Grâce à l'apprentissage automatique, les chercheurs du MIT CSAIL et du projet CETI ont révélé une structure complexe, semblable à un langage, dans la communication des cachalots avec des éléments combinatoires et sensibles au contexte. Crédit : Amanda Cotton
Des chercheurs de MITUtilisation du CSAIL et du projet CETI apprentissage automatique pour décoder «l'alphabet phonétique des cachalots», révélant des modèles de communication complexes, approfondissant notre compréhension des systèmes de langage animal.
Cette recherche, qui a analysé des milliers de codas de cachalots des Caraïbes, révèle un système de communication sophistiqué et structuré, remettant en question l'idée selon laquelle la communication complexe est propre aux humains. Ce travail fait non seulement progresser notre compréhension de la biologie marine, mais contribue également à des efforts de conservation plus larges et met en parallèle des études sur la communication extraterrestre.
Les baleines dans le mythe et la science
L’attrait des baleines alimente la conscience humaine depuis des millénaires, faisant de ces géants des océans des résidents énigmatiques des profondeurs marines. Du Léviathan biblique au formidable Moby Dick d'Herman Melville, les baleines ont joué un rôle central dans les mythologies et le folklore. Et même si la cétologie, ou science des baleines, a amélioré nos connaissances sur ces mammifères marins au cours du siècle dernier en particulier, l'étude des baleines reste un formidable défi.
Aujourd’hui, grâce à l’apprentissage automatique, nous sommes un peu plus près de comprendre ces gentils géants. Des chercheurs du Laboratoire d'informatique et d'intelligence artificielle du MIT (CSAIL) et du projet CETI (Cetacean Translation Initiative) ont récemment utilisé des algorithmes pour décoder « l'alphabet phonétique des cachalots », révélant des structures sophistiquées dans la communication des cachalots, semblables à la phonétique humaine et aux systèmes de communication d'autres espèces. animal espèces.
À la découverte de la communication avec les cachalots
Dans une nouvelle étude en libre accès publiée récemment dans la revue Communications naturellesla recherche montre que les codas des cachalots, ou les courtes rafales de clics qu'ils utilisent pour communiquer, varient considérablement en structure en fonction du contexte conversationnel, révélant un système de communication beaucoup plus complexe qu'on ne le pensait auparavant.
Le langage secret des cachalots, décodé. Crédit : MIT CSAIL
Neuf mille codas, collectées auprès de familles de cachalots des Caraïbes orientales observées par le Dominica Sperm Whale Project, se sont avérées un point de départ déterminant pour découvrir le système de communication complexe de ces créatures. Parallèlement à la mine d’or des données, l’équipe a utilisé un mélange d’algorithmes de reconnaissance et de classification des formes, ainsi que des équipements d’enregistrement sur le corps. Il s’est avéré que les communications entre cachalots n’étaient en effet pas aléatoires ou simplistes, mais plutôt structurées de manière complexe et combinatoire.
Aperçus du marquage acoustique
Les chercheurs ont identifié une sorte d’« alphabet phonétique de cachalot », dans lequel divers éléments que les chercheurs appellent « rythme », « tempo », « rubato » et « ornementation » interagissent pour former une vaste gamme de codas distinctes. Par exemple, les baleines moduleraient systématiquement certains aspects de leurs codas en fonction du contexte conversationnel, comme par exemple varier en douceur la durée des appels – rubato – ou ajouter des clics ornementaux supplémentaires. Mais plus remarquable encore, ils ont découvert que les éléments de base de ces codas pouvaient être combinés de manière combinatoire, permettant aux baleines de construire un vaste répertoire de vocalisations distinctes.
Les expériences ont été menées à l’aide de balises acoustiques de biologging (plus précisément appelées « balises D ») déployées sur des baleines du clan des Caraïbes orientales. Ces balises capturaient les détails complexes des schémas vocaux des baleines. En développant de nouvelles techniques de visualisation et d'analyse de données, les chercheurs du CSAIL ont découvert que les cachalots individuels pouvaient émettre divers modèles de coda lors de longs échanges, et pas seulement des répétitions de la même coda. Ces modèles, disent-ils, sont nuancés et incluent des variations fines que d’autres baleines produisent et reconnaissent également.
« Nos résultats indiquent la présence d'un contenu informationnel structuré et remettent également en question la croyance dominante parmi de nombreux linguistes selon laquelle la communication complexe est propre aux humains », explique Daniela Rus. « Nos prochaines étapes visent à déchiffrer le sens de ces communications et à explorer les corrélations au niveau sociétal entre ce qui est dit et les actions de groupe. » Crédit : Alex Shipps/MIT CSAIL
L'importance de la communication avec les baleines
« Nous nous aventurons dans l'inconnu pour déchiffrer les mystères de la communication entre les cachalots sans aucune donnée de vérité terrain préexistante », explique Daniela Rus, directrice du CSAIL et professeur de génie électrique et d'informatique (EECS) au MIT. « L'apprentissage automatique est important pour identifier les caractéristiques de leurs communications et prédire ce qu'ils diront ensuite.
