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平成27(2015)年度頭脳循環プログラム報告


派遣研究者:西村 剛
研究内容:発声機能の研究


発声機能の研究:オーストリア・ウィーン大学認知生物学部では、両生類や鳥類、は虫類、ゾウなどの大型ほ乳類まで、多種多様な動物を対象に、音声行動を含む認知科学・行動生態学的研究が精力的に行われており、数々の成果を上げている。また、言語を生物学的進化の対象として科学的に研究するために理論的考察にも力を注いでおり、受入研究者らの示した理論的枠組みは、現在の言語進化研究の指針ともなっている。本研究は、ヒトの言語の生物学的進化の重要な一側面である話しことばの解剖学・生理学的基盤の進化プロセスを明らかするための、サル類を対象とした生物音響学的研究である。派遣者らが有するヘリウム音声実験技術と受入研究者らが有する声帯振動実験技術という両者の強みを活かし、それらを組み合わせて相互に補完することで、サル類の音声の発声機構の多様性とヒトとの共通性を明らかにする。

2013年10月から2014年9月まで、オーストリア・ウィーン大学に滞在し、サル類をモデルとしたヘリウム音声実験と声帯振動実験を進めた。まず、日本で実施したマーモセットのヘリウム音声実験で得られたデータを共同して分析し、その成果を国際会議で発表[10-11]し、その原著論文を国際学術誌Journal of Acoustical Society of America誌[1]に発表した。マーモセットのヘリウム音声を分析し、ヒトと同様の音声生成メカニズム(音源・フィルターの独立性)を示しつつも、ヒトとはやや異なる特徴も示唆した。また、当地で共同分析したワニ類のヘリウム音声研究についても、Journal of Experimental Biology誌[2]に採択された。ワニでも、ヒトやトリにみられる共鳴を用いた音声があることを示し、ワニ・トリの系統に入る恐竜も同様の音声生成を行っていたことを示唆した。また、日墺両国で実施するニホンザルの声帯振動実験の実施に向けて、実験資料の準備および、実験機器の調整を進めて帰国した。帰国後、ニホンザルの音声オペラント付け実験及びヘリウム音声分析実験を進め、ニホンザルの声帯振動モード分析実験に向けて実施準備を整えた。2015年9月に、ウィーン大学の研究者を日本に招聘して、訓練個体を対象とした声帯振動モード実験を実施した。EGGという非侵襲的振動計測装置を用いて、in vivoでの音声データと声帯振動モードデータとを同時収録することに成功した。さらに、ウィーン大学で実施した摘出声帯の振動実験の結果と総合して、ニホンザルの声帯振動の多様性を作り出すメカニズムとその音響学的効果について明らかにした。2016年3月に、米国で開催される第11回言語進化国際会議(EVOLANG11)にて、ウィーン大学側の研究者らと共同で「The Evolution of Speech」と題したワークショップを開催し、一連の研究成果の発表[8-9]と総括を行い、今後の共同研究を展望した。

その他、関連研究に関する原著論文5報(主著4[3-6]、共著1[7])を国際誌に発表した。

 

京都大学霊長類研究所でのマーモセットのヘリウム音声実験の風景と、ヘリウム音声分析の様子



ウィーン大学での摘出喉頭を用いた声帯振動実験の風景

(具体的な成果)

原著論文

[1] Koda H, Tokuda IT, Wakita M, Ito T, and Nishimura T*. 2015. The source-filter theory of whistle-like calls in marmosets: acoustic analysis and simulation of helium-modulated voices. J Acoust Soc Am. 137: 3068-3076.

[2] Reber SA, Nishimura T, Janisch J, Robertson M, and Fitch T. 2015. A Chinese alligator in heliox: Formant frequencies in a crocodilian. J Exp Biol. 218: 2442-2447.

[3] Mori F, Hanida S, Kumahata K, Miyabe-Nishiwaki T, Suzuki J, Matsuzawa T, and Nishimura TD*. 2015. Minor contributions of the maxillary sinus to the air-conditioning performance in macaque monkeys. J Exp Biol. 218: 2394-2401.

[4] Nishimura T*, Mori F, Hanida S, Kumahata K, Ishikawa S, Samarat K, Takako Miyabe-Nishiwaki, Misato Hayashi, Masaki Tomonaga, Juri Suzuki, Tetsuro Matsuzawa & Teruo Matsuzawa . 2016. Impaired air conditioning within the nasal cavity in flat-faced Homo. PLoS Comput Biol 12(3): e1004807.

[5] Nishimura TD*, and Ito T. 2014. Aplasia of the maxillary sinus in a Tibetan macaque (Macaca thibetana) with implications for its evolutionary loss and reacquisition. Primates 55:501-508.

[6] Nishimura T*, Ito T, Yano W, Ebbestad JOR, and Takai M. 2014. Nasal architecture in Procynocephalus wimani (Early Pleistocene, China) and implications for its phyletic relationship with Paradolichopithecus. Anthropol Sci 122(2):101-113.

[7] Ito T, Nishimura TD, Hamada Y, and Takai M. 2015. Contribution of the maxillary sinus to the modularity and variability of nasal cavity shape in Japanese macaques. Primates; journal of primatology 56(1):11-19.

(*は責任著者)

国際会議

[8] Nishimura T. 2016. Primate voice physiology: similarities and differences between humans and non-human primates. Workshop " The Evolution of Speech", The 11th International Conference on the Evolution of Language. The Universty of Southern Mississippi, New Orleans, LA, USA.

[9] Koda H, Kunieda T, Nishimura T. 2016. Vocal inhibition enhances to decouple the vocalizations from emotion. Workshop " The Evolution of Speech", The 11th International Conference on the Evolution of Language. The Universty of Southern Mississippi, New Orleans, LA, USA."

[10] Nishimura T, Koda H, Tokuda IT, Wakita M, and Ito T. 2015. Helium experiment and vocal physiology of the phee calls in common marmosets. The 84th Annual Meeting of the American Association of Physical Anthropologists. Hilton St. Louis at the Ballpark, St. Louis, MO: American Journal of Physical Anthropology p236-237.

[11] Koda H, Wakita M, Masataka N, Nishimura T, Tokuda IT, Oyakawa C, and Nihonmatsu T. 2014. Formant tuning technique in vocalizations of non-human primates. The 10th International Conference on the Evolution of Language. Vienna, Austria.