Εγγραφείτε στο επιστημονικό ενημερωτικό δελτίο του CNN στο Wonder Theory. Εξερευνήστε το σύμπαν με νέα σχετικά με συναρπαστικές ανακαλύψεις, επιστημονικές προόδους και πολλά άλλα.
Οι επιστήμονες πέτυχαν ένα τεράστιο επίτευγμα. Έχουν εντοπίσει μια άγνωστη προηγουμένως πολυπλοκότητα στην επικοινωνία των φαλαινών αναλύοντας χιλιάδες καταγεγραμμένες ακολουθίες κλικ από σπέρμα φάλαινας χρησιμοποιώντας τεχνητή νοημοσύνη.
Οι παραλλαγές στο ρυθμό, το ρυθμό και το μήκος των ακολουθιών κλικ των φαλαινών, που ονομάζονται codas, υφαίνουν μια πλούσια ακουστική ταπισερί. Αυτές οι μεταβλητές υποδηλώνουν ότι οι φάλαινες μπορούν να συνδυάσουν μοτίβα κλικ με διάφορους τρόπους και να συνδυάσουν φράσεις για να μεταφέρουν ένα ευρύ φάσμα πληροφοριών μεταξύ τους.
Το τι λένε οι σπερματοφάλαινες με τους ήχους κρότου τους παραμένει ένα μυστήριο για το ανθρώπινο αυτί. Ωστόσο, η αποκάλυψη της έκτασης της φωνητικής ανταλλαγής φαλαινών είναι ένα σημαντικό βήμα προς τη σύνδεση των κλήσεων φαλαινών με συγκεκριμένα μηνύματα ή κοινωνικές συμπεριφορές, ανέφεραν οι επιστήμονες στις 7 Μαΐου στο περιοδικό Nature Communications.
«Αυτή η εργασία βασίζεται σε πολλές προηγούμενες εργασίες που επικεντρώθηκαν στην κατανόηση των κλήσεων των σπερματοφαλαινών. Ωστόσο, αυτή είναι η πρώτη εργασία που έχει αρχίσει να εξετάζει τις κλήσεις σπερματοφάλαινας στο ευρύτερο επικοινωνιακό τους πλαίσιο και στο πλαίσιο των ανταλλαγών μεταξύ φαλαινών, κάτι που επέτρεψε ορισμένα από τα αποτελέσματα», δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Δρ. Η Daniela Rus, διευθύντρια του Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) στο MIT, είπε σε ένα email.
“Η κατανόηση των πτυχών των κωδικών κωδικών τους που μπορούν να ελέγξουν και να ποικίλουν, μας βοηθά να κατανοήσουμε πώς μπορούν να κωδικοποιήσουν πληροφορίες στις κλήσεις τους”, είπε ο Rus.
Οι ερευνητές ονόμασαν τον κατάλογό τους με συνδυασμούς ήχου «φωνητικό αλφάβητο» για τις φάλαινες σπερματοζωαρίων και συνέκριναν τις παραλλαγές στις ακολουθίες κλικ των φαλαινών με την παραγωγή διαφορετικών φωνητικών ήχων στην ανθρώπινη ομιλία.
Όμως, ενώ τα ευρήματα της ομάδας είναι ενδιαφέροντα, αυτός ο όρος προσφέρει μια παραπλανητική προοπτική για τις φωνητικές αλληλεπιδράσεις των φαλαινών, είπε ο Δρ. Ο Luke Rendell, ερευνητής στο Πανεπιστήμιο του St. Andrews στο Ηνωμένο Βασίλειο, του οποίου η εργασία επικεντρώνεται στην επικοινωνία στα θαλάσσια θηλαστικά, είπε σε ένα email.
«Η παρουσίαση του «φωνητικού αλφαβήτου» – δεν είναι κάτι τέτοιο», είπε ο Rendell, ο οποίος δεν συμμετείχε στην έρευνα.
