2024-05-08 14:50 来源：得道网
几千年来，鲸鱼的魅力一直激发着人类的意识，把这些海洋巨人塑造成深海中神秘的居民。从圣经中的利维坦到赫尔曼·梅尔维尔令人敬畏的《白鲸记》，鲸鱼一直是神话和民间传说的中心。特别是在过去的一个世纪里，鲸类学或鲸鱼科学提高了我们对这些海洋哺乳动物的认识，但研究鲸鱼仍然是一项艰巨的挑战。
现在，多亏了机器学习，我们离了解这些温和的巨人更近了一步。麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)和CETI项目(鲸目动物翻译计划)的研究人员最近使用算法解码“抹香鲸语音字母表”，揭示了抹香鲸交流中的复杂结构，类似于其他动物物种的人类语音和交流系统。
在《自然通讯》上发表的一项新的开放获取研究中，研究表明抹香鲸的鸣声，或者它们用来交流的短脉冲，在结构上根据对话环境的不同有很大的不同，揭示了一个比以前理解的要复杂得多的交流系统。
多米尼克抹香鲸项目从东加勒比海的抹香鲸家族中收集了9000条尾语，为揭示这种生物复杂的交流系统提供了一个重要的起点。除了数据金矿，该团队还使用了模式识别和分类的混合算法，以及身体记录设备。事实证明，抹香鲸的交流确实不是随机的或简单的，而是以一种复杂的组合方式组织起来的。
研究人员发现了一种“抹香鲸音标”，研究人员称之为“节奏”、“节奏”、“节奏”和“装饰”的各种元素相互作用，形成了大量可区分的尾音。例如，鲸鱼会根据对话环境系统地调整它们鸣叫的某些方面，比如平滑地改变叫声的持续时间，或者增加额外的装饰性咔哒声。但更引人注目的是，他们发现这些尾语的基本组成部分可以以组合的方式组合起来，使鲸鱼能够构建大量不同的发声。
实验是使用声学生物记录标签(特别是所谓的“d标签”)在东加勒比部落的鲸鱼身上进行的。这些标签捕捉到了鲸鱼声音模式的复杂细节。通过开发新的可视化和数据分析技术，CSAIL的研究人员发现，单个抹香鲸可以在长时间的交流中发出不同的尾语模式，而不仅仅是重复相同的尾语。他们说，这些模式是微妙的，包括其他鲸鱼也会产生和识别的细粒度变化。
麻省理工学院电子工程和计算机科学(EECS)教授、CSAIL主任Daniela Rus说:“我们正在冒险进入未知领域，在没有任何预先存在的地面真实数据的情况下，破译抹香鲸交流的奥秘。”
“使用机器学习对于识别他们的交流特征和预测他们接下来说什么很重要。我们的发现表明结构化信息内容的存在，也挑战了许多语言学家普遍认为的复杂交流是人类独有的观点。”
“这是向表明其他物种具有迄今尚未确定的交流复杂性水平迈出的一步，这些复杂性与行为密切相关。”我们下一步的目标是破译这些交流背后的含义，并探索所说的话和群体行为之间的社会层面的相关性。”
捕鲸活动
抹香鲸的大脑是所有已知动物中最大的。这伴随着家庭和文化群体之间非常复杂的社会行为，需要强有力的沟通来协调，特别是在深海狩猎这样的高压环境中。
鲸鱼要感谢罗杰·佩恩，他是CETI计划的前顾问、鲸鱼生物学家、环保主义者和麦克阿瑟研究员，他是阐明鲸鱼音乐生涯的主要人物。在1971年著名的《科学》杂志文章《座头鲸之歌》中，佩恩记录了鲸鱼是如何唱歌的。他的工作后来促成了“拯救鲸鱼”运动，这是一个成功而及时的保护倡议。
罗杰的研究强调了科学对社会的影响。他对鲸鱼歌唱的发现导致了《海洋哺乳动物保护法》的出台，并帮助拯救了几种濒临灭绝的鲸鱼物种。“这项跨学科的研究现在使我们更接近于了解抹香鲸在说什么，”大卫·格鲁伯说，他是CETI项目的负责人和创始人，也是纽约城市大学的杰出生物学教授。
今天，CETI即将进行的研究旨在辨别节奏、速度、装饰和节奏等元素是否带有特定的交流意图，这可能会为“模式的二元性”提供见解——一种语言现象，即简单的元素结合起来传达复杂的含义，这在以前被认为是人类语言独有的。
“我们研究的一个有趣的方面是，它与接触外星物种的假设场景相似。这是关于理解一个有着完全不同的环境和通信协议的物种，它们的相互作用与人类的规范明显不同，”麻省理工学院EECS博士生Pratyusha Sharma说，CSAIL附属机构，该研究的主要作者。
“我们正在探索如何解释他们交流中的基本意义单位。这不仅仅是教动物一门人类语言的子集，而是在它们独特的生物和环境限制下解码自然进化的交流系统。从本质上讲，我们的工作可以为破译‘外星文明’的交流方式奠定基础，为创建算法或系统提供见解，以理解完全不熟悉的交流形式。”
“许多动物物种都有几种不同的信号，但我们才刚刚开始发现它们将这些信号结合起来创造新信息的程度，”宾夕法尼亚大学心理学名誉教授罗伯特·塞法斯说，他没有参与这项研究。
“科学家们特别感兴趣的是，信号组合是否会根据它们所处的社会或生态环境而变化，以及信号组合在多大程度上遵循听众所识别的可识别的‘规则’。”在海洋哺乳动物的情况下，这个问题尤其具有挑战性，因为科学家通常无法看到他们的对象，也无法完全详细地识别交流的背景。”
“尽管如此，这篇论文提供了关于抹香鲸呼叫组合的新的、诱人的细节，以及它们背后的规则。”
更多信息:Daniela Rus，抹香鲸发声的语境和组合结构，Nature Communications(2024)。DOI: 10.1038 / s41467 - 024 - 47221 - 8。www.nature.com/articles/s41467 - 024 - 47221 - 8
麻省理工学院提供
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引用本文:使用算法解码抹香鲸复杂的语音字母表(2024,5月7日)，检索自2024年5月7日https://phys.org/news/2024-05-algorithms-decode-complex-phonetic-alphabet.html
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