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利用機(jī)器學(xué)習(xí)、麻省理工學(xué)院CSAIL和CETI項(xiàng)目，解碼鯨研究人員揭示了抹香鯨交流中復(fù)雜的抹香、類似語言的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，以及上下文敏感和組合元素。拼音來源：uux.cn/Amanda Cotton
（神秘的使用算法地球uux.cn）據(jù)麻省理工學(xué)院（Rachel Gordon）：數(shù)千年來，鯨魚的解碼鯨誘惑激發(fā)了人類的意識(shí)，使這些海洋巨人成為深海中神秘的抹香居民。從圣經(jīng)中的復(fù)雜《利維坦》到赫爾曼·梅爾維爾令人敬畏的《白鯨》，鯨魚一直是拼音神話和民間傳說的中心。盡管鯨類學(xué)或鯨魚科學(xué)在過去一個(gè)世紀(jì)里提高了我們對(duì)這些海洋哺乳動(dòng)物的使用算法了解，但研究鯨魚仍然是解碼鯨一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
現(xiàn)在，抹香多虧了機(jī)器學(xué)習(xí)，復(fù)雜我們更接近于理解這些溫和的拼音巨人了。麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室（CSAIL）和鯨目翻譯倡議（CETI）項(xiàng)目的研究人員最近使用算法解碼了“抹香鯨音標(biāo)”，揭示了抹香鯨通信中類似于其他動(dòng)物物種的人類語音和通信系統(tǒng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
在《自然通訊》上發(fā)表的一項(xiàng)新的開放獲取研究中，這項(xiàng)研究表明，抹香鯨用來交流的密碼，或短暫的點(diǎn)擊，在結(jié)構(gòu)上會(huì)因?qū)υ挱h(huán)境的不同而有很大差異，這揭示了一個(gè)比以前理解的要復(fù)雜得多的交流系統(tǒng)。
多明尼加抹香鯨項(xiàng)目從東加勒比抹香鯨家族收集的9000尾鱈魚被證明是揭示這些生物復(fù)雜通信系統(tǒng)的重要起點(diǎn)。除了數(shù)據(jù)金礦，該團(tuán)隊(duì)還使用了多種算法進(jìn)行模式識(shí)別和分類，以及在身體記錄設(shè)備上。事實(shí)證明，抹香鯨的交流確實(shí)不是隨機(jī)的或簡(jiǎn)單的，而是以復(fù)雜的組合方式構(gòu)建的。
研究人員確定了一種“抹香鯨語音字母表”，研究人員稱之為“節(jié)奏”、“節(jié)拍”、“rubato”和“裝飾”的各種元素相互作用，形成了大量可區(qū)分的尾音。例如，鯨魚會(huì)根據(jù)對(duì)話上下文系統(tǒng)地調(diào)整尾音的某些方面，比如平穩(wěn)地改變叫聲的持續(xù)時(shí)間——rubato——或者增加額外的裝飾性點(diǎn)擊。但更值得注意的是，他們發(fā)現(xiàn)這些尾音的基本組成部分可以以組合的方式組合在一起，使鯨魚能夠構(gòu)建出大量不同的發(fā)聲曲目。
這些實(shí)驗(yàn)是使用部署在東加勒比部族鯨魚身上的聲學(xué)生物記錄標(biāo)簽（特別是所謂的“D標(biāo)簽”）進(jìn)行的。這些標(biāo)簽捕捉到了鯨魚聲音模式的復(fù)雜細(xì)節(jié)。通過開發(fā)新的可視化和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，CSAIL的研究人員發(fā)現(xiàn)，個(gè)體抹香鯨可以在長(zhǎng)時(shí)間的交換中發(fā)出各種密碼子模式，而不僅僅是重復(fù)相同的密碼子。他們說，這些模式是微妙的，包括其他鯨魚也會(huì)產(chǎn)生和識(shí)別的細(xì)粒度變化。
CSAIL主任、麻省理工學(xué)院電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)教授Daniela Rus表示：“我們正在冒險(xiǎn)進(jìn)入未知領(lǐng)域，在沒有任何預(yù)先存在的地面實(shí)況數(shù)據(jù)的情況下破解抹香鯨通信的奧秘。”。
