Слова, которые спасают: Как нейросети помогают диалогу с морскими животными

‌‌‌‌‌‌В условиях кризиса экосистем инженеры и ученые объединяют усилия, чтобы расшифровать слова животных. Они надеются, что по-настоящему прислушиваясь к природе, люди примут решение о ее защите.

‌‌До того как Мишель Фурне (MICHELLE FOURNET) в двадцать с небольшим лет по собственной прихоти переехала на Аляску, она никогда не видела китов. Она устроилась на судно для наблюдения за китами и каждый день, выходя на воду, смотрела на грандиозные формы, движущиеся в океане. Девушка поняла, что вся ее жизнь была связана с миром природы, а она его не замечала. "Я даже не знала, что мне этого не хватает", - вспоминает она.

Позже, став аспиранткой по морской биологии, Фурне задумалась о том, чего еще ей не хватает. Горбачи, с которыми она знакомилась, открывались ей лишь мельком. А что, если бы она могла услышать, о чем они говорят? Она опустила гидрофон в воду, но единственным звуком, который доносился до нее, была механическая возня лодок. Киты затихли среди шума.

В то время как Фурне открывала природу, она была свидетелем того, как она исчезала. Она решила помочь китам. Для этого ей нужно было научиться их слушать.‌‌Фурне, ныне профессор Университета Нью-Гэмпшира и руководитель группы ученых, занимающихся охраной природы, потратила последние десять лет на составление каталога различных щебетов, криков и стонов, которые горбачи издают в повседневной жизни.

У китов огромный и разнообразный словарный запас, но есть одна вещь, которую говорят все они, будь то самцы или самки, молодые или старые. Для нашего скудного человеческого слуха это звучит как урчание живота, пробиваемое капельками воды: whup.‌‌Фурне считает, что таким образом киты сообщают друг другу о своем присутствии. Это способ сказать: "Я здесь".

В прошлом году в рамках серии экспериментов по проверке своей теории Фурне отправилась на ялике во Фредерик-Саунд на Аляске, где горбатые киты собираются, чтобы покормиться облаками криля. Она передавала в эфир последовательность сигналов "вауп" и записывала, что киты делают в ответ. Затем, вернувшись на берег, она надела наушники и прослушала звук. Ее призывы пропали. Голоса китов снова зазвучали сквозь воду: "уп, уп, уп". Фурне описывает это так: Киты услышали голос, который сказал: "Я есть, я здесь, я - это я". И они ответили: "Я тоже есть, я здесь, я - это я".‌‌

Биологи используют этот тип эксперимента, называемый воспроизведением, для изучения того, что побуждает животное говорить. До сих пор в воспроизведении Фурне использовала записи настоящих каланов. Однако этот метод несовершенен, поскольку горбатые киты очень внимательно следят за тем, с кем они разговаривают. Если кит узнает голос кита в записи, как это повлияет на его реакцию? Будет ли он разговаривать с приятелем иначе, чем с незнакомцем? Как биологу убедиться в том, что он посылает нейтральный сигнал?‌‌Один из ответов - создать свой собственный. Фурне поделилась своим каталогом призывов с проектом Earth Species Project - группой технологов и инженеров, которые с помощью искусственного интеллекта стремятся создать синтетический "горбач". При этом они планируют не просто имитировать голос горбача. Задача некоммерческой организации - открыть человеку доступ к разговорам всего животного мира. По их мнению, через 30 лет документальные фильмы о природе не будут нуждаться в успокаивающем повествовании в стиле Аттенборо, поскольку диалог животных на экране будет сопровождаться субтитрами. И точно так же, как сегодня инженерам не нужно знать мандаринский или турецкий языки, чтобы создать чат-бота на этих языках, вскоре можно будет создать такой бот, который будет говорить на языке горбачей, колибри, летучих мышей или пчел.‌‌Идея "расшифровки" общения животных смелая и, возможно, невероятная, но время кризиса требует смелых и невероятных мер. Повсюду, где есть человек, а он есть везде, исчезают животные. По одной из оценок, за последние 50 лет популяции диких животных на всей планете сократились в среднем почти на 70% - и это только та часть проблемы, которую удалось измерить ученым. Тысячи видов могут исчезнуть, и человек о них даже не узнает.

‌‌Для того чтобы развивать экономику и сохранять экосистемы, нам, конечно, не нужно разговаривать с животными. Но чем больше мы знаем о жизни других существ, тем лучше мы можем заботиться об их жизни. А люди, будучи людьми, больше внимания уделяют тем, кто говорит на нашем языке.

Взаимодействие, которое Earth Species хочет сделать возможным, - говорит Фурне, - помогает обществу, оторванному от природы, воссоединиться с ней".  Лучшие технологии дают человеку возможность более полно ощутить мир. В этом смысле общение с животными может стать наиболее естественным ее применением.

