AI розшифровує мову кашалота, розкриваючи складну систему спілкування

Дослідники з CSAIL Массачусетського технологічного інституту та проекту CETI використовують машинне навчання для декодування «фонетичного алфавіту кашалота», розкриваючи складні схеми спілкування, поглиблюючи наше розуміння мовних систем тварин.

Це дослідження, під час якого проаналізовано тисячі риб карибських кашалотів, виявило складну, структуровану систему зв’язку, що кидає виклик уявленню про те, що складне спілкування властиве тільки людям. Ця робота не тільки покращує наше розуміння морської біології, але також сприяє ширшим зусиллям щодо збереження та паралельним дослідженням спілкування інопланетян.

Кити в міфах і науці

Тисячоліттями чарівність китів хвилювала людську свідомість, вважаючи цих океанських гігантів загадковими мешканцями морських глибин. Від біблійного Левіафана до грізного Мобі Діка Германа Мелвілла, кити займають центральне місце в міфології та фольклорі. І хоча цетологія, або наука про китів, покращила наші знання про цих морських ссавців, зокрема, у минулому столітті, вивчення китів залишалося серйозним викликом.

Тепер, завдяки машинному навчанню, ми трохи ближче до розуміння цих ніжних гігантів. Дослідники з Лабораторії комп’ютерних наук і штучного інтелекту Массачусетського технологічного інституту (CSAIL) і проекту CETI (Cetacean Translation Initiative) нещодавно використали алгоритми для декодування «фонетичного алфавіту кашалота», виявивши складні структури в спілкуванні кашалота, схожі на фонетику людини та системи спілкування в інших країнах. види тварин.

Відкриття спілкування кашалота

У новому дослідженні відкритого доступу, опублікованому нещодавно в журналі Nature Communications , дослідження показує, що коди кашалота або короткі сплески клацань, які вони використовують для спілкування, значно відрізняються за структурою залежно від контексту розмови, розкриваючи набагато більше комунікаційної системи. складніше, ніж розуміли раніше.

Дев’ять тисяч кодів, зібраних у східно-карибських сімействах кашалотів, за якими спостерігав Домініканський проект кашалотів, стали важливою відправною точкою для розкриття складної системи зв’язку цих істот. Окрім збору даних, команда використовувала поєднання алгоритмів для розпізнавання та класифікації образів, а також обладнання для запису на тілі. Виявилося, що спілкування кашалота справді не було випадковим чи спрощеним, а структуровано складним, комбінаторним чином.

Стаття Acoustic Tagging

Дослідники визначили щось на зразок «фонетичного алфавіту кашалота», де різні елементи, які дослідники називають «ритмом», «темпом», «рубато» та «орнаментацією», взаємодіють, утворюючи широкий набір помітних код. Наприклад, кити систематично змінювали певні аспекти своїх код на основі розмовного контексту, наприклад плавно змінюючи тривалість дзвінків — рубато — або додаючи додаткові декоративні клацання. Але що ще більш примітно, вони виявили, що основні будівельні блоки цих код можна комбінувати комбінаторним способом, дозволяючи китам створювати широкий репертуар різних вокалізацій.

Експерименти проводилися з використанням акустичних біологічних міток (зокрема так званих «D-міток»), встановлених на китах із східно-карибського клану. Ці мітки зафіксували складні деталі голосових моделей китів. Розробивши нові методи візуалізації та аналізу даних, дослідники CSAIL виявили, що окремі кашалоти можуть випромінювати різні візерунки коди під час тривалого обміну, а не просто повторювати ту саму коду. Ці візерунки, за їхніми словами, мають нюанси та включають дрібнозернисті варіації, які також створюють і розпізнають інші кити.

«Наші висновки вказують на наявність структурованого інформаційного контенту, а також кидають виклик поширеній думці багатьох лінгвістів про те, що складна комунікація властива лише людям», — каже Даніела Рус. «Наші наступні кроки спрямовані на розшифровку сенсу, що стоїть за цими повідомленнями, і дослідження взаємозв’язків на суспільному рівні між тим, що говорять, і груповими діями». Авторство: Алекс Шиппс/MIT CSAIL

Значення спілкування китів

«Ми вирушаємо в невідоме, щоб розшифрувати таємниці спілкування кашалотів без будь-яких попередніх наземних правдивих даних», — каже Даніела Рус, директор CSAIL і професор електротехніки та комп’ютерних наук (EECS) Массачусетського технологічного інституту. «Використання машинного навчання важливе для визначення особливостей їхнього спілкування та прогнозування того, що вони скажуть далі.