«Ο τρόπος με τον οποίο χρησιμοποιείται η παραλλαγή ρυθμού είναι εντελώς διαφορετικός από το πώς χρησιμοποιούμε στοιχεία ενός αλφαβήτου, για παράδειγμα, για να κατασκευάσουμε γλωσσική έκφραση», είπε. «Δεν υπάρχουν στοιχεία για αυτό και δεν είναι ιδιαίτερα χρήσιμη ερμηνεία γιατί ωθεί τα πάντα σε μια περιορισμένη και κάπως υπερεκτιμημένη προοπτική: «Είναι σαν την ανθρώπινη γλώσσα ή όχι;», παρόλο που υπάρχει ένα πολύ ευρύτερο φάσμα ερμηνειών. “
Αναγνώριση μοτίβου
Οι σπερματοφάλαινες κάνουν τους ήχους κρότου τους σπρώχνοντας αέρα μέσα από ένα όργανο στο κεφάλι τους που ονομάζεται αρουραίος φάλαινας. Αυτοί οι ήχοι μπορεί να είναι τόσο δυνατοί όσο 230 ντεσιμπέλ – πιο δυνατοί από μια εκτόξευση πυραύλου και ικανοί να σπάσουν τα ανθρώπινα τύμπανα, ανέφερε προηγουμένως μια άλλη ομάδα επιστημόνων στο περιοδικό Scientific Reports.
Για τη νέα μελέτη, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μηχανική μάθηση για να ανιχνεύσουν μοτίβα σε ηχητικά δεδομένα που συλλέγονται από το Dominica Sperm Whale Project, ένα αρχείο παρατηρήσεων σπερματοφαλαινών που ζουν στην Καραϊβική Θάλασσα. Οι ηχογραφήσεις αντιπροσώπευαν τις φωνές περίπου 60 φαλαινών – ένα υποσύνολο μιας ομάδας περίπου 400 φαλαινών γνωστών ως φυλή της Ανατολικής Καραϊβικής – και οι φωνές ηχογραφήθηκαν μεταξύ 2005 και 2018.
Προηγούμενη έρευνα είχε εντοπίσει 150 τύπους coda σε σπερματοφάλαινες παγκοσμίως, αλλά οι φάλαινες της Καραϊβικής χρησιμοποιούσαν μόνο 21 από αυτούς τους κωδικούς.
Οι επιστήμονες εξέτασαν το χρόνο και τη συχνότητα 8.719 αλληλουχιών coda – σε μεμονωμένες εκφωνήσεις φαλαινών, σε χορωδίες και σε ανταλλαγές κλήσης και απάντησης μεταξύ φαλαινών. Η οπτικοποίηση με τεχνητή νοημοσύνη δημιούργησε μοτίβα coda που δεν είχαν δει στο παρελθόν.
Οι συγγραφείς της μελέτης όρισαν τέσσερα χαρακτηριστικά στα codas: ρυθμό, τέμπο, rubato και διακόσμηση. Ο ρυθμός περιγράφει τη σειρά των διαστημάτων μεταξύ των κλικ. Ο ρυθμός είναι η διάρκεια ολόκληρου του κώδικα. Το Rubato αναφέρεται σε διακυμάνσεις στη διάρκεια μεταξύ γειτονικών coda με τον ίδιο ρυθμό και ρυθμό. Και η διακόσμηση είναι ένα «έξτρα κλικ» που προστίθεται στο τέλος ενός κωδικού σε μια ομάδα μικρότερων κωδικών, εξήγησε ο Rus.
Αυτά τα αποκαλούμενα διακοσμητικά κλικ “συμβαίνουν περισσότερο στην αρχή και στο τέλος των στροφών κατά τη διάρκεια φωνητικών ανταλλαγών μεταξύ φαλαινών” και “συμπεριφέρονται σαν δείκτες λόγου”, είπε ο Rus.
Η ανακάλυψη ότι οι φάλαινες μπορούν να συγχρονίσουν τις παραλλαγές του ρυθμού coda είναι «μια πραγματικά ενδιαφέρουσα παρατήρηση», είπε ο Rendell.
«Είμαι λιγότερο πεπεισμένος για τη «διακόσμηση»», πρόσθεσε. «Είναι πολύ σπάνιο, και νομίζω ότι χρειαζόμαστε περισσότερες αποδείξεις ότι δεν είναι απλώς σφάλματα παραγωγής» ή θόρυβοι πλήρωσης, «όπως όταν λέμε «μμ» ή «μμ»».
