جذابیت نهنگ ها برای هزاران سال، آگاهی انسان را مجذوب خود کرده است و این غول های اقیانوسی را به عنوان ساکنان مرموز اعماق دریاها به تصویر می کشد. از لویاتان کتاب مقدس تا موبی دیک ترسناک هرمان ملویل، نهنگ ها در اساطیر و فولکلور مرکزی هستند. و در حالی که سیتولوژی یا علم نهنگ ها دانش ما را در مورد این پستانداران دریایی به ویژه در قرن گذشته بهبود بخشیده است، مطالعه نهنگ ها همچنان یک چالش بزرگ است.

اکنون، به لطف یادگیری ماشینی، ما کمی به درک این غول های مهربان نزدیک شده ایم. محققان در آزمایشگاه علوم کامپیوتر و هوش مصنوعی MIT (CSAIL) و پروژه CETI (ابتکار ترجمه سیتاس) اخیراً از الگوریتم‌هایی برای رمزگشایی «الفبای آوایی نهنگ اسپرم» استفاده کرده‌اند که ساختارهای پیچیده‌ای را در ارتباطات نهنگ اسپرم شبیه به آوایی و سیستم‌های ارتباطی انسان نشان می‌دهد. در سایر گونه های جانوری

که در مطالعه دسترسی آزاد جدید منتشر شده در ارتباطات طبیعتتحقیقات نشان می‌دهد که کدهای نهنگ‌های اسپرم، یا فوران کوتاه کلیک‌هایی که برای برقراری ارتباط استفاده می‌کنند، بسته به زمینه مکالمه، ساختار بسیار متفاوتی دارند و سیستم ارتباطی بسیار پیچیده‌تر از آنچه قبلاً درک می‌شد، آشکار می‌کنند.

نه هزار کدا جمع‌آوری‌شده از خانواده‌های نهنگ‌های اسپرم در شرق کارائیب که توسط پروژه نهنگ اسپرم دومینیکا نظارت می‌شوند، نقطه شروعی ابزاری در کشف سیستم ارتباطی پیچیده موجودات بوده است. همراه با معدن طلای داده، تیم از ترکیبی از الگوریتم‌های تشخیص الگو و طبقه‌بندی و همچنین تجهیزات ضبط بدن استفاده کرد. معلوم شد که ارتباطات نهنگ اسپرم در واقع تصادفی یا ساده نیست، بلکه ساختاری پیچیده و ترکیبی دارد.

محققان نوعی «الفبای آوایی اسپرم» را شناسایی کردند که در آن عناصر مختلفی که محققان آن را «ریتم»، «تمپو»، «روباتو» و «زیورآلات» می‌نامند، با یکدیگر تعامل دارند تا مجموعه‌ای از کدهای قابل تشخیص را تشکیل دهند. به عنوان مثال، نهنگ ها به طور سیستماتیک جنبه های خاصی از کدهای خود را بر اساس زمینه تماس تغییر می دهند، مانند تغییر آرام مدت زمان تماس ها – روباتو – یا اضافه کردن کلیک های تزئینی اضافی. اما حتی قابل توجه تر، آنها دریافتند که بلوک های سازنده اصلی این کدها را می توان به روشی ترکیبی با هم ترکیب کرد و به نهنگ ها اجازه ساخت مجموعه عظیمی از صداهای مختلف را داد.

آزمایش‌ها با استفاده از برچسب‌های ثبت زیستی صوتی (مخصوصاً چیزی به نام «تگ‌های D») روی نهنگ‌های کارائیب شرقی انجام شد. این برچسب ها جزئیات پیچیده الگوهای صوتی نهنگ ها را به تصویر می کشد. با توسعه تکنیک‌های تجسم و تجزیه و تحلیل داده‌های جدید، محققان CSAIL کشف کردند که نهنگ‌های اسپرم منفرد می‌توانند الگوهای کد متفاوتی را در مبادلات طولانی منتشر کنند، نه فقط تکرار یک کد. آنها می گویند که این الگوها دارای تفاوت های ظریف هستند و شامل تغییرات ظریفی هستند که نهنگ های دیگر نیز تولید و تشخیص می دهند.

دانیلا روس، مدیر CSAIL و استاد مهندسی برق و علوم کامپیوتر (EECS) در MIT، می‌گوید: «ما در حال جسارت به سوی ناشناخته‌ها هستیم تا اسرار ارتباط نهنگ‌های اسپرم را بدون هیچ داده‌ای از پیش موجود حقیقت زمینی کشف کنیم. استفاده از یادگیری ماشین برای شناسایی ویژگی‌های ارتباطات آنها و پیش‌بینی آنچه در آینده می‌گویند مهم است. یافته‌های ما وجود محتوای اطلاعاتی ساختاریافته را نشان می‌دهد و همچنین این باور رایج در میان بسیاری از زبان‌شناسان مبنی بر اینکه ارتباطات پیچیده منحصر به انسان است را به چالش می‌کشد. این گامی به سوی نشان دادن این موضوع است که گونه‌های دیگر قبلاً سطوح ناشناخته‌ای از پیچیدگی ارتباط را دارند که عمیقاً با رفتار مرتبط است. هدف گام‌های بعدی ما رمزگشایی معنای پشت این ارتباطات و بررسی همبستگی‌های سطح اجتماعی بین آنچه گفته می‌شود و اقدامات گروهی است.”

