Praten is net tjilpen

0 Posted by - 7 juli, 2010 - Features, NWT Mag. (Natuur & Techniek)
Beeld: Rikie Gorissen

De mens kletst wat af, maar de vraag hoe wij dit leren, is nog altijd onbeantwoord. Het vogelbrein zet biologen nu op het goede spoor. Zangvogels leren zingen zoals wij leren praten.

TAMAR STELLING
nwt magazine | juli – aug 2010 | nummer 7/8

Mensen praten er op los. Als er iets is waarmee we de rest van het dierenrijk voorbij streven, dan is het wel taal. Toch is het nog een groot raadsel hoe Homo sapiens zich ontwikkelde tot de kletsende aap. Ook weten biologen niet welke processen zich allemaal in het brein voltrekken als we met elkaar converseren. Dat wil zeggen: nóg niet.

Vóór 1957, toen de grote taalgeleerde Noam Chomsky de moderne taalkunde lanceerde met zijn boek Syntactic Structures, dacht men dat mens en dier ter wereld komen met een blanco brein – een tabula rasa, of onbeschreven blad. Mensenkinderen zouden taal onder de knie krijgen door conditionering, oftewel simpelweg door beloning en straf.

Dit leek Chomsky onbestaanbaar. Een taal leren zat volgens hem veel ingewikkelder in elkaar. Chomsky meende dat het idee van een tabula rasa geen verklaring gaf voor het feit dat kinderen relatief snel een taal leren, of waarom alle 6000 verschillende talen die mensen wereldwijd spreken toch dezelfde karakteristieken hebben. De taalgeleerde stelde dat mensen een aangeboren taalvermogen hebben, een soort mechanisme dat hypergevoelig is tijdens onze eerste levensjaren.

Een blik op onze hersenen leert dat dit geen gek idee is. Het brein herbergt een aantal structuren die zich specifiek bezighouden met spreken en taal. En er blijkt zoiets te bestaan als ‘taalgenen’. Zo ontdekte neurowetenschapper Simon Fisher in 2001 dat een defect aan een gen genaamd FOXP2 zorgt voor erfelijke spraakgebreken. Onderzoek naar hoe wij leren praten, brengt echter de nodige praktische problemen met zich mee. Kinderen lijken bij uitstek geschikt als proefmodel, maar zijn lastig om te laten meewerken aan bijvoorbeeld fMRI-studies. Bovendien kan het noodzakelijk zijn om structurele veranderingen in het brein op cellulair niveau te bekijken. Maar welk kind stelt zijn hersenen ter beschikking van de wetenschap, als hij zojuist een nieuw woord heeft geleerd?

zangvogel MRI

Beeld: Met een soort fMRI-scanner voor vogels zijn hersenprocessen te volgen op het moment dat een zebravink een lied hoort of leert. Deze vinding zal in de toekomst heel van vogellevens sparen. Het is nu nog gebruikelijk dat zangvogelshersenen in plakjes worden gesneden ter analyse. Kristen K. Maul

Om dit probleem te omzeilen, hanteert de neurobiologie een uitzonderlijk geschikt dierlijk model voor de menselijke taalvermogens: de zangvogel. De populariteit van zangvogels onder cognitiewetenschappers is de laatste tien jaar explosief gestegen. Een van die wetenschappers is Johan Bolhuis, hoogleraar gedragsbiologie aan de Universiteit Utrecht. Bolhuis: “Darwin stelt in zijn boek The Descent of Man dat er, wat mentale capaciteiten betreft, een grotere kloof zit tussen vissen en apen, dan tussen apen en mensen. Maar als je kijkt naar bepaalde cognitieve activiteiten, zoals het gebruik van werktuigen en andere zaken, dan zie je soms dat bepaalde vogels dingen kunnen die veel te hoog gegrepen zijn voor mensapen. Ik denk dat weinigen zich realiseren dat wij in veel opzichten veel meer op vogels dan op apen lijken.”

Darwin merkte in The Descent of Man wel op dat het leren zingen van zangvogels nog het meest lijkt op ons leren praten als kind. Kinderen beginnen op een bepaald moment hun vader en moeder te imiteren, zonder directe reden. Je hebt geen idee wat ze zeggen, en zij ook niet. Langzaam maar zeker verwerken kinderen alle klankindrukken, en vormen ze woordjes en niet veel later zinnen.

Zangneuronen

Bij jonge zangvogels verloopt het leren zingen op een vergelijkbare manier. Eerst moeten zangvogels een flink aantal keer het lied van hun ouders horen, later gaan ze dit imiteren. Dat klinkt in het begin als primitief gepiep, ook wel sub-song genoemd. Door net als brabbelende mensenkinderen te oefenen, krijgen de jonge zangvogels uiteindelijk een normaal lied onder de knie, dat sterk lijkt op dat van hun ouders. Een paar weken geleden nog toonde Bolhuis en zijn collega’s aan dat zebravinkjes als ze slapen gewoon doorleren (Proceedings of the Royal Society B, 7 juni 2010). Het geleerde liedje daalt dan als het ware in, net als het geval is bij mensenkinderen.

