Wetenschap
Algoritmen gebruiken om het complexe fonetische alfabet van potvissen te decoderen
Dankzij machinaal leren zijn we nu een beetje dichter bij het begrijpen van deze vriendelijke reuzen. Onderzoekers van het MIT Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) en Project CETI (Cetacean Translation Initiative) hebben onlangs algoritmen gebruikt om het 'fonetische potvisalfabet' te decoderen, waardoor geavanceerde structuren in potviscommunicatie aan het licht kwamen, vergelijkbaar met menselijke fonetiek en communicatiesystemen in andere landen. diersoort.
In een nieuwe open-accessstudie gepubliceerd in Nature Communications , toont het onderzoek aan dat de coda's van potvissen, of korte uitbarstingen van klikken die ze gebruiken om te communiceren, aanzienlijk qua structuur variëren, afhankelijk van de conversatiecontext, waardoor een communicatiesysteem wordt onthuld dat veel ingewikkelder is dan eerder werd aangenomen.
Negenduizend coda's, verzameld bij potvisfamilies uit het Oost-Caribische gebied, geobserveerd door het Dominica Potvis Project, bleken een instrumenteel startpunt bij het blootleggen van het complexe communicatiesysteem van de wezens. Naast de datagoudmijn gebruikte het team een mix van algoritmen voor patroonherkenning en -classificatie, evenals opnameapparatuur op het lichaam. Het bleek dat de communicatie met potvissen inderdaad niet willekeurig of simplistisch was, maar eerder gestructureerd op een complexe, combinatorische manier.
De onderzoekers identificeerden iets van een 'fonetisch potvisalfabet', waarin verschillende elementen die onderzoekers 'ritme', 'tempo', 'rubato' en 'versiering' noemen, met elkaar samenwerken om een breed scala aan onderscheidbare coda's te vormen. De walvissen moduleerden bijvoorbeeld systematisch bepaalde aspecten van hun coda's op basis van de conversatiecontext, zoals het soepel variëren van de duur van de oproepen (rubato) of het toevoegen van extra decoratieve klikken. Maar nog opmerkelijker was dat ze ontdekten dat de basisbouwstenen van deze coda's op een combinatorische manier gecombineerd konden worden, waardoor de walvissen een enorm repertoire van verschillende vocalisaties konden construeren.
De experimenten werden uitgevoerd met behulp van akoestische bio-logging-tags (in het bijzonder iets dat "D-tags" wordt genoemd) die werden ingezet op walvissen uit de Oost-Caribische clan. Deze tags legden de ingewikkelde details van de stempatronen van de walvissen vast. Door nieuwe visualisatie- en data-analysetechnieken te ontwikkelen, ontdekten de CSAIL-onderzoekers dat individuele potvissen tijdens lange uitwisselingen verschillende coda-patronen konden uitzenden, en niet alleen maar herhalingen van dezelfde coda. Deze patronen zijn volgens hen genuanceerd en omvatten fijnkorrelige variaties die andere walvissen ook produceren en herkennen.
"We wagen ons in het onbekende om de mysteries van potviscommunicatie te ontcijferen zonder enige bestaande grondwaarheidsgegevens", zegt Daniela Rus, CSAIL-directeur en hoogleraar elektrotechniek en computerwetenschappen (EECS) aan het MIT.
"Het gebruik van machinaal leren is belangrijk voor het identificeren van de kenmerken van hun communicatie en het voorspellen van wat ze daarna zullen zeggen. Onze bevindingen duiden op de aanwezigheid van gestructureerde informatie-inhoud en dagen ook de heersende overtuiging onder veel taalkundigen uit dat complexe communicatie uniek is voor de mens."
"Dit is een stap in de richting van het aantonen dat andere soorten niveaus van communicatiecomplexiteit hebben die tot nu toe nog niet zijn geïdentificeerd, en die diep verbonden zijn met gedrag. Onze volgende stappen zijn gericht op het ontcijferen van de betekenis achter deze communicatie en het onderzoeken van de correlaties op maatschappelijk niveau tussen wat er wordt gedaan." genoemde en groepsacties."
