Usando algoritmos para decodificar o complexo alfabeto fonético dos cachalotes
Usando aprendizado de máquina, MIT CSAIL e Projeto CETI, os pesquisadores revelaram estruturas complexas semelhantes a linguagem na comunicação dos cachalotes com elementos combinatórios e sensíveis ao contexto. Crédito:Amanda Cotton O fascínio das baleias alimenta a consciência humana há milénios, transformando estes gigantes oceânicos em residentes enigmáticos dos mares profundos. Do Leviatã bíblico ao formidável Moby Dick de Herman Melville, as baleias têm sido fundamentais nas mitologias e no folclore. E embora a cetologia, ou ciência das baleias, tenha melhorado o nosso conhecimento sobre estes mamíferos marinhos em particular no século passado, o estudo das baleias continua a ser um desafio formidável.
Agora, graças ao aprendizado de máquina, estamos um pouco mais perto de compreender esses gentis gigantes. Pesquisadores do Laboratório de Ciência da Computação e Inteligência Artificial do MIT (CSAIL) e do Projeto CETI (Cetacean Translation Initiative) usaram recentemente algoritmos para decodificar o "alfabeto fonético do cachalote", revelando estruturas sofisticadas na comunicação do cachalote, semelhantes à fonética humana e aos sistemas de comunicação em outros países. espécies de animais.
Em um novo estudo de acesso aberto publicado na Nature Communications , a pesquisa mostra que as codas dos cachalotes, ou pequenos cliques que eles usam para se comunicar, variam significativamente em estrutura dependendo do contexto de conversação, revelando um sistema de comunicação muito mais complexo do que se entendia anteriormente.
Nove mil codas, coletadas de famílias de cachalotes do Caribe Oriental observadas pelo Projeto Cachalote de Dominica, provaram ser um ponto de partida instrumental para descobrir o complexo sistema de comunicação das criaturas. Juntamente com a mina de ouro de dados, a equipe usou uma combinação de algoritmos para reconhecimento e classificação de padrões, bem como equipamentos de gravação no corpo. Descobriu-se que as comunicações dos cachalotes não eram de facto aleatórias ou simplistas, mas sim estruturadas de uma forma complexa e combinatória.
Os pesquisadores identificaram uma espécie de “alfabeto fonético do cachalote”, onde vários elementos que os pesquisadores chamam de “ritmo”, “tempo”, “rubato” e “ornamentação” interagem para formar uma vasta gama de codas distinguíveis. Por exemplo, as baleias modulariam sistematicamente certos aspectos de suas codas com base no contexto conversacional, como variar suavemente a duração dos cantos – rubato – ou adicionar cliques ornamentais extras. Mas o que é ainda mais notável é que descobriram que os blocos básicos destas codas podiam ser combinados de uma forma combinatória, permitindo às baleias construir um vasto repertório de vocalizações distintas.
Os experimentos foram conduzidos usando etiquetas acústicas de bio-logging (especificamente algo chamado "D-tags") implantadas em baleias do clã do Caribe Oriental. Essas etiquetas capturaram os detalhes intrincados dos padrões vocais das baleias. Ao desenvolver novas técnicas de visualização e análise de dados, os investigadores do CSAIL descobriram que cachalotes individuais podiam emitir vários padrões de coda em trocas longas, e não apenas repetições da mesma coda. Esses padrões, dizem eles, são matizados e incluem variações refinadas que outras baleias também produzem e reconhecem.
“Estamos nos aventurando no desconhecido para decifrar os mistérios da comunicação dos cachalotes sem quaisquer dados reais pré-existentes”, diz Daniela Rus, diretora do CSAIL e professora de engenharia elétrica e ciência da computação (EECS) no MIT.
"Usar o aprendizado de máquina é importante para identificar as características de suas comunicações e prever o que dirão a seguir. Nossas descobertas indicam a presença de conteúdo de informação estruturado e também desafiam a crença predominante entre muitos linguistas de que a comunicação complexa é exclusiva dos humanos."
