Brug af algoritmer til at afkode kaskelothvalernes komplekse fonetiske alfabet

Hvalernes tillokkelse har vakt menneskelig bevidsthed i årtusinder, og castet disse havgiganter som gådefulde beboere på dybe hav. Fra den bibelske Leviathan til Herman Melvilles formidable Moby Dick har hvaler været centrale for mytologier og folklore. Og mens cetologi, eller hvalvidenskab, har forbedret vores viden om disse havpattedyr især i det seneste århundrede, er studiet af hvaler fortsat en formidabel udfordring.

Nu, takket være maskinlæring, er vi lidt tættere på at forstå disse blide giganter. Forskere fra MIT Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) og Project CETI (Cetacean Translation Initiative) brugte for nylig algoritmer til at afkode det "spermhval fonetiske alfabet", og afslørede sofistikerede strukturer i kaskelothvalkommunikation, der ligner menneskelig fonetik og kommunikationssystemer i andre dyrearter.

I en ny undersøgelse med åben adgang offentliggjort i Nature Communications , viser forskningen, at kaskelothvaler codas eller korte udbrud af klik, som de bruger til at kommunikere, varierer betydeligt i struktur afhængigt af samtalekonteksten, hvilket afslører et kommunikationssystem, der er langt mere indviklet end tidligere forstået.

Ni tusinde codas, indsamlet fra østlige caribiske kaskelothvalfamilier observeret af Dominica Sperm Whale Project, viste sig at være et instrumentelt udgangspunkt for at afdække væsnernes komplekse kommunikationssystem. Ved siden af ​​dataguldminen brugte holdet en blanding af algoritmer til mønstergenkendelse og klassificering samt optageudstyr på kroppen. Det viste sig, at kaskelothvalkommunikation faktisk ikke var tilfældig eller forenklet, men snarere struktureret på en kompleks, kombinatorisk måde.

Forskerne identificerede noget af et "kaskelot-fonetisk alfabet", hvor forskellige elementer, som forskerne kalder "rytme", "tempo", "rubato" og "ornamentation" samvirker for at danne en bred vifte af skelnelige codas. For eksempel ville hvalerne systematisk modulere visse aspekter af deres codas baseret på samtalekonteksten, såsom jævnt at variere varigheden af ​​opkaldene – rubato – eller tilføje ekstra dekorative klik. Men endnu mere bemærkelsesværdigt fandt de ud af, at de grundlæggende byggesten i disse codaer kunne kombineres på en kombinatorisk måde, hvilket gør det muligt for hvalerne at konstruere et stort repertoire af forskellige vokaliseringer.

Eksperimenterne blev udført ved hjælp af akustiske biologningsmærker (specifikt noget, der kaldes "D-tags") på hvaler fra den østlige caribiske klan. Disse tags fangede de indviklede detaljer i hvalernes vokalmønstre. Ved at udvikle nye visualiserings- og dataanalyseteknikker fandt CSAIL-forskerne ud af, at individuelle kaskelothvaler kunne udsende forskellige coda-mønstre i lange udvekslinger, ikke kun gentagelser af den samme coda. Disse mønstre, siger de, er nuancerede og omfatter finkornede variationer, som andre hvaler også producerer og genkender.

"Vi begiver os ud i det ukendte for at tyde mysterierne bag kaskelothvalkommunikation uden nogen forudeksisterende jordsandhedsdata," siger Daniela Rus, CSAIL-direktør og professor i elektroteknik og datalogi (EECS) ved MIT.

"At bruge maskinlæring er vigtigt for at identificere funktionerne i deres kommunikation og forudsige, hvad de siger næste gang. Vores resultater indikerer tilstedeværelsen af ​​struktureret informationsindhold og udfordrer også den fremherskende tro blandt mange lingvister om, at kompleks kommunikation er unik for mennesker."

"Dette er et skridt i retning af at vise, at andre arter har niveauer af kommunikationskompleksitet, som ikke er blevet identificeret hidtil, dybt forbundet med adfærd. Vores næste skridt sigter mod at dechifrere meningen bag disse kommunikationer og udforske sammenhængen på samfundsniveau mellem det, der bliver til. sagde og gruppehandlinger."