人工智能如何让人类与动物对话？

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动物行为与语言

*本文 4100 字左右

新喀鸦：（学名：Corvus moneduloides）：是鸦科、鸦属的一种，体长 43 厘米，体重 225-330 克。雌雄相似。全身羽毛黑色，除头顶、枕、后颈和颈侧光泽较弱外，其他包括背、肩、腰、翼上覆羽和内侧飞羽在内的上体均具紫蓝色金属光泽。为新喀里多尼亚的特有种。杂食性 ，食谱多样。主要以种子和坚果为食，会用鸟喙敲击椰子和蜗牛壳并打开它们，喜欢将食物叼至岩石上和树墩处才开吃。分布于太平洋、中国海域以及菲律宾、文莱、马来西亚、新加坡、印度尼西亚等海域。

New Caledonian crow - Wikipedia

2012 年 11 月 24 日，研究人员发现南太平洋新喀里多尼亚岛上的新喀鸦，是自然界非人类最会使用工具的其中一种动物。2016 年，英国鸟类学研究者拍摄到这些新喀鸦会用喙制作带钩的棍子，然后用这些棍子从树干缝隙中把昆虫钩出来。

新喀鸦是完美主义者——如果出了差错，它就会重新开始整个制作棍子的流程，觉得满意之后，它才会把做好的工具戳进树上的缝隙里，把食物勾出来。

新喀鸦是已知为数不多会制造工具的鸟类之一，而制作工具这种技能，曾被认为是人类所独有的。苏格兰圣安德鲁斯大学的行为生态学家 Christian Rutz 在自己职业生涯的大部分时间里，都在研究乌鸦的能力。乌鸦生活在复杂的社会群体中，甚至会将工具制造技术传给后代。系列实验还表明，岛上不同的乌鸦群体有不同的发声方式，研究员 Rutz 想知道这些方言是否有助于解释不同乌鸦群体在工具制造方面的文化差异。

而生成式 AI 和人工智能技术的发展，为解决这些问题提供了契机： 动物之间是否能用我们能够理解的语言进行交流？尽管许多土著 / 传统文化中的人们长期以来一直相信，动物可以有意识的进行交流，但科学界传统上一直没有特别清晰地关于人类与其他动物之间界限的研究。 不过，随着最近人工智能领域的突破，开始有研究者认为，在理解动物的交流行为方面，人类即将取得相当大的进展。

非营利组织 Earth Species Project( 地球物种计划）的创始成员 Aza 认为，机器学习可能很快就能破译乌鸦叫声之类的音频。Earth Species Project 是一个由人工智能科学家、生物学家和自然保护专家组成的团队，正在收集来自不同物种的大量数据，建立机器学习模型，然后进行分析。

而像鲸目动物翻译计划（CETI）这类组织，会专注于了解某一特定物种，CETI 主要关注抹香鲸。

解码动物的“语言”有可能对人类产生惊人影响。当人类眺望宇宙之后，发现地球并不是宇宙的中心。那么，人工智能重塑人类对动物认识的力量也可能产生类似影响——这类工具也许将会改变人类看待自身与万物关系的方式。

参与抹香鲸翻译计划的科学家 Gero 表示，自己研究的抹香鲸有着复杂的社会群体。那天，一只年轻雄鲸回到了自己的家庭，这为 Gero 和同事们提供了一个机会，记录下抹香鲸群体团聚时的发声。近 20 年来，研究员 Gero 和同事们一直在详细记录抹香鲸的两个族群，捕捉它们发出的 "KAKA "声以及它们在发出声音时在做什么。他发现，抹香鲸似乎使用特定的声音模式（称为 "codas"）来识别彼此。抹香鲸之间学习这些暗号的方式，就像幼儿学习单词和名字一样，通过重复周围成年人发出的声音来学习。

