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机器学习助力发现抹香鲸的“字母表”

机器学习助力发现抹香鲸的“字母表” 海外洞察
2024-05-07
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导读:麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)和CETI项目的研究人员表示,他们借助机器学习技术,已经破译了抹香鲸的一种“字母表”。

麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(MIT CSAIL)和CETI项目的研究人员相信,借助机器学习技术,他们已破译了一种抹香鲸的“字母表”。这项题为《抹香鲸发声中的上下文与组合结构》的研究结果,揭示了我们在理解鲸类沟通方面取得的关键突破。

这项研究聚焦于“尾音”——一系列具有不同语言功能的咔嗒声。CSAIL主任Daniela Rus对TechCrunch表示:“我们发现,尾音结构存在此前未被描述的变异。我们揭示出,尾音类型并非随意组合,而是构成了一种新发现的组合编码系统。”

尽管鲸鱼发声研究已持续数十年,但这项新研究的团队认为,他们发现了这些爱说话的海洋哺乳动物中此前未知的细微差别。论文指出,此前的研究已识别出150种不同的抹香鲸尾音。

论文解释道:“其中一部分尾音已被证明能够编码关于呼叫者和族群身份的信息。然而,关于抹香鲸交流系统的几乎所有其他方面,包括其结构和信息承载能力等基本问题,仍属未知。”

研究团队借鉴了已故海洋生物学家Roger Payne的工作。Payne最具影响力的研究涉及座头鲸的歌声。Rus说:“他的工作真正激励我们运用最先进的技术,以更深入地理解鲸鱼。”

研究团队部署了机器学习解决方案,用于分析由研究人员Shane Gero在加勒比东部小岛多米尼克(Dominica)海岸收集的8,719个抹香鲸尾音数据集。

Rus解释说:“我们获取输入数据,然后调整机器学习模型,以实现更好的可视化和更深的理解。随后,我们会与生物学家一起分析输出结果。”

该团队的方法标志着对以往分析方式的转变,后者主要研究单个尾音。当将声音置于语境中、作为鲸鱼之间的交流互动来研究时,便能形成更丰富的图景。语境细节采用音乐术语进行分类,包括速度、节奏、装饰音和弹性速度(rubato)。在此基础上,团队隔离出了其所称的抹香鲸语音字母表。

Rus说:“这一语音字母表使得我们能够系统地解释观察到的尾音结构变异性。我们认为,这可能是人类语言之外首次出现一种通信方式,体现了语言学中的‘双重分节’概念。所谓双重分节,是指一组本身无意义的元素可以组合成更大的有意义单位,类似于将音节组合成单词。”

这些“单词”的含义会根据不同语境而有所变化。论文补充道:

我们的结果表明,抹香鲸的发声构成了一个复杂的组合式交流系统:看似任意的尾音类型库可以通过节奏、速度、自由速度和装饰音等特征的组合来解释。自然界中规模可观的组合式发声系统极为罕见;然而,抹香鲸对这类系统的运用表明,它们并非人类所独有,并且可以在截然不同的生理、生态和社会压力下产生。

尽管这一突破令所有参与者感到振奋,但仍有许多工作有待完成,首先是在抹香鲸身上开展研究,随后可能扩展到其他物种,如座头鲸。

Rus表示:“我们决定选择抹香鲸进行研究,因为我们拥有庞大的数据集,并且有可能收集更多数据集。”“此外,由于咔嗒声构成了一种离散的交流系统,其分析远比连续交流系统容易。但即使是Roger Payne的研究也表明,座头鲸的歌声并非随机产生,其中存在重复的片段,并具有有趣的结构。只是我们尚未进行深入的研究。”

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