Wat zich tijdens het zangleerproces fysiologisch precies in het zangvogelbrein voltrekt, is nog onduidelijk. Bolhuis: “Het idee is dat zich in de hersentjes van zangvogels een soort mal bevindt, die wordt gevormd door het aanhoren van het lied van de ouders.” Dit sluit aan bij de theorie van Chomsky over hypergevoelige taalmechanismen bij mensenkinderen.

Zangvogelonderzoek kan mogelijk helderheid geven over stotteren bij mensen

Recente experimenten onderschrijven dat idee. Ofer Tchernichovski, gedragsbioloog aan de City University in New York, ontdekte dat jonge zebravinken die in isolement opgroeien, na een aantal generaties toch weer een enigszins normaal lied gaan zingen (Nature, 28 mei 2009). Dat wijst erop dat bepaalde elementen van zo’n lied al in de hersenen zijn verankerd.

Het sjabloon-idee lijkt ook te worden bevestigd door foto’s van zangneuronen die de Amerikaanse neurobioloog Todd Roberts begin dit jaar maakte. Roberts, verbonden aan het Duke University Medical Center in Durham, was de eerste die neuronen wist vast te leggen, exact op het moment dat het zangleerproces van start ging in de hersenen van jonge zebravinken (Nature, 17 februari 2010). “We verwachtten dat we een toename zouden zien in de groei van nieuwe dendritische stekels (uitstulpingen van zenuwcellen), en een afname in oude, zodra een jonge zebravink voor het eerst het lied van een volwassen mannetje zou horen”, zegt Roberts. “Maar in plaats daarvan zagen we dat de confrontatie met het lied leidde tot een snelle structurele stabilisatie van de neuronale netwerken in de hersenen, die belangrijk zijn voor de latere uitvoering van het gedrag dat wordt geleerd.” Oftewel: er kwamen geen nieuwe verbindingen bij, maar bepaalde zenuwpaden die er al lagen, werden verstevigd.

Op het moment dat mens en vogel beginnen met brabbelen, is daar geen directe beloning aan verbonden, zoals eten. Er is ook geen duidelijke aanleiding, zoals de honger die leidt tot eten zoeken. Mens en vogel hebben eveneens in hun jonge jaren nog geen idee van de cruciale rol die vocale uitingen later gaan spelen bij het imponeren van het andere geslacht. We beginnen het gewoon te doen, door na te bootsen. Deze vorm van ‘leren door imitatie’ is redelijk uniek. Slechts zeer weinig diersoorten beginnen geheel belangeloos hun ouders te imiteren. Spraak en vogelzang lijken hierin sterk op elkaar. Het is goed mogelijk dat zogeheten spiegelneuronen hierbij een rol spelen. Dit zijn neuronen die niet alleen actief zijn als we zelf iets doen, maar ook als we een ander iets zien doen. Ze ‘spiegelen’ het gedrag van de ander in onze hersenen. Inmiddels is duidelijk dat ook zangvogels spiegelneuronen hebben (Nature, 17 januari 2008). Tot voor kort dacht men dat, naast de mens, alleen apen over spiegelneuronen beschikten.

Praatpapegaai

Vogelzang lijkt op spraak, maar de taalbarrière tussen vogel en mens lijkt onoverbrugbaar. Toch is er een voorbeeld van een papegaai die onze taal enigszins meester werd: de beroemde grijze roodstaart Alex (1977-2007) van de Amerikaanse bioloog dr Irene Pepperberg. Alex praatte mensen niet slechts na, maar leek ook echt de inhoud van woorden en zinnen te begrijpen.

Op de afbeelding (nu: filmpje) hierboven staat Alex voor een bord met blokjes. Als hem werd gevraagd hoeveel rode blokjes er lagen of welke kleur een bepaald blokje had, dan gaf hij het juiste antwoord, in het Engels. In 2005 begreep hij zelfs het concept ‘nul’. Hij kon zeggen wat hij wilde eten, of waar hij heen wilde. Voor dingen die hij niet kende, verzon hij zelf woorden. Zo doopte hij een appel eens banerry: een kruising tussen banana en cherry. Ook verbeterde hij andere papegaaien die minder ver waren in het leerproces dan hij.

Zo zijn er de laatste jaren meer opvallende overeenkomsten gevonden tussen de ‘taalcentra’ in de hersenen van mensen en zangvogels. In 2007 ontdekte Johan Bolhuis, samen met collega-gedragsbioloog Sharon Gobes, dat zangvogels twee aparte hersengebieden hebben die zich bezig houden met zang: een voor het interpreteren van geluiden, en een voor het produceren van zang (Current Biology, mei 2007). Ook bij mensen is het gedeelte van de hersenen dat zich bezighoudt met spraak ondergebracht in twee functioneel gescheiden gebieden. Het ene heet het gebied van Wernicke, het centrum voor spraakinterpretatie. Het andere is het gebied van Broca, dat de spraakproductie bestuurt.

