Новый алгоритм классифицировал голоса дельфинов

Спектрограмма сигнала типа B

Hildebrand et al. / PLOS Computational Biology 2017

Американские биологи научили компьютер автоматически определять типы щелчков, которые используют для эхолокации некоторые виды морских млекопитающих. Для этого они проанализировали более 50 миллионов сигналов, записанных в районе Мексиканского залива. Алгоритм классификации сигналов подробно описан в статье, опубликованной в журналу PLOS Computational Biology.

Представители семейства дельфиновых используют высокочастотные эхолокационные звуки (щелчки) во время путешествий, охоты или для социализации. Обычно при анализе таких звуков их классифицируют вручную путем анализа спектрограммы сигналов, записанных при помощи подводных акустических сенсоров. Обычно количество звуков, записанное сенсорами, огромно, и такая классификация нуждается в автоматизации. 

Группа биологов под руководством Джона Хилдбранда (John A. Hildebrand) из Института океанологии Скриппс (Сан-Диего, Калифорния) проанализировали сигналы, записанные в течение двух лет в трех различных точках в районе Мексиканского залива. Всего в этом районе обитает 13 видов млекопитающих, принадлежащих семейству дельфиновых, среди которых серый дельфин (Grampus griseus), длиннорылый продельфин (Stenella longirostris) и косатка (Orcinus orca). Собрав данные, ученые проанализировали их с помощью разведочного анализа данных, классифицировав их по схожести в частоте и промежутке между щелчками. Так, им удалось определить семь типов звуков:

  • А: средняя пиковая частота — 27,1 килогерца, средний промежуток между щелчками — 0,15 секунды;
  • B: средняя пиковая частота — 33,2 килогерца, средний промежуток между щелчками — 0,12 секунды;
  • C: средняя пиковая частота —  21,7 килогерца, средний промежуток между щелчками — 0,12 секунды;
  • D: средняя пиковая частота — 42,2 килогерца, средний промежуток между щелчками — 0,035 секунды;
  • E: средняя пиковая частота — 32,3 килогерца, средний промежуток между щелчками — 0,06 секунды;
  • F: средняя пиковая частота — 30,3 килогерца, средний промежуток между щелчками — 0,06 секунды;
  • G: средняя пиковая частота — 36,5 килогерца, средний промежуток между щелчками — 0,03 секунды.
Использовав полученную систему классификации, ученые также смогли определить территориальное распространение каждого типа сигналов из обучающей выборки. Так, например, сигналы типа C были обнаружены только на глубоководье, а сигналы типа F составляли около половины (47 процентов) выборки и были зафиксированы на всех пяти изученных территориях. Кроме того, на основе ранее опубликованной работы ученым удалось отнести сигналы типа B к одному определенному виду дельфиновых — серому дельфину (Grampus griseus). Что касается остальных видов сигналов, то их принадлежность еще предстоит выяснить.

Авторы работы отмечают, что такая автоматическая классификация может во многом облегчить работу океанологов по мониторингу морских млекопитающих.

Способность к эхолокации также присутствует у незрячих людей, однако достоверно ее существование подтвердили только недавно: сейчас ученые работают над изучением подробной классификации производимых звуков.

Елизавета Ивтушок

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.