באמצעות למידת מכונה, חוקרי MIT CSAIL ו-Project CETI חשפו מבנה מורכב דמוי שפה בתקשורת לווייתן זרע עם אלמנטים רגישים להקשר ושילובים. קרדיט: אמנדה קוטון
חוקרים מ MITהשימוש ב-CSAIL ובפרויקט CETI למידת מכונה לפענח את "האלפבית הפונטי של לוויתן הזרע", לחשוף דפוסי תקשורת מורכבים, להעמיק את ההבנה שלנו במערכות שפת בעלי חיים.
מחקר זה, שניתח אלפי קודות מלווייתני זרע בקריביים, חושף מערכת תקשורת מתוחכמת ומובנית, המאתגרת את התפיסה שתקשורת מורכבת היא ייחודית לבני אדם. עבודה זו לא רק מקדמת את ההבנה שלנו בביולוגיה ימית אלא גם תורמת למאמצי שימור רחבים יותר ומקבילה למחקרים על תקשורת חייזרים.
לווייתנים במיתוס ובמדע
הפיתוי של לווייתנים עוררה את התודעה האנושית במשך אלפי שנים, והפכה את ענקי האוקיינוסים הללו לתושבים חידתיים של הים העמוק. מהלוויתן המקראי ועד מובי דיק האדיר של הרמן מלוויל, הלווייתנים היו מרכזיים במיתולוגיות ובפולקלור. ובעוד שקטולוגיה, או מדע הלווייתנים, שיפרה את הידע שלנו על יונקים ימיים אלה במאה האחרונה במיוחד, חקר הלווייתנים נותר אתגר אדיר.
עכשיו, הודות ללמידת מכונה, אנחנו קצת יותר קרובים להבנת הענקים העדינים האלה. חוקרים ממעבדת MIT למדעי המחשב והבינה המלאכותית (CSAIL) ומפרויקט CETI (יוזמת תרגום צלונים) השתמשו לאחרונה באלגוריתמים כדי לפענח את "האלפבית הפונטי של לוויתן הזרע", וחושפים מבנים מתוחכמים בתקשורת של לוויתן זרע הדומים לפונטיקה ומערכות תקשורת אנושיות אחרות בעל חיים מִין.
גילוי תקשורת לווייתן זרע
במחקר חדש בגישה פתוחה שפורסם לאחרונה בכתב העת תקשורת טבעהמחקר מראה שקודות לווייתני זרע, או פרצי לחיצות קצרים שבהם הם משתמשים כדי לתקשר, משתנים באופן משמעותי במבנה בהתאם להקשר השיחה, וחושפים מערכת תקשורת הרבה יותר מורכבת ממה שהובנה קודם לכן.
השפה הסודית של לווייתני זרע, מפוענחת. קרדיט: MIT CSAIL
תשעת אלפים קודות, שנאספו ממשפחות לווייתני זרע במזרח הקאריביים שנצפו על ידי פרויקט לוויתן הזרע של דומיניקה, הוכיחו נקודת התחלה אינסטרומנטלית בחשיפת מערכת התקשורת המורכבת של היצורים. לצד מכרה הזהב של הנתונים, הצוות השתמש בשילוב של אלגוריתמים לזיהוי תבניות וסיווג, כמו גם בציוד הקלטה על הגוף. התברר שתקשורת לווייתן זרע אכן לא הייתה אקראית או פשטנית, אלא בנויה בצורה מורכבת וקומבינטורית.
תובנות מתוך תיוג אקוסטי
החוקרים זיהו משהו כמו "אלפבית פונטי של לוויתן זרע", שבו אלמנטים שונים שחוקרים מכנים "קצב", "טמפו", "רובאטו" ו"קישוט" משתלבים ביניהם ויוצרים מערך עצום של קודות הניתנות להבחנה. לדוגמה, הלווייתנים היו מווסתים באופן שיטתי היבטים מסוימים של הקודות שלהם בהתבסס על הקשר השיחה, כמו שינוי חלק של משך הקריאות – רובאטו – או הוספת לחיצות נוי נוספות. אך למרבה הפלא, הם גילו שניתן לשלב את אבני הבניין הבסיסיות של הקודות הללו בצורה קומבינטורית, מה שמאפשר ללווייתנים לבנות רפרטואר עצום של קולות ברורים.