Gero 和同事在人工研究了抹香鲸之间的交流之后，开始思考是否可以利用人工智能来加快翻译抹香鲸之间交流内容速度。作为概念验证，研究小组将 Gero 储存的的一些抹香鲸录音数据喂给了 AI，结果是——在 99% 的情况下，神经网络都能从代码中正确识别出鲸鱼个体。接下来，这个团队设定了一个雄心勃勃的新目标：聆听大片海洋的声音，希望训练计算机学会说鲸语。 Gero 担任首席生物学家的 CETI 项目计划在浮标上部署一个水下麦克风，全天候记录常驻附近水域鲸鱼的发声。
随着传感器的价格越来越低，水听器、生物探测器和无人机等技术不断改进，动物数据量也呈爆炸式增长。对于生物学家来说，要想通过人工有效筛选的数据量实在是太大了。然而，AI 却能在海量信息中茁壮成长。

像 ChatGPT 这样的大语言模型需要大量数据，才能出来良好的输出。
而许多动物，同时使用不同的交流方式，就像人类在说话时使用肢体语言和手势一样。在发出声音之前、期间或之后所做的任何动作都能为理解动物试图传达的信息提供重要的背景。传统上，研究人员将这些行为编入一个称为 "ethogram "的列表中。通过适当的训练，机器学习模型可以帮助解析这些行为，或许还能发现数据中的新模式。例如，科学家们去年在《自然 - 通讯》（Nature Communications）杂志上报告说，一个模型在斑马雀的歌声中发现了以前从未认识到的差异，雌性斑马雀在选择配偶时会注意这些差异。雌鸟更喜欢那些唱起歌来像雌鸟一起长大的鸟的伴侣。

现在，大家可以通过康奈尔鸟类学实验室推出的一款识别鸟类物种的免费应用程序 Merlin 使用一种人工智能驱动的分析方法。为了通过声音识别鸟类，Merlin 会将用户的录音转换成频谱图——鸟类叫声的音量、音调和长度的可视化。这个模型在康奈尔大学的音频库中进行训练，并与用户的录音进行对比，从而预测出鸟类的识别结果。 然后，它还会将这一猜测与康奈尔大学的全球观测数据库 eBird 进行比较，以确保它是人们在用户所在位置有望发现的物种。Merlin 能准确识别 1000 多种鸟类的叫声。

但是，通常环境都处于喧闹状态，要从嘈杂的声音中分辨出一只鸟或鲸鱼的叫声非常困难。隔离和识别单个说话者的挑战，长期以来一直困扰着处理动物叫声的工作。2021 年，地球物种项目（Earth Species Project）建立了一个神经网络，可以将重叠的动物声音分离成单独的音轨，并过滤背景噪声，如汽车鸣笛声——该项目还免费发布了开源代码。它的工作原理是创建声音的可视化表示，神经网络利用这种表示来确定哪个像素是由哪个扬声器发出的。此外，地球物种项目（Earth Species Project）最近开发了一种所谓的基础模型，可以自动检测数据集的模式并进行分类。

如果科学家能够翻译动物的声音，或许就能拯救濒临灭绝的物种。 夏威夷乌鸦在当地被称为 "Alalā"，于本世纪初在野外灭绝。而最后一批夏威夷乌鸦被人工饲养，以启动保护繁殖计划。但是，夏威夷乌鸦脱离自然环境已经有很长一段时间了。研究者正在为圈养鸟类目前使用的所有叫声编制一份清单，然后把这些记录与最后一批野生夏威夷乌鸦的历史记录进行比较，以确定它们的叫声在人工饲养下是否发生了变化。比如说，是否丢失了重要的叫声，比如与捕食者或求偶有关的叫声，这可能有助于解释为什么将乌鸦重新引入野外如此困难。

有朝一日，机器学习模型也能帮助我们了解自己的宠物。研究者 Slobodchikoff 认为，长期以来，动物行为学家并不太关注家养宠物。但是，当 Slobodchikoff 开始研究草原犬时，发现草原犬具备复杂的叫声，这种叫声可以描述捕食者的大小和形状。这些经验为他后来担任行为失常狗的行为顾问提供了参考。他发现许多客户完全误解了他们的狗想要表达的意思。当宠物试图与我们交流时，通常会使用多模态信号，例如结合身体姿势的吠叫。然而，"我们太固执地认为声音是唯一有效的交流元素，以至于错过了许多其他的提示。

