I ricercatori rivelano complessi modelli di comunicazione nei capodogli, approfondendo la comprensione dei sistemi linguistici degli animali
I capodogli (Physeter macrocephalus) sono mammiferi altamente sociali che comunicano utilizzando sequenze di chiamate. Mentre è stato dimostrato che un sottoinsieme di codici codifica informazioni sull'identità del chiamante, quasi tutto il resto del sistema di comunicazione del capodoglio, inclusa la sua struttura e la capacità di trasportare informazioni, rimane sconosciuto.
Ora, grazie all'apprendimento automatico, siamo un po' più vicini a comprendere questi giganti buoni. I ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT), del Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) e del Project CETI (Cetacean Translation Initiative) hanno recentemente utilizzato algoritmi per decodificare l’ “alfabeto fonetico del capodoglio”, rivelando strutture sofisticate nella comunicazione dei capodogli simili alla fonetica umana e ai sistemi di comunicazione in altre specie di animali.
In un nuovo studio, pubblicato su Nature Communications (1), la ricerca mostra che le comunicazioni dei capodogli, o brevi sequenze di sibili che usano per comunicare, variano in modo significativo nella struttura a seconda del contesto conversazionale, rivelando un sistema molto più intricato di quanto si pensasse in precedenza.
Novemila sequenze, raccolte dalle famiglie di capodogli dei Caraibi orientali osservate dal Dominica Sperm Whale Project, si sono rivelate un punto di partenza determinante per scoprire il complesso sistema di comunicazione delle creature. Oltre all'imponente mole di dati, il team ha utilizzato un mix di algoritmi per il riconoscimento e la classificazione dei modelli, nonché apparecchiature di registrazione sul corpo. Si è scoperto che le comunicazioni dei capodogli non erano infatti casuali o semplicistiche, ma piuttosto strutturate in modo complesso e combinatorio.
I ricercatori hanno identificato una sorta di “alfabeto fonetico del capodoglio”, in cui vari elementi che i ricercatori chiamano “ritmo”, “tempo”, “rubato” e “ornamento” interagiscono per formare una vasta gamma di sequenze distinguibili. Ad esempio, le balene modulano sistematicamente alcuni aspetti delle loro comunicazioni in base al contesto della conversazione, come variare gradualmente la durata dei richiami (rubato) o aggiungere ulteriori clic ornamentali. Ma cosa ancora più notevole, hanno scoperto che gli elementi costitutivi di base di queste comunicazioni potevano essere combinati in modo combinatorio, consentendo alle balene di costruire un vasto repertorio di vocalizzazioni distinte.
Gli esperimenti sono stati condotti utilizzando tag acustici di bio-registrazione (in particolare un dispositivo chiamato “D-tag”) distribuiti sulle balene del gruppo dei Caraibi orientali. Questi tag hanno catturato gli intricati dettagli degli schemi vocali delle balene. Sviluppando nuove tecniche di visualizzazione e analisi dei dati, i ricercatori del CSAIL hanno scoperto che i singoli capodogli potevano emettere vari modelli di comunicazione in lunghi scambi, non solo ripetizioni della stessa comunicazione. Questi modelli, dicono, sono sfumati e includono variazioni a grana fine che anche altre balene producono e riconoscono.
La dottoressa Daniela Rus (2), direttrice del CSAIL (electrical engineering and computer science) e professoressa di ingegneria elettrica e informatica (EECS) al MIT, spiega: «Ci stiamo avventurando nell'ignoto, per decifrare i misteri della comunicazione dei capodogli senza alcun dato di verità preesistente. L’utilizzo dell’apprendimento automatico è importante per identificare le caratteristiche delle loro comunicazioni e prevedere cosa diranno dopo. I nostri risultati indicano la presenza di contenuti informativi strutturati e sfidano anche la convinzione prevalente tra molti linguisti secondo cui la comunicazione complessa è unica per gli esseri umani. Questo è un passo avanti verso la dimostrazione che altre specie hanno livelli di complessità comunicativa che non sono stati ancora identificati, profondamente legati al comportamento. I nostri prossimi passi mirano a decifrare il significato dietro queste comunicazioni ed esplorare le correlazioni a livello sociale tra ciò che viene detto e le azioni del gruppo».
Caccia alle balene
I capodogli hanno il cervello più grande tra tutti gli animali conosciuti. Ciò è accompagnato da comportamenti sociali molto complessi tra famiglie e gruppi culturali, che richiedono una forte comunicazione per il coordinamento, soprattutto in ambienti pressurizzati come la caccia in acque profonde.
