουν να κελαηδούν ακούγοντας τους μεγάλους. Μόλις μερικές ημέρες αφού βγουν από το αβγό, οι μικροί σπίνοι της Βεγγάλης αρχίζουν να μιμούνται τους ήχους που βγάζουν τα ενήλικα πτηνά. «Στην αρχή το τραγούδι τους είναι υπερβολικά μεταβλητό και άναρθρο» εξηγεί ο κ. Σέιμπερ. «Σαν μωρουδίστικα, στην ουσία».
Στη συνέχεια ωστόσο τα μικρά εξασκούνται διαρκώς, ακούγοντας τους ήχους που βγάζουν κάθε φορά και διορθώνοντας τα λάθη που εντοπίζουν σε αυτούς. Με τον τρόπο αυτό κάποια στιγμή φθάνουν τα κελαηδούν όπως τα μεγαλύτερά τους πουλιά.

Πώς μαθαίνουμε από τα λάθη μας
Όπως τα παιδιά των ανθρώπων έτσι και τα μικρά των πτηνών κάνουν πολλά «μεγάλα» και «μικρά» λάθη καθώς μαθαίνουν να μιλούν ή να κελαηδούν – και έχουν την ικανότητα να τα διορθώνουν. Στους ενήλικες – ανθρώπους και πτηνά – η «μεταβλητότητα» στην επιδιόρθωση των λαθών είναι πολύ μικρότερη. Σύμφωνα με μια θεωρία αυτό συμβαίνει επειδή ο εγκέφαλος, για λόγους ασφαλείας, «φιλτράρει» τα λάθη, αποκλείοντας τα μεγάλα και επικεντρώνοντας την προσοχή του στα μικρότερα.
«Για να διορθώσει τα λάθη ο εγκέφαλος είναι αναγκασμένος να βασιστεί στις αισθήσεις» λέει ο κ. Σέιμπερ. «Το πρόβλημα είναι ότι οι αισθήσεις είναι αναξιόπιστες. Αν υπάρχει θόρυβος στο περιβάλλον, για παράδειγμα, ο εγκέφαλος μπορεί να θεωρήσει ότι δεν ακούει καλά και να αγνοήσει την αισθητική εμπειρία». Η σχέση ανάμεσα στη μεταβλητότητα της επιδιόρθωσης των λαθων και στην ικανότητα εκμάθησης ίσως εξηγεί, σύμφωνα με τους επιστήμονες, γιατί τα μικρά παιδιά μαθαίνουν πιο γρήγορα ενώ οι ενήλικες δεν προσαρμόζονται εύκολα στις αλλαγές και στις νέες συνθήκες.
«Είτε είναι κάποιος τραγουδιστής της όπερας είτε είναι πουλί υπάρχει πάντα μεταβλητότητα στους ήχους του» εξηγεί ο ειδκός. «Όταν ο εγκέφαλος συλλαμβάνει ένα λάθος στον τόνο φαίνεται ότι χρησιμοποιεί αυτή την απλή αλλά κομψή στρατηγική για να αξιολογήσει την πιθανότητα αυτό το λάθος να είναι απλώς ένας εξωτερικός θόρυβος – ένα πρόβλημα στην ανάγνωση του σήματος – ή ένα πραγματικό λάθος στην εκφώνηση».

Μικρό λάθος, καλύτερη εκμάθηση
Οι ερευνητές θέλησαν να ποσοτικοποιήσουν τη σχέση ανάμεσα στο μέγεθος ενός λάθους και την πιθανότητα που υπήρχε το λάθος αυτό να διορθωθεί από τον εγκέφαλο. Για τον λόγο αυτό, όπως περιγράφουν στο σχετικό άρθρο τους που δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Proceedings of the National Academy of Sciences», φόρεσαν στους σπίνους μικροσκοπικά ακουστικά. Μέσω αυτών τους «ξαναέπαιζαν» το τραγούδι τους κάνοντας παρεμβολές με τρόπο ώστε να τους ξεγελούν και να νομίζουν ότι κάνουν οι ίδιοι κάποιο λάθος.

«Όταν κάναμε μικρές αλλαγές στον τόνο τα πουλιά μάθαιναν πολύ καλά και διόρθωναν τα λάθη γρήγορα» λέει ο κ. Σέιμπερ. «Οσο μεγαλώναμε τις μεταβολές στον τόνο τα πουλιά μάθαιναν λιγότερο καλά ώσπου, σε ένα συγκεκριμένο σημείο, έπαυαν πια να μαθαίνουν».

Με βάση αυτά τα δεδομένα οι ειδικοί ανέπτυξαν το πρώτο μαθηματικό μοντέλο που περιγράφει το κατά πόσον ένα πουλί μπορεί να μάθει από τα λάθη του ανάλογα με το μέγεθος αυτών των λαθών καθώς και το σημείο στο οποίο αυτή η ικανότητα αυτή σταματά. «Ελπίζουμε ότι αυτό το μαθηματικό πλαίσιο σχετικά με το πώς τα πουλιά μαθαίνουν να κελαηδούν θα βοηθήσει στην ανάπτυξη συμπεριφορικών θεραπειών για την αποκατάσταση της ομιλίας στους ανθρώπους αλλά και θα αυξήσει τη γενικότερη κατανόησή μας σχετικά με το πώς ο εγκέφαλός μας μαθαίνει» τόνισε ο ερευνητής.