幾千年來(lái)，鯨魚的魅力一直激發(fā)著人類的意識(shí)，把這些海洋巨人塑造成深海中神秘的居民。從圣經(jīng)中的利維坦到赫爾曼·梅爾維爾令人敬畏的《白鯨記》，鯨魚一直是神話和民間傳說的中心。特別是在過去的一個(gè)世紀(jì)里，鯨類學(xué)或鯨魚科學(xué)提高了我們對(duì)這些海洋哺乳動(dòng)物的認(rèn)識(shí)，但研究鯨魚仍然是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。

現(xiàn)在，多虧了機(jī)器學(xué)習(xí)，我們離了解這些溫和的巨人更近了一步。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CETI項(xiàng)目(鯨目動(dòng)物翻譯計(jì)劃)的研究人員最近使用算法解碼“抹香鯨語(yǔ)音字母表”，揭示了抹香鯨交流中的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，類似于其他動(dòng)物物種的人類語(yǔ)音和交流系統(tǒng)。

在《自然通訊》上發(fā)表的一項(xiàng)新的開放獲取研究中，研究表明抹香鯨的鳴聲，或者它們用來(lái)交流的短脈沖，在結(jié)構(gòu)上根據(jù)對(duì)話環(huán)境的不同有很大的不同，揭示了一個(gè)比以前理解的要復(fù)雜得多的交流系統(tǒng)。

多米尼克抹香鯨項(xiàng)目從東加勒比海的抹香鯨家族中收集了9000條尾語(yǔ)，為揭示這種生物復(fù)雜的交流系統(tǒng)提供了一個(gè)重要的起點(diǎn)。除了數(shù)據(jù)金礦，該團(tuán)隊(duì)還使用了模式識(shí)別和分類的混合算法，以及身體記錄設(shè)備。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，而是以一種復(fù)雜的組合方式組織起來(lái)的。

研究人員發(fā)現(xiàn)了一種“抹香鯨音標(biāo)”，研究人員稱之為“節(jié)奏”、“節(jié)奏”、“節(jié)奏”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)話環(huán)境系統(tǒng)地調(diào)整它們鳴叫的某些方面，比如平滑地改變叫聲的持續(xù)時(shí)間，或者增加額外的裝飾性咔噠聲。但更引人注目的是，他們發(fā)現(xiàn)這些尾語(yǔ)的基本組成部分可以以組合的方式組合起來(lái)，使鯨魚能夠構(gòu)建大量不同的發(fā)聲。

實(shí)驗(yàn)是使用聲學(xué)生物記錄標(biāo)簽(特別是所謂的“d標(biāo)簽”)在東加勒比部落的鯨魚身上進(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)，單個(gè)抹香鯨可以在長(zhǎng)時(shí)間的交流中發(fā)出不同的尾語(yǔ)模式，而不僅僅是重復(fù)相同的尾語(yǔ)。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。

麻省理工學(xué)院電子工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)(EECS)教授、CSAIL主任Daniela Rus說:“我們正在冒險(xiǎn)進(jìn)入未知領(lǐng)域，在沒有任何預(yù)先存在的地面真實(shí)數(shù)據(jù)的情況下，破譯抹香鯨交流的奧秘?！?/p>

“使用機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)于識(shí)別他們的交流特征和預(yù)測(cè)他們接下來(lái)說什么很重要。我們的發(fā)現(xiàn)表明結(jié)構(gòu)化信息內(nèi)容的存在，也挑戰(zhàn)了許多語(yǔ)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)。”

“這是向表明其他物種具有迄今尚未確定的交流復(fù)雜性水平邁出的一步，這些復(fù)雜性與行為密切相關(guān)?！蔽覀兿乱徊降哪繕?biāo)是破譯這些交流背后的含義，并探索所說的話和群體行為之間的社會(huì)層面的相關(guān)性。”

捕鯨活動(dòng)

抹香鯨的大腦是所有已知?jiǎng)游镏凶畲蟮?。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)有力的溝通來(lái)協(xié)調(diào)，特別是在深海狩獵這樣的高壓環(huán)境中。