نهنگ در اطراف

نهنگ‌های اسپرم بزرگ‌ترین مغز را در بین حیوانات شناخته شده دارند. این امر با رفتار اجتماعی بسیار پیچیده بین خانواده ها و گروه های فرهنگی همراه است که به ارتباط قوی برای هماهنگی به ویژه در محیط های تحت فشار مانند شکار در آب های عمیق نیاز دارد.

نهنگ ها مدیون راجر پین، مشاور سابق پروژه CETI، زیست شناس نهنگ، حافظ محیط زیست و همکار مک آرتور هستند که شخصیت اصلی در شکل دادن به حرفه موسیقی آنها بود. در سال جشن گرفته شده 1971 علوم پایه مقاله “آهنگ های نهنگ عنبرپین مستند می کند که نهنگ ها چگونه می توانند آواز بخوانند. کار او بعداً جنبش Save the Whales را تسریع کرد، یک ابتکار موفق و به موقع حفاظت.

«تحقیق راجر تأثیر علم بر جامعه را برجسته می‌کند. کشف او که نهنگ ها آواز می خوانند منجر به قانون حفاظت از پستانداران دریایی شد و به نجات چندین گونه نهنگ از انقراض کمک کرد. دیوید گروبر، رهبر پروژه CETI و بنیانگذار و استاد برجسته زیست شناسی در دانشگاه سیتی نیویورک، گفت: این تحقیقات بین رشته ای اکنون ما را یک قدم به درک آنچه نهنگ های اسپرم می گویند نزدیک می کند.

امروزه، تحقیقات آتی CETI با هدف درک اینکه آیا عناصری مانند ریتم، تمپو، تزیینات و روباتو دارای مقاصد ارتباطی خاصی هستند یا خیر، به طور بالقوه بینش هایی را در مورد “دوگانگی الگوی” ارائه می دهد، یک پدیده زبانی که در آن عناصر ساده ترکیب می شوند تا معانی پیچیده ای را که قبلاً تصور می شد منتقل کنند. منحصر به فرد برای زبان انسان

بیگانگان در میان ما

یکی از جنبه‌های جالب مطالعه ما این است که سناریوی فرضی تماس با گونه‌های بیگانه را موازی می‌کند. پراتیوشا شارما، دانشجوی دکترای MIT در EECS، وابسته به CSAIL و نویسنده اصلی این مطالعه، گفت: درک گونه‌هایی با محیط و پروتکل‌های ارتباطی کاملاً متفاوت که در آن تعاملات آنها بسیار متفاوت از هنجارهای انسانی است. ما مطالعه می کنیم که چگونه واحدهای اساسی معنا را در ارتباطات آنها تفسیر کنیم. این فقط در مورد آموزش زیرمجموعه ای از زبان انسان به حیوانات نیست، بلکه در مورد رمزگشایی یک سیستم ارتباطی تکامل یافته طبیعی در محدودیت های بیولوژیکی و زیست محیطی منحصر به فرد آنها است. در اصل، کار ما می‌تواند زمینه را برای رمزگشایی چگونگی ارتباط یک «تمدن بیگانه» فراهم کند، و بینش‌هایی را برای ایجاد الگوریتم‌ها یا سیستم‌هایی برای درک اشکال کاملاً ناشناخته ارتباط فراهم کند.

رابرت سیفارت، استاد بازنشسته روانشناسی در دانشگاه پنسیلوانیا، که در این زمینه نقشی نداشت، گفت: «بسیاری از گونه‌های جانوری دارای چندین سیگنال مختلف هستند، اما ما تازه در حال کشف میزان ترکیب این سیگنال‌ها برای ایجاد پیام‌های جدید هستیم.» در تحقیق “دانشمندان به ویژه به این موضوع علاقه مند هستند که آیا ترکیب های سیگنال با توجه به زمینه اجتماعی یا زیست محیطی که در آن داده می شود متفاوت است یا خیر، و اینکه تا چه حد ترکیب های سیگنال از “قوانین” قابل تشخیصی پیروی می کنند که توسط شنوندگان تشخیص داده می شود. این مشکل به ویژه در مورد پستانداران دریایی دشوار است، زیرا دانشمندان معمولاً نمی توانند موضوعات خود را ببینند یا با جزئیات کامل زمینه ارتباط را شناسایی کنند. با این وجود، این مقاله جزئیات جدید و وسوسه انگیزی در مورد ترکیبات تماس و قوانین زیربنایی آنها در نهنگ های اسپرم ارائه می دهد.

به شارما، راس و گروبر دو نفر دیگر از MIT، هر دو محقق اصلی CSAIL و اساتید EECS، پیوستند: یاکوب آندریاس و آنتونیو تورالبا. آنها به شین گرو، رئیس زیست شناسی در CETI، بنیانگذار پروژه نهنگ اسپرم دومینیکا و دانشمند مقیم دانشگاه کارلتون می پیوندند. این مقاله توسط Project CETI از طریق Dalio Philanthropies و Ocean X، بنیاد Sea Grape، Rosamund Zander/Hansjorg Wyss و Chris Anderson/Jacqueline Novogratz از طریق The Audacious Project: یک طرح سرمایه گذاری مشترک میزبانی شده در TED، با حمایت اضافی از JH و EV تامین شد. وید فاند در MIT