鯨魚也有「鯨語」，解密抹香鯨的語言結構

自古以來鯨豚科學家們一直致力於解讀鯨魚的發聲，直到最近AI的崛起，讓這件事有了重大的突破，我們終於可以了解鯨魚們在聊什麼天了嗎？今年2024年5月 Nature Communications上發表了最新的研究成果，科學家利用AI來分析8719多段抹香鯨聲音樣本並且建立出抹香鯨的「字母表」

抹香鯨如何發聲

在了解抹香鯨的語言之前讓我們先來知道抹香鯨如何發出聲音的。抹香鯨和人類一樣有類似聲帶構造，在額頭中有個"nasal complex"一組複合體的結構，其中複合體"phonic lips"唇膜又叫monkey lips，非常類似於人類的聲帶，在抹香鯨上有上下兩片唇膜，透過兩邊的肌肉控制這兩個膜的張力，當空氣被發送出去時，兩片唇膜就會震動產生聲音。

圖1.抹香鯨左側頭部解剖圖

在唇膜的兩邊還有小小的脂肪體叫做"dorsal bursae"背側黏液囊，他就像個阻尼器一樣能夠控制減少唇膜的震動，最後震動的聲波會被傳遞到巨無霸的脂肪體上叫"melon"可以看到抹香鯨的頭部為什麼那麼大就是因為前方有個超大的脂肪體幫助聲波能夠被放大以及更有方向性的把聲音傳到想要到達的地方。可以看到抹香鯨聲音傳遞的路線會先從唇膜出發，往內進入melon，最後經由反射從junk發送至水中。

圖2.綠色箭頭為聲音傳到的路線

如果從水下聽抹香鯨的聲音你會發現是誰在爆爆米花阿劈劈啪啪的，也非常像你家老舊的木門被開啟時的吱吱聲。科學家把這種聲音稱為"Clicks"這個聲音能夠讓抹香鯨利用像蝙蝠一樣的回聲系統定位現在所在的位置或是尋找獵物。

抹香鯨說話的方式

當抹香鯨發出連續的clicks聲時會組成一組"codas"尾聲，在抹香鯨進行社交時或是長時間在深海要覓食時都會使用codas交換彼此的聲音已進行溝通。有趣的是抹香鯨藉由改變連續click聲的時間差就能產生不同的codas，利用click的時間間隔來分析不同codas的特徵，就像是摩斯密碼般有長有短建立出一個抹香鯨之間特殊的語言密碼。

科學家根據inter-click intervals (ICIs)序列定義出了不同類型的codas。

圖3.兩隻抹香鯨交流聲音圖

我們從這張圖來了解codas的類型，A圖顯示這是兩隻抹香鯨2分鐘的聲音交流，藍色和橘色分別是兩隻抹香鯨clicks的次數。B圖如果把這些clicks投影在時間座標圖上，一次連續的clicks中codas的時間序列，在一秒鐘可以連續發送3到40個codas，而且每一個clicks的ICI序列都不同有時間長也有時間短。最後C圖顯示幾種codas的類型，這些codas不同的組合以及結構可能表示抹香鯨可以利用複雜的語言溝通，並且有上下文的變化。

抹香鯨在有意識的組織語言

科學家認為codas是抹香鯨在交流時的基本單位，也就是說codas的組合能夠組成類似音節或是單字甚至是一段句子。科學家也發現codas並不是獨立產生的，而是由兩隻鯨魚交流所產生的，在交流過程中codas也隨時間平穩的變化，而另一隻鯨魚有意識地模仿對話者的codas(圖2.C)。接下來抹香鯨會發出4種類型特性的codas，分別是"Tempo","Rhythm","Ornamentation","Rubato"

Tempo：

描述codas的總體持續時間以及間隔的特性，每個click的時間間隔都是inter-click intervals (ICIs)，把每個ICIs加總就是總體持續時間。這些總持續時間並不是隨機分布的，而是集中在某些時間段中，不同的時間段也可以分成不同的tempo類型。

圖4.tempo的交流分析圖

Rhythm：

描述ICIs的時間間隔結構，利用向量的方式量化每個聲音，科學家利用AI分析統整出18種Rhythm類型，如果總體持續時間不同，內部的ICIs結構也可能產生出固定的模式。

圖5.Rhythm結構分析圖

Ornamentation：

有些codas會發現有額外的clicks，他就像音樂中的裝飾音，在原有的旋律當中加上幾個音。科學家使用ICIs密度分布圖來辨識有ornamentation的ICIs比例和沒有ornamentation的ICIs比例有什麼不同。從抹香鯨的聲音數據庫當中找到了許多不一樣的ornamemtation也在不同的地方呈現。

圖6.ornametation結構圖

Rubato：

描述codas漸進式的持續時間，有時候抹香鯨不會依照固定的tempo發聲，而是緩慢的改變每一個codas的持續時間。如果看中間那張圖將Duration1-Duration2做成一個頻率分析圖可以發現它們的時間差大部分都是0，時間差都不會差異太大，表示rubato的持續時間並不是突然或是隨機的，而是連續且漸進的。當有兩隻鯨魚在溝通時，他們有時會互相模仿彼此rubato，從最右邊的圖可以看出模仿的現象。

圖7.rubato聲音交流圖

屬於抹香鯨的英文字母

接下來根據不同codas聲學特徵的組合以及不同組合出現的頻率來建立一個屬於抹香鯨的音標字母表。

圖8.抹香鯨字母表

以比較視覺化的方式呈現抹香鯨的音標表。x軸是tempo的類型有5種，y軸是rhythm的類型有18種。每個組合出現的頻率可以從每一格的顏色深淺來判斷，或是格子的左邊有個出現的數量。在每個格子中可以看到兩個圓餅圖，左邊的圓餅圖表示在這個組合中rubato所出現的比例，而右邊則表示ornaments所出現的比例。

抹香鯨到底在說些什麼？

在現在我們已經可以透過AI來破解抹香鯨發聲的音節以及可以組合的音。但抹香鯨到底在說些什麼，我們還不得而知。我們能推敲出每個音的組合性，但還未能翻譯出每種組合性背後溝通的意義，未來或許可以慢慢破譯出每個發音組合的社交意義以及更深入的溝通道理。希望未來有一天真的能夠與抹香鯨溝通，我就也能夠當鯨魚翻譯員了。

參考資料

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