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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Experimental studies of the phonation in non-human primates for elucidating the speech evolution

Research Project

Project/Area Number 19H01002
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

西村 剛  京都大学, ヒト行動進化研究センター, 准教授 (80452308)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 徳田 功  立命館大学, 理工学部, 教授 (00261389)
宮地 重弘  京都大学, ヒト行動進化研究センター, 准教授 (60392354)
伊藤 毅  京都大学, 総合博物館, 助教 (20711485)
森本 直記  京都大学, 理学研究科, 准教授 (70722966)
香田 啓貴  東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (70418763)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2024-03-31
Keywords霊長類 / 話しことば / 声帯振動 / 音声 / 喉頭 / 声帯膜
Outline of Annual Research Achievements

本研究計画の推進により、ヒトの声帯の形態が、話しことばに適応であることを明らかにした(Nishimura at al, Science, 2022)。高解像度CTデータにより、サル類25属43種を比較解析し、サル類の声帯には声帯膜が必ず付加されていることを明らかにし、それを欠くヒトの声帯は派生的であることを示した。さらに、生体サル類の声帯振動観測や摘出喉頭を用いた吹鳴実験、数値シミュレーション解析により、サル類では、声帯と声帯膜の振動の相互作用により、カオスやサブハーモニクスといった非線形現象を容易に生じることを明らかにした。その特性により、多様な音源を発生させて豊富な音声レパートリーを形成することができる。反面、音源は非連続的変化に富んで不安定である。一方、ヒトは、単純な構造により、安定した声帯振動を維持できる。その安定した音源により、刻々と変化する音声系列をクリアーに発信することが可能になった。声帯形態の進化的単純化は、多様な音源特性による音楽的要素依存の音声から音素依存の話しことばへの進化の礎であることを明らかにした。
さらに、声帯と声帯膜の相互作用を解析するために、シリコンモデルで声帯と声帯膜を再現し、声帯膜の長さの変化が振動パターンに与える影響について検討した。シリコンゴムの硬さを調整し、整体の膜構造を模したモデルの作成に成功し、吹鳴実験を実施した。声帯膜が長くなるほど振動が開始するオンセット圧が下がること、また、振動が不規則になる特徴がみられた。これは、数理モデルの結果と一致するものであり、声帯膜振動の特性の詳細な解析を可能にする。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本研究課題での所期の目的はほぼ達成されており、2022年度中に発表したScience論文に続き、8報の論文投稿準備がすでに完了、もしくは本年度中に完了する。それらの研究成果は、話しことばは、声帯形態の単純化を含む音声器官の解剖学的特性の進化的再構築と、それら器官の運動を随意制御する神経科学的基盤の進化的変化とが、どちらかが優先するのではなく、互いに適応的関係をなしながら進化するというプロセスを強く示唆した。

Strategy for Future Research Activity

本研究課題での所期の目的はほぼ達成された。2023年度は、収集されたデータを着実に解析し、サル類の声帯振動に関する理論的枠組みを整理する。モデル実験結果の解析や、数値シミュレーションの解析結果の検討、電気生理学的実験をまとめて、順次論文投稿を進め、本研究課題を完遂する。

  • Research Products

    (18 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (4 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] ウィーン大学(オーストリア)

    • Country Name
      AUSTRIA
    • Counterpart Institution
      ウィーン大学
  • [Int'l Joint Research] 南デンマーク大学(デンマーク)

    • Country Name
      DENMARK
    • Counterpart Institution
      南デンマーク大学
  • [Int'l Joint Research] ドイツ霊長類センター(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      ドイツ霊長類センター
  • [Int'l Joint Research] アングリア・ラスキン大学/ケンブリッジ大学(英国)

    • Country Name
      UNITED KINGDOM
    • Counterpart Institution
      アングリア・ラスキン大学/ケンブリッジ大学
  • [Journal Article] Dynamic System Coupling in Voice Production2023

    • Author(s)
      Herbst Christian T.、Elemans Coen P.H.、Tokuda Isao T.、Chatziioannou Vasileios、?vec Jan G.
    • Journal Title

      Journal of Voice

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1016/j.jvoice.2022.10.004

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Evolutionary loss of complexity in human vocal anatomy as an adaptation for speech2022

