使用算法解码抹香鲸的复杂拼音

利用机器学习、麻省理工学院CSAIL和CETI项目，研究人员揭示了抹香鲸交流中复杂的、类似语言的结构，以及上下文敏感和组合元素。来源：uux.cn/Amanda Cotton

（神秘的地球uux.cn）据麻省理工学院（Rachel Gordon）：数千年来，鲸鱼的诱惑激发了人类的意识，使这些海洋巨人成为深海中神秘的居民。从圣经中的《利维坦》到赫尔曼·梅尔维尔令人敬畏的《白鲸》，鲸鱼一直是神话和民间传说的中心。尽管鲸类学或鲸鱼科学在过去一个世纪里提高了我们对这些海洋哺乳动物的了解，但研究鲸鱼仍然是一个巨大的挑战。

现在，多亏了机器学习，我们更接近于理解这些温和的巨人了。麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室（CSAIL）和鲸目翻译倡议（CETI）项目的研究人员最近使用算法解码了“抹香鲸音标”，揭示了抹香鲸通信中类似于其他动物物种的人类语音和通信系统的复杂结构。

在《自然通讯》上发表的一项新的开放获取研究中，这项研究表明，抹香鲸用来交流的密码，或短暂的点击，在结构上会因对话环境的不同而有很大差异，这揭示了一个比以前理解的要复杂得多的交流系统。

多明尼加抹香鲸项目从东加勒比抹香鲸家族收集的9000尾鳕鱼被证明是揭示这些生物复杂通信系统的重要起点。除了数据金矿，该团队还使用了多种算法进行模式识别和分类，以及在身体记录设备上。事实证明，抹香鲸的交流确实不是随机的或简单的，而是以复杂的组合方式构建的。

研究人员确定了一种“抹香鲸语音字母表”，研究人员称之为“节奏”、“节拍”、“rubato”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，鲸鱼会根据对话上下文系统地调整尾音的某些方面，比如平稳地改变叫声的持续时间——rubato——或者增加额外的装饰性点击。但更值得注意的是，他们发现这些尾音的基本组成部分可以以组合的方式组合在一起，使鲸鱼能够构建出大量不同的发声曲目。

这些实验是使用部署在东加勒比部族鲸鱼身上的声学生物记录标签（特别是所谓的“D标签”）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，个体抹香鲸可以在长时间的交换中发出各种密码子模式，而不仅仅是重复相同的密码子。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。

CSAIL主任、麻省理工学院电气工程与计算机科学教授Daniela Rus表示：“我们正在冒险进入未知领域，在没有任何预先存在的地面实况数据的情况下破解抹香鲸通信的奥秘。”。

“使用机器学习对于识别他们交流的特征和预测他们接下来会说什么很重要。我们的发现表明了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。”

“这是朝着表明其他物种具有迄今为止尚未确定的沟通复杂性水平迈出的一步，与行为有着深刻的联系。我们的下一步旨在解读这些沟通背后的含义，并探索所说的话与群体行为之间的社会层面的相关性。”

抹香鲸是所有已知动物中大脑最大的。这伴随着家庭和文化群体之间非常复杂的社会行为，需要强有力的沟通和协调，尤其是在深海狩猎等压力重重的环境中。

鲸鱼在很大程度上要归功于罗杰·佩恩，前CETI项目顾问、鲸鱼生物学家、自然保护主义者和麦克阿瑟研究员，他是阐释鲸鱼音乐生涯的重要人物。佩恩在1971年著名的《科学》杂志文章《座头鲸之歌》中记录了鲸鱼是如何唱歌的。他的工作后来推动了“拯救鲸鱼”运动，这是一项成功而及时的保护倡议。

“罗杰的研究突出了科学对社会的影响。他发现鲸鱼会唱歌，这导致了《海洋哺乳动物保护法》的出台，并帮助拯救了几个鲸鱼物种免于灭绝。这项跨学科研究现在让我们离了解抹香鲸在说什么又近了一步，”CETI项目的负责人和创始人、纽约城市大学杰出生物学教授David Gruber说。

今天，CETI即将进行的研究旨在辨别节奏、节奏、装饰和rubato等元素是否具有特定的交际意图，从而有可能深入了解“模式的二元性”——一种简单元素结合在一起传达复杂意义的语言现象，这种意义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，它与接触外来物种的假设场景相似。这是关于了解一个具有完全不同环境和通信协议的物种，它们的相互作用与人类规范明显不同，”CSAIL附属机构EECS的麻省理工学院博士生、该研究的主要作者Pratyusha Sharma说。

“我们正在探索如何解释它们交流中的基本意义单位。这不仅仅是教动物人类语言的一个子集，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’如何交流奠定基础，为创建算法或系统来理解完全陌生的交流形式提供见解。”

宾夕法尼亚大学心理学荣誉退休教授Robert Seyfarth没有参与这项研究，他说：“许多动物物种都有几种不同信号的库，但我们才刚刚开始揭示它们将这些信号结合起来创造新信息的程度。”。

“科学家们特别感兴趣的是，信号组合是否因其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认可的可辨别的‘规则’。对于海洋哺乳动物来说，这个问题尤其具有挑战性，因为科学家通常无法看到它们的受试者，也无法完全详细地识别交流的环境。”

“尽管如此，这篇论文提供了抹香鲸叫声组合的新的、诱人的细节以及它们背后的规则。”