Distinct vocal strategies to cope with ambient noise in marmoset monkeys

Abstract

Jede Übertragung von Lauten ist mit Beeinträchtigungen wie starkem Regen, Wind, Tierlauten oder Stadtgeräuschen konfrontiert. Infolgedessen haben sich mehrere Strategien entwickelt, um Störgeräusche während der Lautproduktion zu kompensieren, was zu verschiedenen Veränderungen der temporalen und spektralen Eigenschaften führt. Die bekannteste lärmbedingte Anpassung ist der Lombard-Effekt, eine unwillkürliche Erhöhung der Lautstärke, die oft mit Änderungen der Lautdauer und Tonhöhe einhergeht. Eine andere Strategie besteht darin, die Lautproduktion auf Zeitpunkte zu beschränken, in denen kein Lärm vorhanden ist. Mithilfe von akustischem Rauschen, welches durch das Lautverhalten selbst ausgelöst wurde, konnten wir zeigen, dass Marmosetten in der Lage sind, die Rufamplitude und -frequenz als Reaktion auf Störgeräusche, die nach Beginn des Rufs auftreten, schnell zu modulieren. Der stärkste Anstieg der Tonhöhe wurde bei höherem Lärmpegel festgestellt. Überraschenderweise unterlagen die Phee-Laute nicht dem Lombard-Effekt. Stattdessen verringerten unsere Affen ihre Lautstärke mit zunehmendem Lärmpegel. In einem weiteren Experiment haben wir Phees systematisch zu verschiedenen Zeitpunkten mit Rauschen gestört. Dadurch haben wir Veränderungen im Lautverhalten festgestellt, die sowohl reflexives als auch adaptives Verhalten als Reaktion auf das Rauschen belegen. Die Marmosetten brachen ihre Rufe unmittelbar nach Einsetzen des Rauschens ab. Die Abnahme der Rufdauer begann bereits während des ersten maskierten Lautes. Im Gegensatz dazu blieb die Reduzierung der Silbenanzahl über das Rauschen hinaus bestehen, was auf ein adaptives Verhalten hinweist. Mit Hilfe von maschinellem Lernen, welches auf Rufparametern basierte, konnten wir feststellen, dass ein Teil der einzelsilbigen Laute, die während und nach der Rausch-Phase produziert wurden, ursprünglich als Doppelsilben geplant waren und nach der ersten Silbe aktiv unterbrochen wurden. Insgesamt deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass Krallenaffen verschiedene parallele Mechanismen nutzen, um mit Umgebungslärm umzugehen. Sie zeigen vokale Anpassungen als direkte Reaktion auf störende Geräusche, wie z.B. Veränderungen der Lautstärke und Tonhöhe. Darüber hinaus wenden sie Strategien zur Lärmvermeidung an, d. h. sie unterdrücken ihre Laute in Zeiten erhöhter Störgeräusche.

Any transmission of vocal signals faces the challenge of acoustic interferences such as heavy rain, wind, and animal or urban sounds. Consequently, multiple strategies have evolved to compensate for masking noise during vocal behavior, leading to several changes in temporal and spectral call features. One prominent noise-related call adjustment is the Lombard effect, an involuntary increase in call amplitude in response to masking noise, which is often accompanied by changes in call duration and frequency. Another strategy involves limiting call production to periods where noise is absent. Using acoustic perturbation triggered by the vocal behavior itself, we showed that marmosets are capable of rapidly modulating call amplitude and frequency in response to perturbing noise bursts presented after call onset. The strongest rise in call frequencies were found for high noise amplitudes. Surprisingly, phee calls did not exhibit the Lombard effect as previously reported. Instead, our monkeys decreased their call intensity with increasing noise intensity. Furthermore, we showed that marmosets are capable of producing calls with durations beyond the natural boundaries of their repertoire by interrupting ongoing vocalizations rapidly after noise onset. This finding suggests a general strategy of avoiding to call in noisy environments. We systematically perturbed ongoing vocalizations with noise presented at different time points and detected changes in vocal behavior that supported both reflexive and adaptive behavior in response to noise perturbation. Marmosets canceled their calls immediately after noise onset. The decrease in call duration started during the first perturbed call. In contrast, the reduction in number of syllables persisted beyond noise perturbation, indicating adaptive behavior in response to perturbing noise. Using machine learning techniques based on call parameters, we found that a fraction of single phees uttered during and after noise perturbation were initially planned as double phees and became actively interrupted after the first syllable. Altogether, these findings indicate that marmosets use different parallel mechanisms to cope with ambient noise. They show vocal adjustments as a direct response to perturbing noise, such as a decrease in call amplitude and changes in call frequency. Additionally, they use noise avoidance strategies, i.e., suppressing vocalizations, during periods of elevated ambient noise levels.