“使用機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)于識(shí)別他們交流的特征和預(yù)測(cè)他們接下來會(huì)說什么很重要。我們的發(fā)現(xiàn)表明了結(jié)構(gòu)化信息內(nèi)容的存在，也挑戰(zhàn)了許多語言學(xué)家普遍認(rèn)為的復(fù)雜交流是人類獨(dú)有的觀點(diǎn)。”
“這是朝著表明其他物種具有迄今為止尚未確定的溝通復(fù)雜性水平邁出的一步，與行為有著深刻的聯(lián)系。我們的下一步旨在解讀這些溝通背后的含義，并探索所說的話與群體行為之間的社會(huì)層面的相關(guān)性。”
到處亂跑
抹香鯨是所有已知?jiǎng)游镏写竽X最大的。這伴隨著家庭和文化群體之間非常復(fù)雜的社會(huì)行為，需要強(qiáng)有力的溝通和協(xié)調(diào)，尤其是在深海狩獵等壓力重重的環(huán)境中。
鯨魚在很大程度上要?dú)w功于羅杰·佩恩，前CETI項(xiàng)目顧問、鯨魚生物學(xué)家、自然保護(hù)主義者和麥克阿瑟研究員，他是闡釋鯨魚音樂生涯的重要人物。佩恩在1971年著名的《科學(xué)》雜志文章《座頭鯨之歌》中記錄了鯨魚是如何唱歌的。他的工作后來推動(dòng)了“拯救鯨魚”運(yùn)動(dòng)，這是一項(xiàng)成功而及時(shí)的保護(hù)倡議。
“羅杰的研究突出了科學(xué)對(duì)社會(huì)的影響。他發(fā)現(xiàn)鯨魚會(huì)唱歌，這導(dǎo)致了《海洋哺乳動(dòng)物保護(hù)法》的出臺(tái)，并幫助拯救了幾個(gè)鯨魚物種免于滅絕。這項(xiàng)跨學(xué)科研究現(xiàn)在讓我們離了解抹香鯨在說什么又近了一步，”CETI項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人和創(chuàng)始人、紐約城市大學(xué)杰出生物學(xué)教授David Gruber說。
今天，CETI即將進(jìn)行的研究旨在辨別節(jié)奏、節(jié)奏、裝飾和rubato等元素是否具有特定的交際意圖，從而有可能深入了解“模式的二元性”——一種簡(jiǎn)單元素結(jié)合在一起傳達(dá)復(fù)雜意義的語言現(xiàn)象，這種意義以前被認(rèn)為是人類語言獨(dú)有的。
我們中間的外星人
“我們研究的一個(gè)有趣的方面是，它與接觸外來物種的假設(shè)場(chǎng)景相似。這是關(guān)于了解一個(gè)具有完全不同環(huán)境和通信協(xié)議的物種，它們的相互作用與人類規(guī)范明顯不同，”CSAIL附屬機(jī)構(gòu)EECS的麻省理工學(xué)院博士生、該研究的主要作者Pratyusha Sharma說。
“我們正在探索如何解釋它們交流中的基本意義單位。這不僅僅是教動(dòng)物人類語言的一個(gè)子集，而是在它們獨(dú)特的生物和環(huán)境限制下解碼自然進(jìn)化的交流系統(tǒng)。從本質(zhì)上講，我們的工作可以為破譯‘外星文明’如何交流奠定基礎(chǔ)，為創(chuàng)建算法或系統(tǒng)來理解完全陌生的交流形式提供見解。”
賓夕法尼亞大學(xué)心理學(xué)榮譽(yù)退休教授Robert Seyfarth沒有參與這項(xiàng)研究，他說：“許多動(dòng)物物種都有幾種不同信號(hào)的庫，但我們才剛剛開始揭示它們將這些信號(hào)結(jié)合起來創(chuàng)造新信息的程度。”。
“科學(xué)家們特別感興趣的是，信號(hào)組合是否因其所處的社會(huì)或生態(tài)環(huán)境而變化，以及信號(hào)組合在多大程度上遵循聽眾所認(rèn)可的可辨別的‘規(guī)則’。對(duì)于海洋哺乳動(dòng)物來說，這個(gè)問題尤其具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)榭茖W(xué)家通常無法看到它們的受試者，也無法完全詳細(xì)地識(shí)別交流的環(huán)境。”
“盡管如此，這篇論文提供了抹香鯨叫聲組合的新的、誘人的細(xì)節(jié)以及它們背后的規(guī)則。”