‌‌Люди всегда умели слушать другие виды животных. Рыбаки на протяжении всей истории человечества сотрудничали с китами и дельфинами ради взаимной выгоды: рыба для них, рыба для нас. Известно, что в XIX веке в Австралии стая косаток загоняла китов-убийц в бухту рядом с поселением китобоев, а затем махала хвостом, предупреждая людей, чтобы они приготовили гарпуны. (В обмен на помощь косатки первыми получали свои любимые угощения - губы и язык).

Тем временем в ледяных водах Гренландии инупиаты перед охотой слушали и разговаривали с гренландскими китами. Как пишет историк экологии Батшеба Демут в своей книге "Плавучий берег. Инупиаты воспринимали китов как соседей, занимающих "свою собственную страну", которые иногда решали отдать свою жизнь человеку - если человек этого заслуживал.‌‌Коммерческие китобои придерживались иного подхода. Они рассматривали китов как плавающие контейнеры с жиром и усами. Китобойный промысел в США в середине XIX века, а затем и мировой китобойный промысел в следующем столетии практически уничтожили несколько видов животных, что привело к одной из крупнейших в истории человечества трагедии дикой природы. В 1960-х годах было убито 700 000 китов, что стало пиком гибели китообразных.

Затем произошло нечто удивительное: мы услышали пение китов. Во время поездки на Бермудские острова биологи Роджер и Кэти Пейн познакомились с американским военно-морским инженером Фрэнком Уотлингтоном, который передал им сделанные им записи странных мелодий, сделанные глубоко под водой. На протяжении столетий моряки рассказывали истории о жутких песнях, доносящихся из деревянных корпусов их лодок, но что это было - чудовища или сирены, они не знали. Уотлингтон решил, что эти звуки издают горбатые киты. "Идите и спасите их", - сказал он Пейнам. Они так и сделали, выпустив альбом "Песни горбатых китов", который сделал этих поющих китов знаменитыми.

Вскоре после этого началось движение за спасение китов. В 1972 году в США был принят Закон о защите морских млекопитающих, а в 1986 году Международная китобойная комиссия запретила коммерческий китобойный промысел. Всего за два десятилетия киты превратились в глазах общественности в когнитивно сложных и нежных морских гигантов.

‌‌Роджер Пейн, скончавшийся в начале этого года, часто говорил о том, что чем больше общественность узнает "любопытных и увлекательных вещей" о китах, тем больше людей будет заботиться о том, что с ними происходит. По его мнению, наука сама по себе никогда не изменит мир, потому что люди реагируют не на данные, а на эмоции - на то, что заставляет их плакать от благоговения или дрожать от восторга. Он выступал за туризм в дикой природе, зоопарки и шоу дельфинов в неволе. По его мнению, каким бы компромиссным ни было обращение с отдельными животными в этих местах, вымирание вида гораздо хуже.

С тех пор защитники природы придерживаются идеи, что контакт с животными может их спасти.

‌‌Исходя из этой предпосылки, организация Earth Species делает творческий скачок в сторону того, что ИИ может помочь нам установить первый контакт с животными. Основатели организации, Аза Раскин и Бритт Селвителл, - архитекторы нашей цифровой эпохи. Раскин вырос в Кремниевой долине; его отец в 1970-х годах начинал проект Apple Macintosh. В начале своей карьеры Раскин участвовал в создании браузера Firefox, а в 2006 г. он создал бесконечную прокрутку - возможно, самое большое и сомнительное его наследие. Раскаиваясь, он позже подсчитал количество человеко-часов, потраченных впустую на его изобретение, и получил цифру, превышающую100 000 жизней.

‌‌Раскин иногда проводил время в стартапе под названием Twitter, где он познакомился с Сельвителлой, одним из основателей компании. Они продолжали общаться. В 2013 году Раскин услышал по радио репортаж об обезьянах гелада в Эфиопии, общение которых было похоже на человеческую речь. Более того, ведущий ученый иногда слышал голос, обращающийся к нему, оборачивался и с удивлением обнаруживал там обезьяну. Интервьюер спросил, есть ли способ узнать, что они пытаются сказать.

Такого способа не было, но Раскин задался вопросом, можно ли найти ответ с помощью машинного обучения. Он поделился этой идеей с Сельвителлой, который интересовался вопросами защиты животных.‌‌Какое-то время эта идея оставалась просто идеей.

Затем, в 2017 году, новое исследование показало, что машины могут переводить с одного языка на другой без предварительного изучения двуязычных текстов. Google Translate всегда имитировал работу человека со словарем, только быстрее и в больших масштабах.

Однако новые методы машинного обучения полностью исключают семантику. Они рассматривают языки как геометрические фигуры и определяют, где эти фигуры пересекаются. Если машина может перевести любой язык на английский без необходимости его понимания, подумал Раскин, то сможет ли она сделать то же самое с покачиванием обезьяны Хелады, инфразвуком слона или танцем пчелы?