הניסויים נערכו באמצעות תגי רישום ביולוגי אקוסטיים (באופן ספציפי משהו שנקרא "תגי D") שנפרסו על לווייתנים מהשבט המזרחי הקאריבי. תגים אלה לכדו את הפרטים המורכבים של דפוסי הקול של הלווייתנים. על ידי פיתוח טכניקות חדשות להדמיה וניתוח נתונים, חוקרי CSAIL מצאו כי לווייתני זרע בודדים יכולים לפלוט דפוסי קודה שונים בהחלפות ארוכות, ולא רק חזרות של אותו קודה. הדפוסים האלה, הם אומרים, הם בניואנסים, וכוללים וריאציות עדינות שגם לווייתנים אחרים מייצרים ומזהים.
"הממצאים שלנו מצביעים על נוכחות של תוכן מידע מובנה וגם מאתגרים את האמונה הרווחת בקרב בלשנים רבים שתקשורת מורכבת היא ייחודית לבני אדם", אומרת דניאלה רוס. "הצעדים הבאים שלנו שואפים לפענח את המשמעות מאחורי התקשורת הללו ולחקור את המתאמים ברמה החברתית בין הנאמר לפעולות קבוצתיות." קרדיט: Alex Shipps/MIT CSAIL
המשמעות של תקשורת לווייתן
"אנחנו יוצאים אל הלא נודע, כדי לפענח את המסתורין של תקשורת לוויתן זרע ללא כל נתוני אמת קרקע קיימים", אומרת דניאלה רוס, מנהלת CSAIL ופרופסור להנדסת חשמל ומדעי המחשב (EECS) ב-MIT. "שימוש בלמידת מכונה חשוב לזיהוי תכונות התקשורת שלהם ולניבוי מה הם אומרים בהמשך.
"הממצאים שלנו מצביעים על נוכחות של תוכן מידע מובנה וגם מאתגרים את האמונה הרווחת בקרב בלשנים רבים שתקשורת מורכבת היא ייחודית לבני אדם. זהו צעד לקראת מראה שלמינים אחרים יש רמות של מורכבות תקשורת שלא זוהו עד כה, קשורות באופן עמוק להתנהגות. הצעדים הבאים שלנו שואפים לפענח את המשמעות מאחורי התקשורת הללו ולחקור את המתאמים ברמה החברתית בין הנאמר לפעולות קבוצתיות".
ציד לווייתנים מסביב
ללוויתני זרע יש את המוח הגדול ביותר מבין כל בעלי החיים המוכרים. זה מלווה בהתנהגויות חברתיות מורכבות מאוד בין משפחות וקבוצות תרבותיות, המחייבות תקשורת חזקה לתיאום, במיוחד בסביבות לחוצות כמו ציד בים עמוק.
לווייתנים חייבים הרבה לרוג'ר פיין, יועץ לשעבר לפרויקט CETI, ביולוג לווייתן, איש שימור ועמית מקארתור שהיה דמות מרכזית בהבהרת הקריירה המוזיקלית שלהם. בשנת 1971 המצוינת מַדָע מאמר "Songs of Humpback Whales", פיין תיעד כיצד לווייתנים יכולים לשיר. עבודתו זרזה מאוחר יותר את תנועת "הצילו את הלווייתנים", יוזמת שימור מוצלחת ובזמן.
