Les chiens extraient des mots de la parole continue en utilisant des calculs et des régions cérébrales similaires à ceux des humains, selon une nouvelle étude combinant EEG et IRMf par des chercheurs du département d’éthologie de l’Université Eötvös Loránd (Hongrie). Crédit : Grzegorz Eliasiewicz
Les chiens extraient des mots de la parole continue en utilisant des calculs et des régions cérébrales similaires à ceux des humains, une nouvelle étude combinant EEG et IRMf par rdes chercheurs de les Département d’éthologie, trouve l’Université Eötvös Loránd (Hongrie). Il s’agit de la première démonstration de la capacité d’utiliser des statistiques complexes pour en savoir plus sur les limites des mots chez un mammifère non humain.
Les nourrissons humains peuvent repérer de nouveaux mots dans un flux de parole bien avant d’apprendre ce que ces mots signifient. Pour savoir où se termine un mot et où commence un autre, les nourrissons effectuent des calculs complexes pour garder une trace de la structure des syllabes : les syllabes qui apparaissent généralement ensemble sont probablement des mots, et celles qui ne le sont pas probablement ne le sont pas. Une nouvelle étude d’imagerie cérébrale menée par des chercheurs hongrois a découvert que les chiens peuvent également reconnaître des régularités aussi complexes dans la parole.
« Garder une trace des modèles n’est pas unique aux humains : de nombreux animaux apprennent de telles régularités dans le monde environnant, c’est ce qu’on appelle l’apprentissage statistique. Ce qui rend la parole spéciale, c’est que son traitement efficace nécessite des calculs complexes.
Chien sous expérience EEG. Crédit : Grzegorz Eliasiewicz
Pour apprendre de nouveaux mots à partir d’un discours continu, il ne suffit pas de compter souvent certaines syllabes se produisent ensemble. Il est beaucoup plus efficace de calculer comment Probablement ces syllabes se produisent ensemble.
C’est exactement ainsi que les humains, même les nourrissons de 8 mois, résolvent la tâche apparemment difficile de la segmentation des mots : ils calculent des statistiques complexes sur la probabilité qu’une syllabe suive l’autre », explique Marianna Boros, l’un des principaux auteurs de l’étude. , et chercheur postdoctoral au Laboratoire de neuroéthologie de la communication, Département d’éthologie, Université Eötvös Loránd.
« Jusqu’à présent, nous ne savions pas si un autre mammifère pouvait également utiliser des calculs aussi complexes pour extraire des mots de la parole. Nous avons décidé de tester les capacités cérébrales des chiens de famille pour l’apprentissage statistique de la parole. Les chiens sont les premières espèces animales domestiquées et probablement celle à qui nous parlons le plus souvent. Pourtant, nous en savons très peu sur les processus neuronaux qui sous-tendent leurs capacités d’apprentissage des mots.
“Pour savoir quel type de statistiques les chiens calculent lorsqu’ils écoutent la parole, nous avons d’abord mesuré leur activité cérébrale électrique à l’aide d’EEG”, explique Lilla Magyari, l’autre auteur principal, chercheuse postdoctorale dans le même groupe de recherche, qui avait jeté les bases méthodologiques. d’effectuer une électrophysiologie non invasive sur des chiens éveillés, non entraînés et coopérants.
« Il est intéressant de noter que nous avons constaté des différences dans les ondes cérébrales des chiens pour les mots fréquents par rapport aux mots rares. Mais plus surprenant encore, nous avons également constaté des différences d’ondes cérébrales pour les syllabes qui se produisaient toujours ensemble par rapport aux syllabes qui ne se produisaient qu’occasionnellement, même si les fréquences totales étaient les mêmes. Il s’avère donc que les chiens gardent une trace non seulement de statistiques simples (le nombre de fois qu’un mot apparaît) mais aussi de statistiques complexes (la probabilité que les syllabes d’un mot apparaissent ensemble). Cela n’a jamais été vu chez d’autres mammifères non humains auparavant. C’est exactement le genre de statistiques complexes que les nourrissons humains utilisent pour extraire des mots d’un discours continu. »
Pour explorer à quel point les régions cérébrales responsables de cette capacité de calcul complexe chez les chiens sont similaires à celles des humains, les chercheurs ont également testé des chiens à l’aide d’une IRM fonctionnelle. Ce test a également été effectué sur des animaux éveillés, coopérants et non attachés. Pour l’IRMf, les chiens ont été préalablement entraînés à rester immobiles pendant le temps des mesures.
Chien avant IRMf avec dresseur. Crédit : Grzegorz Eliasiewicz
« Nous savons que chez l’homme, les régions cérébrales liées à l’apprentissage général et au langage participent à ce processus. Et nous avons trouvé la même dualité chez les chiens », explique Boros. « Un généraliste et une région cérébrale spécialisée semblaient tous deux impliqués dans l’apprentissage statistique à partir de la parole, mais les modèles d’activation étaient différents dans les deux. La région du cerveau généraliste, ce qu’on appelle les noyaux gris centraux, répondait plus fortement à un flux de parole aléatoire (où aucun mot ne pouvait être repéré à l’aide de statistiques de syllabe) qu’à un flux de parole structuré (où les mots étaient faciles à repérer simplement en calculant des statistiques de syllabe). La région du cerveau spécialisée, le cortex auditif, qui chez l’homme joue un rôle clé dans l’apprentissage statistique de la parole, a montré un schéma différent : nous avons vu ici l’activité cérébrale augmenter au fil du temps pour le flux de parole structuré mais pas pour le flux de parole aléatoire. Nous pensons que cette augmentation de l’activité est la trace des mots que l’apprentissage laisse sur le cortex auditif.
“Nous commençons maintenant à comprendre que certains processus informatiques et neuronaux connus pour être déterminants pour l’acquisition du langage humain peuvent ne pas être uniques aux humains après tout”, déclare Attila Andics, chercheur principal du Neuroethology of Communication Lab.
« Mais nous ne savons toujours pas comment ces mécanismes cérébraux humains-analogiques pour l’apprentissage des mots ont émergé chez les chiens. Reflètent-ils des compétences qui se sont développées en vivant dans un environnement riche en langues, ou au cours des milliers d’années de domestication, ou représentent-ils une ancienne capacité de mammifère ? Nous voyons qu’en étudiant le traitement de la parole chez les chiens, des races de chiens encore meilleures avec des capacités de communication différentes et d’autres espèces vivant à proximité des humains, nous pouvons retracer les origines des spécialisations humaines pour la perception de la parole.
Référence : « Neural processorsunderground statistique learning for speech segmentation in dogs » par Marianna Boros, Lilla Magyari, Dávid Török, Anett Bozsik, Andrea Deme et Attila Andics, 29 octobre 2021, Biologie actuelle.
DOI : 10.1016/j.cub.2021.10.017
Cette recherche a été financée par l’Académie hongroise des sciences et le réseau de recherche Eötvös Loránd (programme “Lendület”), le Conseil européen de la recherche (ERC) et le ministère de l’Innovation et de la Technologie.