Συνολικά, το πρόγραμμα αναγνώρισε 18 τύπους ρυθμού, πέντε τύπους τέμπο, τρεις τύπους rubato και δύο τύπους διακοσμήσεων. Αυτά τα χαρακτηριστικά του κώδικα θα μπορούσαν όλα να αναμειχθούν και να συνδυαστούν για να σχηματίσουν ένα «τεράστιο ρεπερτόριο» φράσεων, ανέφεραν οι συγγραφείς της μελέτης. Επιπλέον, το νόημα θα μπορούσε να βελτιστοποιηθεί περαιτέρω ανάλογα με την τοποθέτηση ενός κωδικού (μετά ή επικάλυψης με άλλους κωδικούς) σε μια ανταλλαγή ή ρεφρέν που περιλαμβάνει δύο ή περισσότερες φάλαινες.
Διαδραστικός πειραματισμός
«Στην πραγματικότητα, πολλοί από εμάς περιμέναμε για δεκαετίες για προηγμένη τεχνολογία που θα μας επέτρεπε να κάνουμε κάτι τέτοιο!» Η Brenda McCowan, καθηγήτρια στο University of California Davis School of Veterinary Medicine, σε ένα email.
Ο McCowan, ο οποίος δεν συμμετείχε στην έρευνα, ήταν μέλος μιας άλλης ομάδας που πραγματοποίησε μια διαδραστική «συνομιλία» με μια φάλαινα φυσητήρας στα νερά κοντά στην Αλάσκα το 2021. Για περίπου 20 λεπτά, μια περίεργη φάλαινα ανταποκρίθηκε επανειλημμένα σε μια ηχογράφηση ενός τραγουδιού που μεταδόθηκε από το σκάφος των επιστημόνων.
«Αυτή η συγκεκριμένη ερμηνεία (με την καμπουροφάλαινα το 2021) ήταν ένα ευκαιριακό πείραμα με μια περίεργη φάλαινα που μας απασχόλησε τόσο συμπεριφορικά όσο και φωνητικά, εντελώς από μόνη της», είπε ο ΜακΚόουαν.
Τέτοια διαδραστικά πειράματα με φάλαινες, μαζί με παρατηρήσεις της συμπεριφοράς των φαλαινών, θα μπορούσαν να είναι ένα σημαντικό μέρος της αποκρυπτογράφησης της σύνταξης των ακολουθιών κλικ φαλαινών, γράφουν οι συγγραφείς στη μελέτη.
Η μέθοδος μηχανικής εκμάθησής τους θα μπορούσε επίσης να αποδειχθεί χρήσιμη για τη μελέτη άλλων τύπων ήχων ζώων, πρόσθεσε ο McCowan.
«Ο ρυθμός, ο ρυθμός, το rubato και η διακόσμηση βρίσκονται πιθανώς σε άλλα είδη φαλαινών», είπε ο McCowan. «Γνωρίζουμε ήδη ότι αυτό ισχύει για τις καμπουροφάλαινες. Αλλά υπάρχουν επίσης στοιχεία αυτού του τύπου μοτίβου σε άλλα υδρόβια, χερσαία και δέντρα στα οποία θα μπορούσε να εφαρμοστεί αυτή η προσέγγιση».
Όμως, ενώ αυτή η τεχνική είναι χρήσιμη στον εντοπισμό ορισμένων πτυχών της επικοινωνίας, δεν είναι μια πέτρα της Ροζέτας, προειδοποίησε ο Rendell.
«Η μηχανική μάθηση είναι εξαιρετική για την εύρεση προτύπων σε μεγάλα σύνολα δεδομένων», είπε, «αλλά δεν δημιουργεί νόημα».
Η Mindy Weisberger είναι επιστημονική συγγραφέας και παραγωγός μέσων ενημέρωσης της οποίας η δουλειά έχει εμφανιστεί στα περιοδικά Live Science, Scientific American και How It Works.
Για περισσότερες ειδήσεις και ενημερωτικά δελτία του CNN, δημιουργήστε έναν λογαριασμό στο CNN.com