« Nos résultats indiquent la présence d’un contenu informationnel structuré et remettent également en question la croyance dominante parmi de nombreux linguistes selon laquelle la communication complexe est propre aux humains. Il s’agit d’une étape vers la démonstration que d’autres espèces ont des niveaux de complexité de communication qui n’ont pas été identifiés jusqu’à présent, profondément liés au comportement. Nos prochaines étapes visent à déchiffrer le sens de ces communications et à explorer les corrélations au niveau sociétal entre ce qui est dit et les actions de groupe.
Chasse à la baleine
Les cachalots ont le plus gros cerveau parmi tous les animaux connus. Cela s'accompagne de comportements sociaux très complexes entre les familles et les groupes culturels, nécessitant une communication forte pour la coordination, en particulier dans des environnements sous pression comme la chasse en haute mer.
Les baleines doivent beaucoup à Roger Payne, ancien conseiller du projet CETI, biologiste des baleines, défenseur de l'environnement et MacArthur Fellow, qui a joué un rôle majeur dans l'élucidation de leur carrière musicale. Dans le noté 1971 Science Dans son article « Chants des baleines à bosse », Payne a documenté comment les baleines peuvent chanter. Son travail a ensuite catalysé le mouvement « Save the Whales », une initiative de conservation réussie et opportune.
« Les recherches de Roger mettent en évidence l'impact que la science peut avoir sur la société. Sa découverte que les baleines chantent a conduit à l'adoption de la loi sur la protection des mammifères marins et a contribué à sauver plusieurs espèces de baleines de l'extinction. Cette recherche interdisciplinaire nous rapproche désormais de la compréhension de ce que disent les cachalots », déclare David Gruber, directeur et fondateur du projet CETI et professeur distingué de biologie à la City University de New York.
Aujourd'hui, les prochaines recherches du CETI visent à déterminer si des éléments tels que le rythme, le tempo, l'ornementation et le rubato véhiculent des intentions de communication spécifiques, offrant potentiellement un aperçu de la « dualité de la structuration » — un phénomène linguistique où des éléments simples se combinent pour transmettre des significations complexes que l'on pensait auparavant uniques à langage humain.
Des extraterrestres parmi nous
« L’un des aspects intrigants de nos recherches est qu’elles sont parallèles au scénario hypothétique du contact avec des espèces exotiques. Il s'agit de comprendre une espèce avec un environnement et des protocoles de communication complètement différents, où leurs interactions sont nettement différentes des normes humaines », explique Pratyusha Sharma, doctorante au MIT à l'EECS, affiliée au CSAIL et auteur principal de l'étude. « Nous explorons comment interpréter les unités de base de signification dans leur communication. Il ne s’agit pas seulement d’enseigner aux animaux un sous-ensemble du langage humain, mais aussi de décoder un système de communication naturellement évolué dans le cadre de leurs contraintes biologiques et environnementales uniques. Essentiellement, nos travaux pourraient jeter les bases pour déchiffrer la manière dont une « civilisation extraterrestre » pourrait communiquer, en fournissant des informations sur la création d’algorithmes ou de systèmes permettant de comprendre des formes de communication totalement inconnues.
« De nombreuses espèces animales ont des répertoires de plusieurs signaux distincts, mais nous commençons seulement à découvrir dans quelle mesure elles combinent ces signaux pour créer de nouveaux messages », explique Robert Seyfarth, professeur émérite de psychologie à l'Université de Pennsylvanie qui n'a pas participé à l'étude. recherche.
« Les scientifiques s'intéressent particulièrement à savoir si les combinaisons de signaux varient en fonction du contexte social ou écologique dans lequel elles sont émises, et à savoir dans quelle mesure les combinaisons de signaux suivent des « règles » perceptibles et reconnues par les auditeurs. Le problème est particulièrement problématique dans le cas des mammifères marins, car les scientifiques ne peuvent généralement pas voir leurs sujets ni identifier de manière complète le contexte de communication. Néanmoins, cet article offre de nouveaux détails alléchants sur les combinaisons d’appels et les règles qui les sous-tendent chez les cachalots.
Aux côtés de Sharma, Rus et Gruber se trouvent deux autres chercheurs du MIT, tous deux chercheurs principaux du CSAIL et professeurs à l'EECS : Jacob Andreas et Antonio Torralba. Ils rejoignent Shane Gero, responsable de la biologie au CETI, fondateur du Dominica Sperm Whale Project et scientifique en résidence à l'Université Carleton. L'article a été financé par le projet CETI via Dalio Philanthropies et Ocean X, la Sea Grape Foundation, Rosamund Zander/Hansjorg Wyss et Chris Anderson/Jacqueline Novogratz via The Audacious Project : une initiative de financement collaborative hébergée à TED, avec le soutien supplémentaire de JH et Fonds EV Wade au MIT.