    • Author(s)
      Nishimura Takeshi、Tokuda Isao T.、Miyachi Shigehiro、Dunn Jacob C.、Herbst Christian T.、Ishimura Kazuyoshi、Kaneko Akihisa、Kinoshita Yuki、Koda Hiroki、Saers Jaap P. P.、Imai Hirohiko、Matsuda Tetsuya、Larsen Ole N?sbye、J?rgens Uwe、Hirabayashi Hideki、Kojima Shozo、Fitch W. Tecumseh
    • Journal Title

      Science

      Volume: 377 Pages: 760~763

    • DOI

      10.1126/science.abm1574

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Physical modeling of the vocal membranes and their influence on animal voice production2022

    • Author(s)
      Kanaya Mayuka、Matsumoto Takuma、Uemura Taisuke、Kawabata Rei、Nishimura Takeshi、Tokuda Isao T.
    • Journal Title

      JASA Express Letters

      Volume: 2 Pages: 111201~111201

    • DOI

      10.1121/10.0015071

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Experimental study on the quasi-steady approximation of glottal flows2022

    • Author(s)
      Honda Takuto、Kanaya Mayuka、Tokuda Isao T.、Bouvet Anne、Van Hirtum Annemie、Pelorson Xavier
    • Journal Title

      The Journal of the Acoustical Society of America

      Volume: 151 Pages: 3129~3139

    • DOI

      10.1121/10.0010451

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Comparative Histoanatomy of the Epiglottis and Preepiglottic Space of the Lemur Larynx2022

    • Author(s)
      Sato Kiminori、Nishimura Takeshi、Sato Kiminobu、Sato Fumihiko、Chitose Shun-ichi、Umeno Hirohito
    • Journal Title

      Journal of Voice

      Volume: Oct 2:S0892-1997(22)00277-6 Pages: -

    • DOI

      10.1016/j.jvoice.2022.09.004

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] アカゲザルの声帯物理モデルで観測された声帯振動から仮声帯振動への遷移現象2023

    • Author(s)
      吉谷友紀, 上田可奈子, 小畑大樹, 西村剛, 徳田功
    • Organizer
      日本音響学会2023年春季研究発表会
  • [Presentation] 霊長類の喉頭蓋・喉頭蓋前間隙の比較組織解剖学的研究 -ヒト科の比較-2023

    • Author(s)
      佐藤公則, 西村剛, 佐藤公宣, 佐藤文彦, 千年俊一, 梅野博仁
    • Organizer
      第46回日本嚥下医学会学術講演会
  • [Presentation] Vocal anatomy and physiology: similarities and differences between humans and non-human primates2022

    • Author(s)
      Nishimura, T.
    • Organizer
      he 14th Pan-European Voice Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ヒトの咀嚼器にみる脳と言語の進化2022

    • Author(s)
      西村剛
    • Organizer
      日本咀嚼学会第33回学術大会
    • Invited
  • [Presentation] サル類の音声解剖生理とヒトの特徴2022

    • Author(s)
      西村剛
    • Organizer
      日本進化学会年大会第24回沼津大会
  • [Presentation] 発声器官の進化と機能2022

    • Author(s)
      西村剛
    • Organizer
      67回日本音声言語医学会学術講演会
    • Invited
  • [Presentation] チンパンジーにおける嚥下時の喉頭と喉頭蓋の運動について2022

    • Author(s)
      西村剛, 平林秀樹, 小嶋祥三
    • Organizer
      第76回日本人類学会大会・第38回日本霊長類学会大会連合大会
  • [Presentation] キツネザル類の特殊化した内喉頭構造の音響学的効果に関する実験的研究2022

    • Author(s)
      中村冠太, 金谷麻由佳, 松島大輔, 徳田功, 西村剛
    • Organizer
      第76回日本人類学会大会・第38回日本霊長類学会大会連合大会
  • [Presentation] Motion Analysis of Head Movements During Vocalization in Monkeys: A Comparison of Spontaneous and Evoked Vocalizations2022

    • Author(s)
      Koda, H., Kunieda, T., Morita, T., Oh, J., Nishimura, T. & Fitch, W. T.
    • Organizer
      Joint Conference on Language Evolution (JCoLE)
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2023-12-25  

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