鯨魚要感謝羅杰·佩恩，他是CETI計(jì)劃的前顧問、鯨魚生物學(xué)家、環(huán)保主義者和麥克阿瑟研究員，他是闡明鯨魚音樂生涯的主要人物。在1971年著名的《科學(xué)》雜志文章《座頭鯨之歌》中，佩恩記錄了鯨魚是如何唱歌的。他的工作后來(lái)促成了“拯救鯨魚”運(yùn)動(dòng)，這是一個(gè)成功而及時(shí)的保護(hù)倡議。

羅杰的研究強(qiáng)調(diào)了科學(xué)對(duì)社會(huì)的影響。他對(duì)鯨魚歌唱的發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了《海洋哺乳動(dòng)物保護(hù)法》的出臺(tái)，并幫助拯救了幾種瀕臨滅絕的鯨魚物種?！斑@項(xiàng)跨學(xué)科的研究現(xiàn)在使我們更接近于了解抹香鯨在說什么，”大衛(wèi)·格魯伯說，他是CETI項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人和創(chuàng)始人，也是紐約城市大學(xué)的杰出生物學(xué)教授。

今天，CETI即將進(jìn)行的研究旨在辨別節(jié)奏、速度、裝飾和節(jié)奏等元素是否帶有特定的交流意圖，這可能會(huì)為“模式的二元性”提供見解——一種語(yǔ)言現(xiàn)象，即簡(jiǎn)單的元素結(jié)合起來(lái)傳達(dá)復(fù)雜的含義，這在以前被認(rèn)為是人類語(yǔ)言獨(dú)有的。

我們身邊的外星人

“我們研究的一個(gè)有趣的方面是，它與接觸外星物種的假設(shè)場(chǎng)景相似。這是關(guān)于理解一個(gè)有著完全不同的環(huán)境和通信協(xié)議的物種，它們的相互作用與人類的規(guī)范明顯不同，”麻省理工學(xué)院EECS博士生Pratyusha Sharma說，CSAIL附屬機(jī)構(gòu)，該研究的主要作者。

“我們正在探索如何解釋他們交流中的基本意義單位。這不僅僅是教動(dòng)物一門人類語(yǔ)言的子集，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’的交流方式奠定基礎(chǔ)，為創(chuàng)建算法或系統(tǒng)提供見解，以理解完全不熟悉的交流形式?！?/p>

“許多動(dòng)物物種都有幾種不同的信號(hào)，但我們才剛剛開始發(fā)現(xiàn)它們將這些信號(hào)結(jié)合起來(lái)創(chuàng)造新信息的程度，”賓夕法尼亞大學(xué)心理學(xué)名譽(yù)教授羅伯特·塞法斯說，他沒有參與這項(xiàng)研究。

“科學(xué)家們特別感興趣的是，信號(hào)組合是否會(huì)根據(jù)它們所處的社會(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識(shí)別的可識(shí)別的‘規(guī)則’?！痹诤Ｑ蟛溉閯?dòng)物的情況下，這個(gè)問題尤其具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)榭茖W(xué)家通常無(wú)法看到他們的對(duì)象，也無(wú)法完全詳細(xì)地識(shí)別交流的背景?！?/p>

“盡管如此，這篇論文提供了關(guān)于抹香鯨呼叫組合的新的、誘人的細(xì)節(jié)，以及它們背后的規(guī)則?！?/p>

更多信息:Daniela Rus，抹香鯨發(fā)聲的語(yǔ)境和組合結(jié)構(gòu)，Nature Communications(2024)。DOI: 10.1038 / s41467 - 024 - 47221 - 8。www.nature.com/articles/s41467 - 024 - 47221 - 8

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引用本文:使用算法解碼抹香鯨復(fù)雜的語(yǔ)音字母表(2024,5月7日)，檢索自2024年5月7日https://phys.org/news/2024-05-algorithms-decode-complex-phonetic-alphabet.html

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