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人工智能破解社交行為中小鼠的“竊竊私語”
動物個體之間正常的社會交往有利于形成穩(wěn)定的社會網(wǎng)絡(luò),，對個體的生存和種族的繁衍有重要意義。社會行為包括動物之間動態(tài),、復(fù)雜的社交,，這可以促進群體內(nèi)的合作或競爭。
動物通過視覺,、嗅覺,、聽覺、聲音等多個方面完成社交行為,，其中聲音具有重要作用,，它可以警告種群內(nèi)其他動物成員規(guī)避掠食者，也可以作為求偶時的一種信號,。
科研人員利用小鼠作為模型系統(tǒng),，已經(jīng)在社交行為的神經(jīng)生物學(xué)以及復(fù)雜的社交群體中的行為等方面取得重要進展。
小鼠是群居動物,，會伴隨著超聲波發(fā)聲（USV）參與多種行為,。研究表明小鼠更加愿意接近能夠發(fā)聲的同類,，它們不喜歡和啞巴一起玩。
盡管在社交中USV起到溝通的作用,，但尚無直接證據(jù)將發(fā)聲模式與特定的社會行為進行直接聯(lián)系,。
2020年3月美國特拉華大學(xué)心理與腦科學(xué)研究所Joshua P. Neunuebel?研究團隊在Nature Neuroscience雜志上發(fā)表文章揭示了運用深度學(xué)習(xí)的方式證實了上述聯(lián)系：不同社交行為下小鼠的發(fā)聲模式，揭示了小鼠在不同的社交行為的“竊竊私語”,，對鼠語進行翻譯,。
不同物種之所以會形成不同的聽力范圍，小鼠聽力頻率范圍：4K-100K HZ, 人的聽力范圍為20-20000HZ,，所以對人類來說很小的聲音對小鼠就是很大聲了,因此在進行動物實驗時需要注意了,，否則影響你的行為學(xué)結(jié)果。
在研究發(fā)聲和社交行為的關(guān)聯(lián),，還是存在一些困難的,，科研人員需要解決這些技術(shù)問題才能更好的開展工作。
首先,，需要準(zhǔn)確的識別在社交行為中哪只小鼠進行發(fā)聲,，并追蹤社交行為。其次,，對不同社交行為的發(fā)聲模式進行分類,，這就需要一種系統(tǒng)、客觀,、無偏倚的方法,。后，同時也要注意到在動物社群中,，并不是一只,，而是很多只一起，因此需要開發(fā)高通量檢測的方法同時檢測多只小鼠的社交行為和發(fā)聲模式,。
研究人員共觀察了11組小鼠,，每組包含兩只發(fā)情的雌性小鼠和兩只雄性小鼠，一起共同生活,。為了能夠觀察這些社交行為狀態(tài)小鼠的發(fā)聲情況,，研究人員利用人工智能算法檢測小鼠特定的行為，并利用聲源定位系統(tǒng)追蹤每一只小鼠的發(fā)聲狀況,。
根據(jù)不同的行為特點,，將雄性小鼠的社交其分為6大類：散步、圍繞著另外一只雄鼠轉(zhuǎn)圈,，攻擊,，逃跑，雄性追逐雌性,，雄性追逐雄性(是的,，你沒看錯，男同),。
他們通過實驗發(fā)現(xiàn)這些雄性小鼠的社交行為特點不一樣,，主要表現(xiàn)為完成行為的次數(shù)和持續(xù)的時間，這點和人類很相似,。
通過聲音檢測系統(tǒng),，共檢測到小鼠135,078個信號，其中雄性小鼠產(chǎn)生的超聲信號比例為82.5%,，這些聲音信號是雜亂無序的,，如何進行有效的區(qū)分呢？根據(jù)其聲學(xué)結(jié)構(gòu)特點,，研究人員開發(fā)了一種自動對語音信號進行分組的聚類方法,，對上述信號分為22個亞類。對聲音信號進行分類使我們能夠更加客觀的描述雄性小鼠的發(fā)聲模式,，這些信號的持續(xù)時間,，頻率范圍和幅度在不同亞類之間存在不同。
令人意外的是,，并不是這些聲音信號的持續(xù)時間等特點影響社交行為,，而是社交行為影響發(fā)聲模式。
上述研究結(jié)果是基于整體進行的,，并未進行特定某種社交行為分析,。通過深度學(xué)習(xí)算法研究人員發(fā)現(xiàn)社會等級高的小鼠在進行社交行為更有可能發(fā)出不同的聲音信號。這是鼠王在給各個兵鼠布置任務(wù)的節(jié)奏嗎,？
更有意思的是在攻擊,、逃跑或追趕其他雄性的社交行為下，雄性小鼠更加喜歡發(fā)出音調(diào)下降的聲音信號,，聲音趨于重,、粗，就是發(fā)飆亂吼的感覺,；而在進行散步,、求偶的社交行為中雄性小鼠中更喜歡發(fā)出音調(diào)上升的信號，聲音趨于輕,、短,，給同類溫柔的感覺。
此外,，研究人員發(fā)現(xiàn)在同一個社交網(wǎng)絡(luò)中的雄性小鼠的發(fā)聲的模式會影響社交伙伴的行為,。
總結(jié)
總的來說本文基于人工智能算法分析了在社交中小鼠之間的聲音交流信號，發(fā)現(xiàn)特定的社交行為會產(chǎn)生特定的發(fā)聲模式,。社會交流是兩種或多種動物之間的信息傳遞,，通常會促使行為發(fā)生改變,。在人類中，社交障礙是自閉癥等神經(jīng)發(fā)育障礙的特征,。這些發(fā)聲模式的發(fā)現(xiàn)為社交障礙相關(guān)疾病的的研究奠定了基礎(chǔ),。
參考文獻：
1.Ultrasonic signals associated with different types of social behavior of mice
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