Walvisjacht rond
Potvissen hebben de grootste hersenen van alle bekende dieren. Dit gaat gepaard met zeer complex sociaal gedrag tussen families en culturele groepen, waardoor sterke communicatie voor coördinatie noodzakelijk is, vooral in omgevingen die onder druk staan, zoals diepzeejacht.
Walvissen hebben veel te danken aan Roger Payne, voormalig Project CETI-adviseur, walvisbioloog, natuurbeschermer en MacArthur Fellow, die een belangrijke figuur was in het ophelderen van hun muzikale carrière. In het bekende Science-artikel uit 1971, 'Songs of Humpback Whales', documenteerde Payne hoe walvissen kunnen zingen. Zijn werk was later de katalysator voor de beweging 'Save the Whales', een succesvol en actueel natuurbehoudsinitiatief.
“Rogers onderzoek benadrukt de impact die wetenschap kan hebben op de samenleving. Zijn bevinding dat walvissen zingen leidde tot de Marine Mammal Protection Act en hielp verschillende walvissoorten voor uitsterven te behoeden. Dit interdisciplinaire onderzoek brengt ons nu een stap dichter bij het weten wat potvissen zeggen. " zegt David Gruber, leider en oprichter van Project CETI en hoogleraar biologie aan de City University van New York.
Tegenwoordig is het komende onderzoek van CETI erop gericht om te onderscheiden of elementen als ritme, tempo, versieringen en rubato specifieke communicatieve intenties hebben, wat mogelijk inzicht kan verschaffen in de ‘dualiteit van patronen’ – een taalkundig fenomeen waarbij eenvoudige elementen samenkomen om complexe betekenissen over te brengen waarvan voorheen werd gedacht dat ze uniek waren voor menselijke taal.
Buitenaardse wezens onder ons
"Een van de intrigerende aspecten van ons onderzoek is dat het parallel loopt met het hypothetische scenario van contact met uitheemse soorten. Het gaat over het begrijpen van een soort met een compleet andere omgeving en communicatieprotocollen, waarbij hun interacties duidelijk verschillen van menselijke normen", zegt Pratyusha Sharma. een MIT Ph.D. student in EECS, CSAIL-filiaal en hoofdauteur van het onderzoek.
"We onderzoeken hoe we de basiseenheden van betekenis in hun communicatie kunnen interpreteren. Dit gaat niet alleen over het leren van dieren een subset van de menselijke taal, maar over het decoderen van een natuurlijk ontwikkeld communicatiesysteem binnen hun unieke biologische en ecologische beperkingen. In wezen zou ons werk kunnen leggen de basis voor het ontcijferen van de manier waarop een 'buitenaardse beschaving' zou kunnen communiceren, en bieden inzicht in het creëren van algoritmen of systemen om geheel onbekende vormen van communicatie te begrijpen."
‘Veel diersoorten hebben een repertoire met verschillende signalen, maar we beginnen nog maar pas te ontdekken in welke mate ze deze signalen combineren om nieuwe boodschappen te creëren’, zegt Robert Seyfarth, emeritus hoogleraar psychologie aan de Universiteit van Pennsylvania, die niet betrokken was bij de ontwikkeling van deze signalen. onderzoek.
"Wetenschappers zijn vooral geïnteresseerd in de vraag of signaalcombinaties variëren afhankelijk van de sociale of ecologische context waarin ze worden gegeven, en in de mate waarin signaalcombinaties waarneembare 'regels' volgen die door luisteraars worden herkend. Het probleem is bijzonder uitdagend in het geval van zeezoogdieren, omdat wetenschappers hun proefpersonen doorgaans niet kunnen zien of de context van de communicatie niet volledig kunnen identificeren."
"Niettemin biedt dit artikel nieuwe, prikkelende details over oproepcombinaties en de regels die daaraan ten grondslag liggen bij potvissen."