老鼠吱吱叫想说啥？看深度学习如何解读啮齿动物的喜怒哀乐

From:GeekWire  编译:T.R [原创文章：www.11jj.com]

相信很多人的都讨厌老鼠的存在，但不可否认的是老鼠在医学研究和药物研究等领域为人类做出了巨大的贡献。最近研究人员们通过机器学习和深度学习的手段，成功的从老鼠的“吱吱”声中解读出20多种不同的含义，包括高兴和愉悦的情绪。这一称为DeepSqueak的研究项目使得我们可以更深入地了解药物对于大脑活动的影响，分析产生预约或者痛苦的过程有助于开发出更好地治疗手段和方法。

长期以来研究人员们就意识到老鼠和大多数啮齿类动物都具有社交和沟通行为，它们会花很长的时间与同伴交流，但它们到底在说什么呢？我们还没有明确的方法来解读它们声音的含义。啮齿类的超声波是人类无法听到了，即使利用麦克风收集现有的计算机程序也无法正确的检测和分析这些信号。采集过程中的信号以及现有算法的局限使得这一领域进展缓慢。

AI辅助理解

为了解决这一问题，两位量子华盛顿大学的研究人员开始了一个名为“DeepSqueak”的项目，，通过深度学习和机器学习等手段突破了这一领域的技术局限，并用新的技术拓展了啮齿类发声研究的应用范围。这一研究最近在nature子刊Neuropsychopharmacology上发表。

研究人员们首先将收集到老鼠的超声波发声信号转换为可视化的声谱(sonogram)，在可视化图的技术上研究人员将视觉领域前沿的深度学习技术融入进来，利用深度神经网络的强大能力来检测老鼠的发声信号。研究人员首先在声谱图上进行了预处理，利用候选区域推选网络将可能存在声音信号的区域筛选出来；随后将筛选出的图像区域送入卷积网络中进行检测，将有效的老鼠叫声从噪音中区分出来。整个过程基于目标检测的思想(Faster-Rcnn)，将频域的声音检测转换为了视觉领域的目标检测。

DeepSqueak最初设计的目的是用于检测啮齿类动物在药物实验室时的声音表达情况，所以研究人员们还开发出了基于k均值聚类的发声谱型分类方法，同时也建立了基于监督学习的神经网络用于对不同的叫声进行分类。

老鼠的喜怒哀乐

研究发现老鼠的叫声十分丰富，目前已经发现了20多类表达不同意思的叫声。研究人员表示，在用药过程中声谱中可以观察到积极或者负面的声音信号。基于可视化的发声研究人员观察到啮齿类在期待和得到奖励的时候时最开心的，它们在吃到糖时一定无比的快乐；同时在和同伴玩耍时也会发出愉悦的声音。



此外研究人员还发现老鼠在求偶过程中会发出多种不同的独特的声音模式。当两只雄性老鼠独处时他们会不断地发出相同的声音，但如果他们感觉到附近有雌性出没就会发出像“狼嚎”一样的声音，整个声谱变得更为复杂多样。在求偶的不同阶段，它们的发声模式有着独特显著的区别，也就是说老鼠也会为爱放声歌唱。



这套技术可以很好的检测出声音及其对应的情绪状况，所以对于戒酒和戒毒等患者具有重要的帮助。研究人员通过这样的方式将在实验鼠身上观察不同药物对于大脑活动的影响，并利用这种高效、方便、简单的技术检测动物发出的超声波及其所包含的情绪。研究人员表示，这种技术可以帮助人们更好的理解药物/酒精/上瘾药产生愉悦或者痛苦的过程，可以有效地改进针对上瘾患者的治疗方案，改善治疗效果。

作者提供了基于Matlab的代码库，如果你也想检测下家里的老鼠在吃喝玩乐之余都在八卦些什么，用DeepSqueak来试试吧! 说不定能听到什么惊人的秘密呢！