相信很多人的都討厭老鼠的存在，但不可否認的是老鼠在醫(yī)學研究和藥物研究等領域為人類做出了巨大的貢獻。最近研究人員們通過機器學習和深度學習的手段，成功的從老鼠的“吱吱”聲中解讀出20多種不同的含義，包括高興和愉悅的情緒。這一稱為DeepSqueak的研究項目使得我們可以更深入地了解藥物對于大腦活動的影響，分析產(chǎn)生預約或者痛苦的過程有助于開發(fā)出更好地治療手段和方法。長期以來研究人員們就意識到老鼠和大多數(shù)嚙齒類動物都具有社交和溝通行為，它們會花很長的時間與同伴交流，但它們到底在說什么呢？我們還沒有明確的方法來解讀它們聲音的含義。嚙齒類的超聲波是人類無法聽到了，即使利用麥克風收集現(xiàn)有的計算機程序也無法正確的檢測和分析這些信號。采集過程中的信號以及現(xiàn)有算法的局限使得這一領域進展緩慢。

AI輔助理解

為了解決這一問題，兩位量子華盛頓大學的研究人員開始了一個名為“DeepSqueak”的項目，通過深度學習和機器學習等手段突破了這一領域的技術局限，并用新的技術拓展了嚙齒類發(fā)聲研究的應用范圍。這一研究最近在nature子刊Neuropsychopharmacology上發(fā)表。研究人員們首先將收集到老鼠的超聲波發(fā)聲信號轉換為可視化的聲譜(sonogram)，在可視化圖的技術上研究人員將視覺領域前沿的深度學習技術融入進來，利用深度神經(jīng)網(wǎng)絡的強大能力來檢測老鼠的發(fā)聲信號。研究人員首先在聲譜圖上進行了預處理，利用候選區(qū)域推選網(wǎng)絡將可能存在聲音信號的區(qū)域篩選出來；隨后將篩選出的圖像區(qū)域送入卷積網(wǎng)絡中進行檢測，將有效的老鼠叫聲從噪音中區(qū)分出來。整個過程基于目標檢測的思想(Faster-Rcnn)，將頻域的聲音檢測轉換為了視覺領域的目標檢測。

DeepSqueak最初設計的目的是用于檢測嚙齒類動物在藥物實驗室時的聲音表達情況，所以研究人員們還開發(fā)出了基于k均值聚類的發(fā)聲譜型分類方法，同時也建立了基于監(jiān)督學習的神經(jīng)網(wǎng)絡用于對不同的叫聲進行分類。

老鼠的喜怒哀樂

研究發(fā)現(xiàn)老鼠的叫聲十分豐富，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了20多類表達不同意思的叫聲。研究人員表示，在用藥過程中聲譜中可以觀察到積極或者負面的聲音信號?；诳梢暬陌l(fā)聲研究人員觀察到嚙齒類在期待和得到獎勵的時候時最開心的，它們在吃到糖時一定無比的快樂；同時在和同伴玩耍時也會發(fā)出愉悅的聲音。

求偶過程中會發(fā)出多種不同的獨特的聲音模式。當兩只雄性老鼠獨處時他們會不斷地發(fā)出相同的聲音，但如果他們感覺到附近有雌性出沒就會發(fā)出像“狼嚎”一樣的聲音，整個聲譜變得更為復雜多樣。在求偶的不同階段，它們的發(fā)聲模式有著獨特顯著的區(qū)別，也就是說老鼠也會為愛放聲歌唱。

聲音及其對應的情緒狀況，所以對于戒酒和戒毒等患者具有重要的幫助。研究人員通過這樣的方式將在實驗鼠身上觀察不同藥物對于大腦活動的影響，并利用這種高效、方便、簡單的技術檢測動物發(fā)出的超聲波及其所包含的情緒。研究人員表示，這種技術可以幫助人們更好的理解藥物/酒精/上癮藥產(chǎn)生愉悅或者痛苦的過程，可以有效地改進針對上癮患者的治療方案，改善治療效果。作者提供了基于Matlab的代碼庫，如果你也想檢測下家里的老鼠在吃喝玩樂之余都在八卦些什么，用DeepSqueak來試試吧! 說不定能聽到什么驚人的秘密呢！