Le balene devono molto al dottor Roger Payne, ex consulente del progetto CETI, biologo delle balene, ambientalista e MacArthur Fellow, che fu una figura importante nel chiarire le loro carriere musicali. Nel noto articolo di Science del 1971 “Songs of Humpback Whales” (3), Payne ha documentato come le balene possono cantare. Il suo lavoro ha poi catalizzato il movimento “Save the Whales”, un’iniziativa di conservazione tempestiva e di successo.
«La ricerca di Roger evidenzia l'impatto che la scienza può avere sulla società. La sua scoperta che le balene cantano portò alla legge sulla protezione dei mammiferi marini e contribuì a salvare diverse specie di balene dall'estinzione. Questa ricerca interdisciplinare ci porta ora un passo avanti verso la conoscenza di cosa dicono i capodogli», afferma il dottor David Gruber (4), capo e fondatore del progetto CETI e illustre professore di biologia presso la City University di New York.
Oggi, la prossima ricerca del CETI mira a discernere se elementi come “ritmo”, “tempo”, “ornamenti” e “rubato” portino specifici intenti comunicativi, fornendo potenzialmente intuizioni sulla “dualità del modello” – un fenomeno linguistico in cui elementi semplici si combinano per trasmettere significati complessi precedentemente ritenuti unici per il linguaggio umano.
Alieni tra noi
«Uno degli aspetti intriganti della nostra ricerca è che è parallela allo scenario ipotetico del contatto con specie aliene. Si tratta di comprendere una specie con un ambiente e protocolli di comunicazione completamente diversi, dove le loro interazioni sono nettamente diverse dalle norme umane», afferma Pratyusha Sharma (5), studente di dottorato del MIT in EECS, affiliato CSAIL, e autore principale dello studio. «Stiamo esplorando come interpretare le unità di significato di base nella loro comunicazione. Non si tratta solo di insegnare agli animali un sottoinsieme del linguaggio umano, ma di decodificare un sistema di comunicazione naturalmente evoluto entro i loro vincoli biologici e ambientali unici. In sostanza, il nostro lavoro potrebbe gettare le basi per decifrare come una “civiltà aliena” potrebbe comunicare, fornendo spunti per creare algoritmi o sistemi per comprendere forme di comunicazione del tutto sconosciute».
«Molte specie animali hanno repertori di diversi segnali distinti, ma stiamo solo iniziando a scoprire fino a che punto combinano questi segnali per creare nuovi messaggi», afferma Robert Seyfarth (6), professore emerito di psicologia dell'University of Pennsylvania che non è stato coinvolto nello studio. «Gli scienziati sono particolarmente interessati a sapere se le combinazioni di segnali variano a seconda del contesto sociale o ecologico in cui vengono fornite, e in che misura le combinazioni di segnali seguono 'regole' riconoscibili dagli ascoltatori. Il problema è particolarmente impegnativo nel caso dei mammiferi marini, perché gli scienziati solitamente non riescono a vedere i loro soggetti o a identificare in completo dettaglio il contesto della comunicazione. Ciononostante, questo articolo offre dettagli nuovi e allettanti sulle combinazioni di richiami e sulle regole che ne sono alla base nei capodogli».
Insieme a Sharma, Rus e Gruber ci sono altri due del MIT, entrambi ricercatori principali del CSAIL e professori di EECS: Jacob Andreas e Antonio Torralba. Si uniscono a Shane Gero, responsabile della biologia presso il CETI, fondatore del Dominica Sperm Whale Project e scienziato residente presso la Carleton University. Il documento è stato finanziato dal Progetto CETI tramite Dalio Philanthropies e Ocean X, Sea Grape Foundation, Rosamund Zander/Hansjorg Wyss e Chris Anderson/Jacqueline Novogratz attraverso The Audacious Project: un'iniziativa di finanziamento collaborativo ospitata presso TED, con ulteriore supporto da parte di JH e Fondo EV Wade al MIT.
Riferimenti:
(2) Daniela Rus
(4) David Gruber
(5) Pratyusha Sharma
(6) Robert Seyfarth
Descrizione foto: Utilizzando l'apprendimento automatico, i ricercatori del MIT CSAIL e del progetto CETI hanno rivelato una struttura complessa, simile al linguaggio, nella comunicazione dei capodogli con elementi combinatori e sensibili al contesto. - Credit: Amanda Cotton.