Как известно, мыши и крысы являются модельными животными и часто используются учёными в самых разных исследованиях. Причём грызуны весьма социализированы и общительны.
Но можно ли узнать, что "говорят" друг другу мыши и крысы во время экспериментов? Этот вопрос долгое время оставался без ответа. Дело в том, что многие характерные вокализации грызунов человеческий слух различить не может (они издаются в ультразвуковом диапазоне). А существующие компьютерные программы для обнаружения таких звуков всё ещё требуют существенных доработок. В частности, они не могут отсеивать посторонние шумы и медленно анализируют данные, полагаясь на "негибкие" алгоритмы.
Новая программа под названием DeepSqueak (дословно "Глубокий писк") способна преодолеть этот технический барьер. Её разработали исследователи из Школы медицины Вашингтонского университета.
По словам специалистов, программа фиксирует звуковые сигналы и трансформирует их в сонограммы – компьютерные изображения, создаваемые с использованием информации о звуковых волнах. Такой "перевод" акустических данных в визуальные позволяет использовать для анализа современные алгоритмы машинного зрения, разработанные для автомобилей с автоматическим управлением.
Иными словами, новая программа впервые позволила учёным использовать искусственные нейросети с глубоким обучением для обнаружения и анализа "речи" грызунов.
Как пояснил соавтор работы Рассел Маркс (Russell Marx), DeepSqueak использует биомиметические алгоритмы, которые учатся отделять "ненужные" звуки, полагаясь на имеющиеся примеры вокализаций животных и посторонних шумов.
Отметим, что Маркс и его коллега Кевин Коффи (Kevin Coffey) изучают психологические эффекты приёма различных препаратов. В частности, исследователей интересует, как меняется поведение животных во время стресса и формирования разных типов зависимости.
По мнению специалистов, программа DeepSqueak поможет им выяснить, что "говорят" друг другу грызуны во время экспериментов.
"У животных имеется богатый набор [акустических] сигналов, около 20 видов. Злоупотребляя препаратами, они издают как позитивные, так и негативные сигналы", – отметил Кевин Коффи, рассказывая про сложный характер каждой зависимости.
Учёный также поделился любопытным открытием, которое позволила сделать программа DeepSqueak. Оказалось, что самцы мышей издают при общении между собой одни и те же характерные вокализации. Однако при приближении самки их звуковые сигналы изменяются: они становятся более сложными и походят на "песню", связанную с ухаживаниями.
К слову, этот эффект более драматичен, когда самец чувствует запах потенциальной невесты, но не видит её. Эти данные позволяют предположить, что в репертуаре самцов мышей имеются особые "песни" для различных стадий ухаживаний, считают исследователи.
Кроме того, выяснилось, что грызуны чаще издают "счастливые" звуки, когда играют с сородичами или ожидают вознаграждение, например, кусочек сахара.
Впрочем, такого рода наблюдения заинтересуют скорее поведенческих и эволюционных биологов, а команду под руководством профессора Джона Ноймайера (John Neumaier) больше волнуют особенности, связанные с алкогольной и опиоидной зависимостью (последняя формируется при приёме различных обезболивающих). По мнению специалистов, усовершенствованный анализ "речи" грызунов поможет разработать новые методы борьбы с такими недугами.
"Если учёные смогут лучше понять, как препараты изменяют деятельность мозга, вызывая удовольствие или неприятные ощущения, можно будет разработать более эффективные способы лечения зависимости", – заключил профессор.
Научная статья с более подробным описанием новой программы была опубликована в журнале Neuropsychopharmacology.