«Наші результати вказують на наявність структурованого інформаційного контенту, а також кидають виклик поширеній думці багатьох лінгвістів про те, що складна комунікація властива тільки людям. Це крок до того, щоб показати, що інші види мають рівні комунікаційної складності, які досі не були виявлені, глибоко пов’язані з поведінкою. Наші наступні кроки спрямовані на розшифровку сенсу, що стоїть за цими повідомленнями, і дослідження взаємозв’язків на суспільному рівні між тим, що говорять, і груповими діями».

Китобійний промисел

Кашалот має найбільший мозок серед усіх відомих тварин. Це супроводжується дуже складною соціальною поведінкою між сім’ями та культурними групами, що вимагає міцного спілкування для координації, особливо в умовах тиску, таких як глибоководне полювання.

Кити багато в чому завдячують Роджеру Пейну, колишньому раднику проекту CETI, біологу з китів, природоохоронцю та стипендіату Макартура, який був головною фігурою в роз’ясненні їх музичної кар’єри. У відомій статті Science 1971 року «Пісні горбатих китів» Пейн задокументував, як кити можуть співати. Пізніше його робота стала каталізатором руху «Врятуйте китів», успішної та своєчасної природоохоронної ініціативи.

«Дослідження Роджера підкреслюють вплив науки на суспільство. Його відкриття, що кити співають, призвело до прийняття закону про захист морських ссавців і допомогло врятувати кілька видів китів від вимирання. Це міждисциплінарне дослідження тепер наближає нас до того, що говорять кашалоти», — говорить Девід Грубер, керівник і засновник проекту CETI та видатний професор біології в Міському університеті Нью-Йорка.

Сьогодні майбутні дослідження CETI мають на меті визначити, чи такі елементи, як ритм, темп, орнаменти та рубато, несуть конкретні комунікативні наміри, потенційно надаючи розуміння «подвійності візерунків» — мовного явища, де прості елементи поєднуються, щоб передати складні значення, які раніше вважалися унікальними для людська мова.

Інопланетяни серед нас

«Одним з інтригуючих аспектів нашого дослідження є те, що воно відповідає гіпотетичному сценарію контакту з чужорідними видами. Йдеться про розуміння виду з абсолютно іншим середовищем і протоколами спілкування, де їх взаємодія помітно відрізняється від людських норм», — каже Пратюша Шарма, аспірант Массачусетського технологічного інституту в EECS, філія CSAIL і провідний автор дослідження. «Ми досліджуємо, як інтерпретувати основні одиниці значення в їхній комунікації. Йдеться не лише про те, щоб навчити тварин підмножині людської мови, але й про декодування природно розвиненої системи спілкування в межах їхніх унікальних біологічних та екологічних обмежень. По суті, наша робота може закласти основу для розшифровки того, як «інопланетна цивілізація» може спілкуватися, надаючи розуміння створення алгоритмів або систем для розуміння абсолютно незнайомих форм спілкування».

«Багато видів тварин мають репертуар із кількох різних сигналів, але ми лише починаємо з’ясовувати, якою мірою вони поєднують ці сигнали для створення нових повідомлень», — каже Роберт Сейфарт, почесний професор психології Пенсільванського університету, який не брав участі в дослідженні. дослідження.

«Вчених особливо цікавить, чи змінюються комбінації сигналів залежно від соціального чи екологічного контексту, в якому вони подаються, і наскільки комбінації сигналів дотримуються помітних «правил», які розпізнають слухачі. Проблема є особливо складною у випадку морських ссавців, тому що вчені зазвичай не можуть бачити своїх суб’єктів або визначити в усіх деталях контекст спілкування. Тим не менш, ця стаття пропонує нові, спокусливі деталі комбінацій викликів і правил, які лежать в їх основі у кашалотів».