Самоидентификация и зеркальный тест или как дельфины имена придумывали

Около месяца назад уважаемый @SLY_G ^[1] опубликовал на Хабре перевод «Сможем ли мы разговаривать с животными при помощи ИИ? ^[2]». Мы с ним немного обсуждали этот текст, и он обратил моё внимание на свежее исследование ^[3], позволяющее предположить, что слоны могут придумывать друг для друга имена. Меня озадачила мысль о том, не начинается ли осознанный язык с придумывания имён собственных (а не имён нарицательных). Тем более, что в минувшем августе мне довелось затронуть эту крайне интересную тему в разговоре с семилетним сыном моего друга: Филипп интересовался, чем отличается имя человека и кличка животного. Предвосхищая тему дельфинов, которая в основном рассматривается под катом, я даже хотел посоветовать парню изумительную книгу Успенского «Подводные береты ^[4]», но зашёл с тузов и сразу скинул «Звёздный прилив ^[5]» Дэвида Брина. Итак, под катом будет рассказано, у каких животных фиксируются внутривидовые прото-имена, как это связано с прохождением зеркального теста и какое значение может иметь при разработке искусственного интеллекта.

О чём важнее всего сообщить

Многие стайные и эусоциальные животные пользуются врождёнными знаковыми системами для общения с сородичами. Наиболее широко известны танцы пчёл ^[6], но в рамках этой статьи нас в большей степени интересуют не инстинктивные, а изобретаемые и творчески изменяемые варианты прото-языка у животных. В одной из моих первых статей на Хабре я рассказал о Канзи ^[7] — самце бонобо, обладающем выдающимися интеллектуальными и языковыми способностями. Но вся обширная работа по обучению человекообразных обезьян языку жестов и более сложной коммуникации с применением лексиграмм была развёрнута уже после того, как выяснилось, что обезьянья гортань в принципе не приспособлена для человеческих вокализаций. Ниже мы будем говорить, прежде всего, о звуковых сигналах, которыми высокоразвитые животные пользуются как одним из средств коммуникации.

Среди обезьян ближе всего к изобретению языка подошли, по-видимому, верветки ^[8]. Их «язык» предназначен, в первую очередь, для предупреждений и «быстрого реагирования». Возможно, верветки даже изобрели первые «слова» (контекстно-обусловленные сигналы ^[9]), означающие «орёл», «змея» и «леопард». В следующем ролике начиная с 6.00 записаны различные вокализации верветок, в том числе «контакт», «агрессия», «стресс» и «я потерялся».

Здесь я делаю оговорку «возможно», так как у верветок пока не обнаружено «диалектов», то есть их вокализации вполне могут оказаться инстинктивными, врождёнными сообщениями-сигналами. Человек же придумывает названия окружающим предметам и явлениям, причём, делает это с раннего детства, как только освоит речь (мне особенно нравится один из примеров Корнея Чуковского, рассказывавшего, как одна девочка назвала местность в степной части Крыма словом «кустыня ^[10]»). Но такое «изобретение слов» свойственно не только человеку, а ещё, как минимум, и попугаям, и китообразным (не считая примера со слонами, упомянутого в начале этой статьи). Дельфины и некоторые киты (например, кашалоты) изобретают и сигналы для взаимодействия с собратьями, и просто в качестве кличек/имён друг для друга. Эти животные настолько разные, что общую для них привычку придумывать «слова» можно не столько связать с их эволюцией, сколько считать универсальной чертой развитого стайного интеллекта.

Китообразные пользуются «речевыми» сигналами практически при любых социальных взаимодействиях: знакомство, подзывание друг друга, кооперация, спаривание и более высокоуровневые групповые взаимодействия. В качестве «имён» дельфины используют так называемые «свистки‑автографы» (в англоязычной литературе — «signature whistles ^[11]»). Наиболее хорошо такие сигналы изучены у афалин (бутылконосых дельфинов). При знакомстве дельфины обмениваются как раз такими «трелями». Кроме того, они издают свистки, сообщая, что повстречали другого дельфина, что примкнули к стае, отправились в путь. Более того, в общении с хорошими знакомыми дельфины склонны сокращать свисток-автограф, то есть, пользоваться своеобразным «уменьшительным именем». Дельфинята способны запоминать и воспроизводить те свистки, которыми подзывает их мать.

В 2011 году вышло исследование ^[12], демонстрирующее очень похожий механизм контактных вокализаций у воробьиных попугайчиков (Forpus passerinus). Профессор Джек Брэдбери из Корнельского университета указывает, что птенцы воробьиного попугайчика усваивают «имена», полученные от матери, а не приобретают их генетически, то есть попугайчик отзывается на то имя, которое ему дали взрослые попугаи из конкретной стаи. У попугаев эта способность имеет явный эволюционный смысл: в критической ситуации самка собирает птенцов, подзывая их «по имени». Впрочем, все птенцы в одном помёте, по‑видимому, имеют одно и то же имя, так что этот звуковой символ правильнее сравнить с «фамилией».   