养殖动物也能从这种深度理解中受益。哥本哈根大学动物行为学副教授 Elodie F. Briefer 已经证明，可以根据动物的发声来评估它们的情绪状态。她最近创建了一种以数千种猪的声音为基础进行训练的算法，利用机器学习来预测动物是在经历积极情绪还是消极情绪。
不过，尽管语言模型善于发现模式，但它们并不能真正解读含义，而且它们也不总是正确的。即使是人工智能专家也常常不明白算法是如何得出结论的，这就使得它们更难被验证。本杰明 - 霍夫曼（Benjamin Hoffman）在加入 "地球物种项目 "之前曾帮助开发过 "梅林"（Merlin）应用程序，他说，科学家们现在面临的最大挑战之一就是如何从这些模型的发现中学习。

"霍夫曼说："机器学习方面的选择会影响我们能提出什么样的科学问题。他解释说，Merlin Sound ID 可以帮助检测哪些鸟类出现了，这对生态研究非常有用。但是，它不能帮助回答有关行为的问题，比如一只鸟在与潜在配偶互动时会发出什么类型的叫声。霍夫曼说，在试图解释不同种类的动物交流时，研究人员还必须 "了解计算机在学习如何进行交流时在做什么"。

但是，掌握一种语言的结构并不是说这种语言的先决条件。现在，人工智能已经可以接收三秒钟的人类语音，然后用相同的模式和语调长篇大论地进行精确模仿，也许在未来一两年内，"人类将能为动物交流建立这种能力"。地球物种项目已经在开发模仿各种物种的人工智能模型，目的是与动物进行 "对话"，双向交流将使研究人员更容易推断动物发声的含义。
地球物种项目计划与外部生物学家合作进行回放实验，在实验室环境中向斑马雀播放人工生成的叫声，然后观察鸟类的反应。很快，"我们就能通过雀鸟、乌鸦或鲸鱼的图灵测试，"拉斯金断言，他指的是动物无法分辨出它们是在与机器对话，而不是在与自己的同类对话。

但是，这也引发了人们伦理方面的担忧。数字创新研究员 Karen Bakker 解释说，这可能会带来意想不到的后果。 商业行业可以利用人工智能监听目标鱼群或其捕食者，从而实现精准捕鱼；偷猎者可以利用这些技术定位濒危动物，并模仿它们的叫声引诱它们靠近。巴克尔说，对于座头鲸等动物来说，它们神秘的歌声能以惊人的速度传遍大洋，合成歌声的创造可能会带来未知的社会后果。

到目前为止，在动物交流领域处于领先地位的组织都是像地球物种项目这样的非营利组织，它们致力于数据和模型的开源共享，其工作人员都是对所研究的动物充满热情的科学家。但这一领域可能不会一直这样发展下去，也许，受利益驱动的参与者可能会滥用这一技术。

在《科学》杂志最近发表的一篇文章中，作者 Lutz 指出，每当你发明一种技术时，你也发明了一种责任"。

然而，动物语言所表达的内容是否能与人类语言相媲美，目前仍存在很大分歧。"巴克尔说："有些人断言，语言的本质定义是，人类是唯一能够使用语言的动物。怀疑论者担心，将动物交流视为语言，或试图对其进行翻译，可能会扭曲其含义。

也许所有语言的真正价值都在于它能帮助我们与其他人（物种）建立联系，从而将我们从单一的思维禁锢中解放出来。

参考资料：

1.How artificial intelligence could help us talk to animals (snexplores.org)

2.百度百科 - 新喀鸦

3.Artificial Intelligence Could Finally Let Us Talk with Animals - Scientific American

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