Bolhuis vermoedde dat het gebied van Wernicke bij mensen gelijk is aan een hersengebied bij volwassen zebravinken, het caudomediale nidopallium (NCM). Om dit te onderzoeken, schakelde Bolhuis bij een aantal zebravinken het NCM uit. Daarna bekeek hij in hoeverre de dieren zich aangetrokken voelden tot de zang van hun soortgenoten. Zebravinken houden het meest van het lied van hun vader. Als op een aantal luidsprekers vinkenliedjes worden afgespeeld, gaan de zebravinken vooral bij de luidspreker zitten waaruit het lied van hun vader schalt. De vinken die in Bolhuis’ experiment echter over een niet goed functionerende NCM beschikten, waren niet meer in staat dit lied te herkennen – reden om aan te nemen dat het NCM inderdaad het gebied van de interpretatie in het vogelbrein is.

Bolhuis: “Deze reactie is vergelijkbaar met mensen met een beschadiging in het gebied van Wernicke. Ze kunnen wel normaal praten, maar als je ze een opdracht geeft – als je terugpraat – dan snappen ze het gewoon niet. Zangvogels met een beschadigd NCM zingen een lied dat sterk lijkt op dat van hun vader, maar als ze het horen, herkennen ze het niet meer.”

Nader onderzoek kan mogelijk helderheid geven over stotteren bij mensen, of spraakverval bij doven. Bolhuis: “Persoonlijk is mijn drijfveer om uit te zoeken hoe het geheugen werkt en hoe het gerepresenteerd is in het brein. Als er toepassingen uit zangvogelonderzoek komen die voor de mens van belang zijn, is dat een enorme bonus.”

Taalgenen

Ook Wesley Warren van de Washington University in St. Louis is hoopvol gestemd over de mogelijke toepassingen van zangvogelonderzoek voor mensen. Eind maart haalde hij met zijn team het wetenschapsnieuws toen hij het genoom van de zebravink volledig in kaart bracht. De enige andere vogel met een volledig bekend genoom is de kip – geen zangvogel. Warren beredeneerde hoe het genoom van een gezamenlijke voorouder van kippen en zebravinken eruit moet hebben gezien. Vervolgens onderzocht hij verschillen in de evolutie van het kip- en zebravinkgenoom. Sommige genen evolueerden veel sneller en verder bij de zebravink dan bij de kip, wat aangeeft dat er een selectiedruk op die genen stond. Dit legde de kleine moleculaire veranderingen bloot die waarschijnlijk betrokken waren bij de evolutie van vocale communicatie. Deze informatie biedt weer inzichten in hoe het vocale leren zich op moleculair niveau voltrekt in zowel zangvogels als mensen.

Aanvankelijk deed men lacherig over de parallellen tussen spraak en zang

In 2007 ontdekte neurobioloog Constance Scharff uit Berlijn dat ook zangvogels het ‘taalgen’ FOXP2 hebben (PLoS Biology, december 2007). Ze deed met haar onderzoeksteam een experiment om het effect van het gen op ‘vogelspraak’ te testen, waarbij ze het gen bij zeer jonge zebravinken uitschakelden. De vogeltjes bleken niet meer in staat om hun lied te leren, of te zingen.

Ook Warren denkt binnenkort veel meer taalgerelateerde genen in kaart te hebben, waardoor meer van dit soort onderzoek mogelijk wordt. Hij hoopt dat zangvogelonderzoek het genetisch onderzoek naar menselijke spraakstoornissen behoorlijk op weg zal helpen.

Al met al groeit de status van zangvogels als serieus te nemen model voor de vorming van spraak. Bolhuis: “Aanvankelijk deed men lacherig over de parallellen tussen spraak en zang, maar het wordt steeds serieuzer genomen. Kijk maar eens op congressen over de evolutie van taal. Tien jaar terug kwamen daar naast taalkundigen alleen maar ‘apenmensen’. Maar tegenwoordig is het zangvogels wat de klok slaat.”

 

Swingen met Snowball

Op internet kennen veel mensen de YouTube-legende Snowball al: een Amerikaanse kaketoe die danst op het nummer Everybody van de Backstreet Boys of Another One Bites the Dust van Queen. Ook de wetenschap bemoeit zich nu met de kaketoe. In 2009 verscheen een onderzoek over het ritmegevoel bij zangvogels in het vakblad Current Biology, met Snowball in de hoofdrol. Hieruit bleek dat Snowball spontaan het juiste ritme te pakken krijgt als hij luistert naar muziek op de radio (Current Biology, 30 april 2009).

Uniek is Snowball zeker niet. Een doorsnee parkiet kan ook ritmisch meebewegen op muziek. Volgens gedragsbioloog Johan Bolhuis is ritmegevoel van groot belang bij het leren van een taal: “Er zijn zelfs mensen die taal zien als een soort secundair fenomeen, dat is begonnen als muziek.”