探索抹香鲸的神秘字母表

几千年来，鲸鱼的诱惑激发了人类的意识，将这些海洋巨人塑造成深海的神秘居民。从圣经中的利维坦到赫尔曼·梅尔维尔（Herman Melville）令人生畏的白鲸（Moby Dick），鲸鱼一直是神话和民间传说的核心。虽然鲸鱼学或鲸鱼科学在过去一个世纪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艰巨的挑战。

现在，多亏了机器学习，我们离理解这些温柔的巨人更近了一点。来自麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室（CSAIL）和CETI项目（鲸类翻译计划）的研究人员最近使用算法来解码“抹香鲸音标”，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通信系统。

在发表在 《自然通讯》（Nature Communications）上的一项新的开放获取研究中，该研究表明，抹香鲸的尾声，或它们用来交流的短时间点击，在结构上因对话环境而异，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抹香鲸家族中收集的9000条尾声被证明是揭示这种生物复杂通信系统的重要起点。除了数据金矿之外，该团队还使用了多种算法进行模式识别和分类，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构建的。

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”、“rubato”和“装饰”的各种元素相互作用，形成了大量可区分的尾声。例如，鲸鱼会根据对话上下文系统地调节其尾声的某些方面，例如平滑地改变叫声的持续时间（rubato）或添加额外的装饰性点击。但更值得注意的是，他们发现这些鳕鱼的基本组成部分可以以组合方式组合在一起，使鲸鱼能够构建大量不同的发声曲目。

这些实验是使用部署在东加勒比氏族鲸鱼身上的声学生物记录标签（特别是称为“D标签”的东西）进行的。这些标签捕捉到了鲸鱼发声模式的复杂细节。通过开发新的可视化和数据分析技术，CSAIL研究人员发现，个体抹香鲸可以在长时间的交流中发出各种尾声模式，而不仅仅是重复相同的尾声。他们说，这些模式是微妙的，包括其他鲸鱼也产生和识别的细粒度变化。

“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译抹香鲸通信的奥秘，”麻省理工学院电气工程和计算机科学（EECS）主任兼教授Daniela Rus说。“使用机器学习对于识别他们的通信特征和预测他们接下来说的话非常重要。我们的研究结果表明了结构化信息内容的存在，也挑战了许多语言学家的普遍信念，即复杂的交流是人类独有的。这是朝着表明其他物种具有迄今为止尚未确定的通信复杂性水平迈出的一步，这些复杂性与行为密切相关。我们的下一步旨在破译这些交流背后的含义，并探索所说的内容与群体行动之间的社会层面相关性。

四处捕鲸

抹香鲸拥有所有已知动物中最大的大脑。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，特别是在深海狩猎等压力环境中。

鲸鱼在很大程度上归功于罗杰·佩恩（Roger Payne），他是前CETI项目顾问，鲸鱼生物学家，环保主义者和麦克阿瑟研究员，他是阐明其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。他的工作后来催化了“拯救鲸鱼”运动，这是一项成功而及时的保护计划。

“罗杰的研究凸显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》，并帮助拯救了几种鲸鱼物种免于灭绝。这项跨学科研究现在使我们离了解抹香鲸在说什么又近了一步，“CETI项目的负责人兼创始人、纽约市立大学生物学杰出教授David Gruber说。

今天，CETI即将进行的研究旨在辨别节奏、节奏、装饰和鲁巴托等元素是否具有特定的交际意图，从而可能提供对“模式的二元性”的见解——一种语言现象，其中简单的元素结合在一起，传达了以前认为是人类语言独有的复杂含义。

我们中间的外星人

“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截然不同，“麻省理工学院EECS博士生，CSAIL附属机构，该研究的主要作者Pratyusha Sharma说。“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信号的库，但我们才刚刚开始发现它们在多大程度上结合这些信号来创造新的信息，”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识别的可识别的’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他们的受试者或完全详细地识别交流的背景。尽管如此，这篇论文还是提供了新的、诱人的叫声组合细节，以及抹香鲸的叫声组合规则。

与夏尔马、罗斯和格鲁伯一起的还有来自麻省理工学院的另外两人，他们都是 CSAIL 的首席研究员和 EECS 的教授：雅各布·安德烈亚斯和安东尼奥·托拉尔巴。他们加入了CETI生物学负责人，多米尼克抹香鲸项目的创始人，卡尔顿大学的驻校科学家Shane Gero。这篇论文由CETI项目通过Dalio Philanthropies和Ocean X、海葡萄基金会、Rosamund Zander/Hansjorg Wyss和Chris Anderson/Jacqueline Novogratz通过The Audacious Project资助：这是一项位于TED的合作资助计划，并得到了麻省理工学院J.H.和E.V.韦德基金的进一步支持。