Свистки-автографы

Дельфины, в отличие от большинства млекопитающих, не могут обходиться обычным «ауканьем» (отрывистыми криками), так как в воде голос искажается и по‑разному звучит на разных глубинах. Поэтому дельфин придумывает себе мелодию‑визитку — последовательность нот, выпеваемых на конкретных частотах, причём для каждой ноты дельфин соблюдает длительность. Этим «автографом» дельфин пользуется всю жизнь. Известно, что афалины способны заучивать трели своих друзей ^[13] и имитировать их, например, если потерялись, то есть звать на помощь по имени. Дельфины также способны вкладывать в свисток‑автограф дополнительную информацию, например, указывать свой репродуктивный статус. Для этого они акцентируют различные ноты в трели; этот приём можно сравнить с логическим ударением в человеческой речи.

Исследовательская группа из университета Сассари (Сардиния) попыталась подслушивать ^[14], как свистят дельфины из Средиземного моря, и пришла к выводу, что разница в сигнатуре свистка связана в основном с размером дельфиньей популяции в регионе, а также с характерными чертами занимаемой экосистемы. То есть дельфин способен корректировать голосовые сигналы так, чтобы его хорошо слышали.

Дельфины, живущие среди морских трав ^[15], перекликаются короткими и резкими свистками, а дельфины, живущие в более глубоких и мутных водах, общаются в более низком диапазоне, и свистки у них более долгие. Кроме того, в небольших дельфиньих стаях, занимающих компактную территорию, сигналы отличаются большей вариативностью, чем в крупных морских популяциях. Вероятно, в небольшой популяции вероятность встречи с «соседом» возрастает, поэтому дельфинам важно точнее идентифицировать тех особей, с которыми приходится жить бок о бок.

Ещё более интересное наблюдение было сделано при изучении афалин в бухте Сарасота ^[16], штат Флорида. С одной стороны, дельфинята стараются адаптировать свои свистки, подражая тем взрослым особям, с которыми часто общаются. Взрослые дельфины, напротив, стремятся к уникальности свистка, но стараются имитировать свистки дельфинов из «чужих» популяций или заимствовать автограф у малознакомых особей — так, чтобы в рамках собственной популяции свисток звучал максимально индивидуально.

Как подслушать дельфина

Записать и классифицировать дельфиньи свистки — непростая задача. Мало того, что животные перекликаются на значительной глубине (и, как было указано выше, сигнал искажается) — при этом и вода зачастую мутная, поэтому не всегда можно с уверенностью определить, какой дельфин издал данный сигнал. Именно в бухте Сарасота специалисты под руководством Стефани Кинг из Бристольского университета сосредоточились на изучении афалин и собрали внушительный датасет подобных сигналов. С 1984 по 2009 год в Сарасоте было отловлено более 250 диких афалин. Их некоторое время держали в неволе, а свистки тщательно записывали. Затем животных выпускали в океан. Вокализации четырёх дельфинов были записаны ещё подробнее, с учётом того, как дельфин ведёт себя, издавая те или иные сигналы. Оказалось, что дельфины‑самцы, наряду с собственным свистком‑автографом, изучают свистки‑автографы ближайших друзей, которых затем подзывают по имени. Аналогичное поведение проявляют детёныши, подражая свистку матери. В неволе дельфины явно тосковали по родичам или знакомым, оставшимся в океане и «выкрикивали» их имена.

Кроме свистков-автографов, по данным группы Кинг ^[17], афалины изобретали гораздо более сложные сигналы, координируя действия с собратьями и стараясь «широковещательно» рассказывать, чем занимаются. В частности, были выявлены такие сигналы, свидетельствующие о совместном поиске пищи ^[18]и об отстаивании полового партнёра ^[17].

Наконец, уникальные условия для изучения дельфиньей коммуникации сложились в рамках боевого обучения дельфинов — такие попытки предпринимались ^[19] в США, СССР и России, начиная с середины XX века. По данным исследования ^[20], проведённого под руководством Бриттани Джоунс из Национального центра по изучению морских млекопитающих, пятеро дельфинов‑«однополчан», которые в течение 21 года жили и проходили совместную дрессировку на базе американского ВМФ, выработали общий групповой свисток, явно означавший для них «принадлежность к команде». Общаясь с людьми, афалины стремятся вовлечь человека в коммуникацию, обогащая свой «лексикон» щёлкающими звуками. Дельфины даже пытаются имитировать ^[21] синтетические свистки, сгенерированные на компьютере.

Таким образом, дельфиньи свистки и трели не ограничиваются «автографами» или «именами» отдельных особей. Эта знаковая система позволяет характеризовать родственные связи, различные варианты поведения, иерархию в стае, а возможно — и описывать экосистему, в которой живёт популяция. Уже известны попытки изучать и классифицировать дельфинью коммуникацию методами машинного обучения ^[21] — например, чтобы определить, способны ли дельфины обманывать друг друга или специально маскировать сигналы таким образом, чтобы «скрыть суть беседы от посторонних».

