使用算法解码抹香鲸复杂的语音字母

几千年来，鲸鱼的魅力一直激发着人类的意识，使这些海洋巨人成为深海中神秘的居民。从圣经中的利维坦到赫尔曼·梅尔维尔的令人敬畏的白鲸，鲸鱼一直是神话和民间传说的中心。尽管鲸类学或鲸鱼科学在上个世纪提高了我们对这些海洋哺乳动物的了解，但研究鲸鱼仍然是一项艰巨的挑战。

现在，借助机器学习，我们距离了解这些温柔的巨人又近了一步。麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)和CETI项目(鲸类翻译计划)的研究人员最近使用算法解码了“抹香鲸语音字母表”，揭示了抹香鲸交流中类似于人类语音和其他语言的交流系统的复杂结构。动物种类。

在《自然通讯》杂志上发表的一项新的开放获取研究中，研究表明，抹香鲸用于交流的尾声或短促的点击声在结构上根据对话环境而显着变化，揭示了一个比以前更加复杂的交流系统明白了。

多米尼加抹香鲸项目观察到的东加勒比抹香鲸家族收集了九千个尾声，事实证明，这是揭示这些生物复杂的通讯系统的一个重要起点。除了数据金矿之外，该团队还使用了模式识别和分类算法的组合，以及人体记录设备。事实证明，抹香鲸的交流确实不是随机或简单化的，而是以复杂的组合方式构建的。

研究人员发现了一种“抹香鲸语音字母表”，其中研究人员称之为“节奏”、“节奏”、“自由节奏”和“装饰”的各种元素相互作用，形成了大量可区分的尾声。例如，鲸鱼会根据对话上下文系统地调整尾声的某些方面，例如平滑地改变叫声的持续时间(灵活)或添加额外的装饰性滴答声。但更值得注意的是，他们发现这些尾声的基本组成部分可以以组合方式组合起来，从而使鲸鱼能够构建出大量不同的发声曲目。

这些实验是使用部署在东加勒比鲸鱼身上的声学生物记录标签(特别是所谓的“D-标签”)进行的。这些标签捕捉到了鲸鱼声音模式的复杂细节。通过开发新的可视化和数据分析技术，CSAIL研究人员发现，抹香鲸个体在长时间的交流中可以发出不同的尾声模式，而不仅仅是重复相同的尾声。他们说，这些模式是微妙的，包括其他鲸鱼也产生和识别的细粒度变化。

CSAIL主任兼麻省理工学院电气工程与计算机科学(EECS)教授DanielaRus表示：“我们正在冒险进入未知世界，在没有任何预先存在的地面真实数据的情况下破译抹香鲸通信的奥秘。”

“使用机器学习对于识别他们的交流特征并预测他们接下来要说什么非常重要。我们的研究结果表明结构化信息内容的存在，也挑战了许多语言学家普遍认为复杂的交流是人类独有的观点。”

“这是向表明其他物种具有迄今为止尚未确定的沟通复杂程度迈出的一步，与行为密切相关。我们下一步的目标是破译这些沟通背后的含义，并探索正在发生的事情之间的社会层面的相关性。说和集体行动。”

周围捕鲸

抹香鲸拥有所有已知动物中最大的大脑。伴随着家庭和文化群体之间非常复杂的社会行为，需要强有力的沟通来协调，特别是在深海狩猎等压力环境中。

鲸鱼很大程度上要归功于罗杰·佩恩(RogerPayne)，他是前CETI项目顾问、鲸鱼生物学家、自然资源保护主义者和麦克阿瑟研究员，他是阐明鲸鱼音乐生涯的重要人物。在1971年著名的《科学》杂志文章“座头鲸之歌”中，佩恩记录了鲸鱼如何唱歌。他的工作后来促进了“拯救鲸鱼”运动，这是一项成功而及时的保护举措。

“罗杰的研究强调了科学对社会的影响。他对鲸鱼歌唱的发现导致了海洋哺乳动物保护法案的出台，并帮助拯救了几种鲸鱼物种免于灭绝。这项跨学科研究现在使我们更接近了解抹香鲸在说什么，”CETI项目的领导者和创始人、纽约城市大学杰出生物学教授DavidGruber说道。

今天，CETI即将进行的研究旨在辨别节奏、节奏、装饰和自由节奏等元素是否具有特定的交际意图，从而有可能为“模式的二元性”提供见解——一种语言现象，简单的元素结合起来传达以前被认为是独特的复杂含义。人类语言。

我们中间有外星人

“我们研究的一个有趣的方面是，它与接触外来物种的假设场景相似。这是关于了解一个具有完全不同的环境和通信协议的物种，它们的相互作用与人类规范明显不同，”PratyushaSharma说，麻省理工学院博士EECS、CSAIL附属机构的学生，也是该研究的主要作者。

“我们正在探索如何解释它们交流中的基本意义单位。这不仅仅是教动物人类语言的一个子集，而是在其独特的生物和环境限制下解码自然进化的交流系统。从本质上讲，我们的工作可以为破译‘外星文明’如何沟通奠定基础，为创建算法或系统以理解完全不熟悉的沟通形式提供见解。”

宾夕法尼亚大学心理学名誉教授罗伯特·塞法斯(RobertSeyfarth)表示：“许多动物物种都有几种不同的信号，但我们才刚刚开始揭示它们在多大程度上将这些信号结合起来创造新的信息。”他没有参与这项研究。研究。

“科学家们特别感兴趣的是信号组合是否会根据其所处的社会或生态环境而变化，以及信号组合在多大程度上遵循听众所认可的可辨别的‘规则’。这个问题在以下情况下尤其具有挑战性：海洋哺乳动物，因为科学家通常无法看到它们的对象或完全详细地识别交流的背景。”

“尽管如此，这篇论文提供了抹香鲸叫声组合的新的、诱人的细节以及它们背后的规则。”

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