"המחקר של רוג'ר מדגיש את ההשפעה שיכולה להיות למדע על החברה. הממצא שלו שלווייתנים שרים הוביל לפעולת ההגנה על היונקים הימיים ועזר להציל כמה מיני לוויתנים מהכחדה. המחקר הבינתחומי הזה מקרב אותנו כעת צעד אחד יותר לדעת מה אומרים לוויתני זרע", אומר דיוויד גרובר, מוביל ומייסד פרויקט CETI ופרופסור מכובד לביולוגיה באוניברסיטת סיטי ניו יורק.
כיום, המחקר הקרוב של CETI שואף להבחין האם אלמנטים כמו קצב, קצב, קישוט ורובאטו נושאים כוונות תקשורתיות ספציפיות, מה שעלול לספק תובנות לגבי "הדואליות של הדפוסים" – תופעה לשונית שבה אלמנטים פשוטים משתלבים כדי להעביר משמעויות מורכבות שנחשבו בעבר ייחודיות ל. שפה אנושית.
חייזרים בינינו
"אחד ההיבטים המסקרנים של המחקר שלנו הוא שהוא מקביל לתרחיש ההיפותטי של יצירת קשר עם מינים זרים. מדובר בהבנת מין עם סביבה שונה לחלוטין ופרוטוקולי תקשורת, שבהם האינטראקציות שלהם שונות באופן מובהק מהנורמות האנושיות", אומרת פראטיושה שארמה, סטודנטית לדוקטורט ב-MIT ב-EECS, שלוחת CSAIL והמחברת הראשית של המחקר. "אנחנו בוחנים כיצד לפרש את יחידות המשמעות הבסיסיות בתקשורת שלהן. לא מדובר רק בהוראת בעלי חיים תת-קבוצה של השפה האנושית, אלא בפענוח מערכת תקשורת שהתפתחה באופן טבעי במסגרת המגבלות הביולוגיות והסביבתיות הייחודיות שלהן. בעיקרו של דבר, העבודה שלנו יכולה להניח את הבסיס לפענוח האופן שבו 'ציביליזציה חייזרית' עשויה לתקשר, לספק תובנות לגבי יצירת אלגוריתמים או מערכות כדי להבין צורות תקשורת לא מוכרות לחלוטין."
"למיני בעלי חיים רבים יש רפרטואר של מספר אותות נפרדים, אבל אנחנו רק מתחילים לחשוף את המידה שבה הם משלבים את האותות האלה כדי ליצור מסרים חדשים", אומר רוברט סייפארת', פרופסור אמריטוס לפסיכולוגיה מאוניברסיטת פנסילבניה, שלא היה מעורב במחקר מחקר.
"מדענים מתעניינים במיוחד אם שילובי אותות משתנים בהתאם להקשר החברתי או האקולוגי שבו הם ניתנים, ובמידה שבה שילובי אותות עוקבים אחר 'כללים' מובחנים המוכרים על ידי המאזינים. הבעיה מאתגרת במיוחד במקרה של יונקים ימיים, מכיוון שבדרך כלל מדענים אינם יכולים לראות את הנושאים שלהם או לזהות בפירוט מלא את ההקשר של התקשורת. אף על פי כן, מאמר זה מציע פרטים חדשים ומפתים של שילובי שיחות והכללים העומדים בבסיסם בלווייתני זרע".
מצטרפים לשארמה, רוס וגרובר שניים נוספים מ-MIT, שניהם חוקרים ראשיים של CSAIL והן פרופסורים ב-EECS: ג'ייקוב אנדראס ואנטוניו טורלבה. הם מצטרפים לשיין ג'רו, מוביל ביולוגיה ב-CETI, מייסד פרויקט לוויתן הזרע של דומיניקה, ומדען מגוריו באוניברסיטת קרלטון. המאמר מומן על ידי Project CETI דרך Dalio Philanthropies and Ocean X, Sea Grape Foundation, Rosamund Zander/Hansjorg Wyss וכריס אנדרסון/Jacqueline Novogratz באמצעות The Audacious Project: יוזמת מימון שיתופית השוכנת ב-TED, עם תמיכה נוספת מה-JH ו- EV Wade Fund ב-MIT.