Зеркальный тест и коммуникация

По-видимому, коммуникативные и языковые способности у животных напрямую связаны с тем, насколько успешно они проходят зеркальный тест (узнают себя в зеркале). Зеркальный тест ^[22] изобрёл в 1970 году американский психолог Гордон Гэллап-младший. В настоящее время это самый популярный метод проверки, обладает ли животное способностью к самораспознаванию. Отличная базовая статья (перевод) о зеркальном тесте есть ^[23] в хабраблоге @SLY_G ^[1]. Как правило, при постановке зеркального теста экспериментатор ставит на теле животного яркое и хорошо заметное пятно и проверяет, как животное реагирует на собственное изменившееся отражение в зеркале.

При успешном прохождении теста животное, как правило, вертится перед зеркалом, чтобы лучше рассмотреть пятно, а также пытается потрогать или удалить его.  

Зеркальный тест не является общепризнанным мерилом интеллекта. Но отдельно заострим внимание на том, насколько разные животные его уже прошли: кроме человека это все человекообразные обезьяны, индийские слоны, афалины, касатки, сороки, муравьи ^[24] и, по-видимому, скаты-манты ^[25]. Ребёнок проходит зеркальный тест не ранее, чем в возрасте 12 месяцев, уверенно — в возрасте полутора лет. Дельфинёнок начинает реагировать на своё отражение примерно в возрасте одного года, но, возможно, отдельные особи справляются с этим тестом в 7 месяцев. Такие выводы делаются по данным исследования, проведённого Дианой Рейсс из Хантер-Колледжа и её аспиранткой Рэйчел Моррисон в течение двух лет в Национальном аквариуме города Балтимор. Диана Рейсс изучает дельфинов более 20 лет, именно она в 2001 году доказала ^[26], что дельфины проходят зеркальный тест. Она изучала несколько поколений афалин (в дикой природе афалина живёт около 20 лет) и в 2018 году обнаружила ^[27] семимесячную самку Бейли, которая явно интересовалась своим отражением в зеркале, кривлялась и показывала себе язык.   

Проект CETI и искусственный интеллект

В заключение этой статьи упомяну проект «CETI ^[28]», начало которому положил ещё в середине 1960-х американский морской биолог Роджер Пейн (1935 — 2023). Пейн первым стал систематически изучать песни кашалотов и горбатых китов, пытаясь подвести базу под их коммуникативные способности. К середине XX века уже было известно, что кашалоты перекликаются длинными последовательностями щелчков, биологи называют такую последовательность «кода». В 2009 году Джаспер Беджус ^[29] (Gasper Begus), специалист по компьютерной лингвистике из Калифорнийского университета в Беркли, заинтересовался собранными к тому моменту аудиозаписями и заметил, что коды кашалотов немного напоминают шифр Морзе (состоят из длинных и коротких щелчков). Беджус разработал компьютерную модель ^[30], в которую заложен искусственный интеллект для анализа этих последовательностей. Вот как примерно выглядит сбор таких данных:

Модель состоит из двух частей. В первой из них ИИ учится распознавать коды китов (в качестве датасета используются наборы звуков, записанные в дикой природе). Во второй части модель учится распознавать случайные последовательности щелчков. Затем программа сравнивает последовательности из второй части с наборами щелчков из второй части и вычленяет те наборы щелчков, которые похожи по звучанию на реальные коды. На основании этих данных модель позволяет генерировать синтетические коды; правда, ещё не проверено, не покажутся ли кашалоту такие синтетические коды бессмысленными. Со временем модель Беджуса стала давать очень реалистичные коды и, как часто бывает при работе с искусственным интеллектом, машина выявила в этой модели новые паттерны, которых не замечали исследователи ^[31]. Вероятно, некоторые частоты кашалот считает более важными и громче выщёлкивает соответствующие звуки, так как другие особи внимательнее к ним прислушиваются. Не вполне очевидно, есть ли у кашалотов аналог афалиньих свистков‑автографов, но, по‑видимому, могут обмениваться навигационной информацией. Кашалот может сообщать собратьям, на какой глубине находится, куда направляется и охотится ли в настоящий момент.

Притом, что эта публикация не претендует на исчерпывающий рассказ о коммуникации у высокоинтеллектуальных животных, мне, надеюсь, удалось показать следующие взаимосвязи. Во-первых, самоидентификация у животных проверяется зеркальным тестом, но пример дельфинов (возможно, проходящих зеркальный тест успешнее, чем люди и гораздо успешнее, чем человекообразные обезьяны) показывает, что вслед за «идентификацией «я»» животное приходит к «идентификации «не-я»» и к необходимости вычленения некоторых особей из популяции — при осознании кровной или дружеской связи между этими особями. Возможно, все рассмотренные здесь данные связаны не только с социальным интеллектом, но и с границами оперативной памяти ^[32] у животных — к этой теме я ещё постараюсь вернуться.