"Este é um passo para mostrar que outras espécies têm níveis de complexidade de comunicação que não foram identificados até agora, profundamente ligados ao comportamento. Nossos próximos passos visam decifrar o significado por trás dessas comunicações e explorar as correlações em nível social entre o que está sendo dito e ações de grupo." A linguagem secreta dos cachalotes, decodificada Crédito:MIT CSAIL Baleias
Os cachalotes têm os maiores cérebros entre todos os animais conhecidos. Isto é acompanhado por comportamentos sociais muito complexos entre famílias e grupos culturais, necessitando de uma forte comunicação para coordenação, especialmente em ambientes pressurizados como a caça em alto mar.
As baleias devem muito a Roger Payne, ex-conselheiro do Projeto CETI, biólogo de baleias, conservacionista e MacArthur Fellow, que foi uma figura importante na elucidação de suas carreiras musicais. No famoso artigo da Science de 1971, "Songs of Jubarte Whales", Payne documentou como as baleias podem cantar. Mais tarde, seu trabalho catalisou o movimento "Salve as Baleias", uma iniciativa de conservação bem-sucedida e oportuna.
"A pesquisa de Roger destaca o impacto que a ciência pode ter na sociedade. Sua descoberta de que as baleias cantam levou à Lei de Proteção aos Mamíferos Marinhos e ajudou a salvar várias espécies de baleias da extinção. Esta pesquisa interdisciplinar agora nos traz um passo mais perto de saber o que os cachalotes estão dizendo, " diz David Gruber, líder e fundador do Projeto CETI e distinto professor de biologia na City University of New York.
Hoje, a próxima pesquisa do CETI visa discernir se elementos como ritmo, andamento, ornamentação e rubato carregam intenções comunicativas específicas, potencialmente fornecendo insights sobre a "dualidade de padrões" - um fenômeno linguístico onde elementos simples se combinam para transmitir significados complexos anteriormente considerados únicos para linguagem humana.
Alienígenas entre nós
"Um dos aspectos intrigantes de nossa pesquisa é que ela é paralela ao cenário hipotético de contato com espécies exóticas. Trata-se de compreender uma espécie com um ambiente e protocolos de comunicação completamente diferentes, onde suas interações são distintamente diferentes das normas humanas", diz Pratyusha Sharma, um Ph.D. do MIT. estudante do EECS, afiliado do CSAIL e autor principal do estudo.
"Estamos explorando como interpretar as unidades básicas de significado em sua comunicação. Não se trata apenas de ensinar aos animais um subconjunto da linguagem humana, mas de decodificar um sistema de comunicação naturalmente evoluído dentro de suas restrições biológicas e ambientais únicas. Essencialmente, nosso trabalho poderia estabelecer as bases para decifrar como uma 'civilização alienígena' pode se comunicar, fornecendo insights sobre a criação de algoritmos ou sistemas para compreender formas de comunicação totalmente desconhecidas."
“Muitas espécies animais têm repertórios de vários sinais distintos, mas estamos apenas começando a descobrir até que ponto eles combinam esses sinais para criar novas mensagens”, diz Robert Seyfarth, professor emérito de psicologia da Universidade da Pensilvânia, que não esteve envolvido no estudo. pesquisar.
"Os cientistas estão particularmente interessados em saber se as combinações de sinais variam de acordo com o contexto social ou ecológico em que são fornecidas, e até que ponto as combinações de sinais seguem 'regras' discerníveis que são reconhecidas pelos ouvintes. O problema é particularmente desafiador no caso de mamíferos marinhos, porque os cientistas normalmente não conseguem ver os seus sujeitos ou identificar detalhadamente o contexto da comunicação."
"No entanto, este artigo oferece detalhes novos e tentadores sobre as combinações de vocalizações e as regras que as fundamentam nos cachalotes."