Через год Раскин и Сельвителл создали компанию Earth Species.‌‌ Раскин считает, что возможность подслушивать животных станет стимулом для смены парадигмы, столь же исторически значимой, как революция Коперника.

Он любит говорить, что "ИИ - это изобретение современной оптики". Под этим он подразумевает, что подобно тому, как усовершенствование телескопа позволило астрономам XVII века воспринимать вновь открытые звезды и окончательно сместило Землю из центра космоса, ИИ поможет ученым услышать то, что не могут услышать только их уши: что животные говорят осмысленно, причем гораздо чаще, чем мы можем себе представить. Что их способности и их жизни так же велики, как и наши. "На этот раз мы посмотрим на Вселенную и обнаружим, что человечество не является ее центром", - говорит Раскин.‌‌Первые несколько лет Раскин и Селвителл встречались с биологами и участвовали в полевых исследованиях.

Вскоре они поняли, что самая очевидная и насущная потребность, стоящая перед ними, - это не разжигание революции. Речь идет о сортировке данных. Два десятилетия назад исследовательница приматов стояла под деревом и держала в воздухе микрофон до тех пор, пока у нее не уставала рука. Теперь исследователи могут прикрепить к дереву портативный биолокатор и собирать непрерывный поток аудиоданных в течение года. Полученные в результате многие терабайты данных - это больше, чем может надеяться освоить любая армия аспирантов. Но если предоставить весь этот материал обученным алгоритмам машинного обучения, компьютер может просканировать данные и выделить крики животных. Он может отличить шум от свиста. Он сможет отличить голос гиббона от голоса его собрата. По крайней мере, на это есть надежда.

Эти инструменты нуждаются в дополнительных данных, исследованиях и финансировании. В компании Earth Species работают 15 человек, а бюджет составляет несколько миллионов долларов. Они объединились с несколькими десятками биологов, чтобы добиться прогресса в решении этих практических задач.‌‌Один из первых проектов позволяет решить одну из самых больших проблем в исследовании коммуникации животных, известную как проблема  вечеринки: когда группа животных разговаривает друг с другом, как определить, кто что говорит? В открытом море многотысячные стаи дельфинов переговариваются одновременно, и ученые, записывая их, получают звук, насыщенный свистом и щелчками, как аплодисменты на стадионе. По словам Лаэлы Сайиг, эксперта по дельфиньим свистам, даже звук двух или трех животных зачастую бесполезен, поскольку невозможно определить, где один дельфин прекращает говорить, а где начинает другой. (Видео не помогает, поскольку дельфины не открывают рот, когда говорят). Компания Earth Species использовала обширную базу данных Саига по характерным свистам тех, которые сравниваются с именами - для разработки нейросетевой модели, которая могла бы различать перекрывающиеся голоса животных. Эта модель оказалась полезной только в лабораторных условиях, но исследования следует продолжить. Спустя несколько месяцев компания Google AI опубликовала модель для разгадывания пения диких птиц.

Саиг предложила инструмент, который может служить средством экстренного оповещения о массовых выбросах дельфинов на берег, которые часто повторяются в определенных местах земного шара. Она живет в Кейп-Коде (штат Массачусетс) - одной из таких "горячих точек", где не менее десятка раз в год группы дельфинов дезориентируются, случайно выплывают на берег и погибают. К счастью, возможно, существует способ предсказать это еще до того, как это произойдет, считает Саиг. По ее предположению, когда дельфины испытывают стресс, они издают характерные свисты чаще, чем обычно, подобно тому, как человек, заблудившийся в метель, может в панике кричать. Компьютер, обученный распознавать эти свисты, может послать сигнал тревоги, который подскажет спасателям, куда направить дельфинов, прежде чем они выйдут на берег. В Салишском море, где в 2018 году мать-косатка, буксирующая тело своего голодного детеныша, вызвала всеобщее сочувствие, существует система оповещения, созданная Google AI, которая прослушивает косаток и направляет суда в сторону от их пути.

Для исследователей и защитников природы возможности применения машинного обучения практически безграничны. И Earth Species - не единственная группа, работающая над расшифровкой коммуникации животных. Последние месяцы своей жизни Пейн консультировал Project CETI, некоммерческую организацию, которая в этом году построила базу на Доминике для изучения общения кашалотов. "Только представьте себе, что было бы возможно, если бы мы понимали, что говорят животные друг другу; что занимает их мысли; что они любят, боятся, желают, избегают, ненавидят, чем заинтригованы и дорожат", - писал он в журнале Time . в июне.

Многие из инструментов, разработанных на сегодняшний день компанией Earth Species, являются скорее базовыми, чем полезными. Тем не менее, в этой зарождающейся области много оптимизма. Как сказали мне несколько биологов, при наличии достаточных ресурсов декодирование вполне достижимо с научной точки зрения. Но это только начало. Настоящая надежда - преодолеть пропасть в понимании между опытом животных и нашим, какой бы широкой или узкой она ни была.

По материалам https://www.wired.com/