Біологія
Біологія

Нейромережа визначила емоційний стан свиней за хрюканням

Європейські вчені натренували нейромережу визначати ментальний добробут свиней, тобто їхній емоційний стан, за характером звуків, що ті видають. Для цього було проаналізовано сім тисяч записів вокалізації тварин на фермах та в лабораторії — як у позитивних, так і в негативних ситуаціях. Автори сподіваються, що їхня робота допоможе створити зручний інструмент для підтримання хорошого самопочуття сільськогосподарських тварин. Свою ідею вони описали в журналі Scientific Reports.

Pixabay / Pexels

Pixabay / Pexels

Наскільки актуальне питання дослідження?

Окрім людини, багато видів тварин теж мають емоції, які є наслідком когнітивних процесів, а не автоматичних рефлекторних процесів. Це означає, що почуття відбивають сприйняття особиною свого довкілля, подібно до людей. Між тим, людям часто важко зрозуміти власні емоції, годі й говорити про почуття тварин. Оскільки ті не можуть розповісти про свій стан, біологам доводиться орієнтуватися в основному на зовнішні ознаки. Наприклад, минулого року ми писали про розроблення алгоритму штучного інтелекту, який визначає самопочуття свиней і корів за їхнім виразом обличчя.

Зараз же європейські дослідники на чолі з вченими Копенгагенського університету спробували зрозуміти, як почуваються свині, аналізуючи їхню вокалізацію. Попередні дослідження вказували, що високочастотні звуки можуть бути проявом стресу, тоді як низькочастотні — навпаки, притаманні тваринам у комфортних середовищах і ситуаціях. І одним із завдань, які собі поставили цього разу вчені, було перевірити цю закономірність.

Як слухали тварин?

Досліджувати взялися свиней, що вирощуються на комерційних фермах. Вчені використали наявні бази даних, отримані з попередніх досліджень, та доповнили їх власними записами в лабораторних умовах, і зрештою отримали набір із понад 38 000 звуків свиней різних статі, віку та породи. Вигуки охоплювали різні ситуації, з якими тварини стикалися під час свого життя — від позитивних, як-от контакт поросят із матір'ю, возз'єднання з сім'єю, та до негативних, як-от кастрація й забій. Також у лабораторіях свиней піддавали ситуаціям, які характеризуються менш явним емоційним забарвленням. Наприклад, тварин поміщали в пусті арени або арени з іграшками, їжею чи новими невідомими їм предметами. У цей час, окрім вокалізації, реєструвалася поведінка та серцебиття тварин.

Піддослідні поросята в комфортних умовах, що представляли позитивну ситуацію. Elodie Briefer / University of Copenhagen

Піддослідні поросята в комфортних умовах, що представляли позитивну ситуацію. Elodie Briefer / University of Copenhagen

Утім, не всі записи були придатні для аналізу. Відсіявши з них ті, що мали погану якість, зокрема сторонні шуми, науковці отримали базу даних із 7 414 звуків, що належали 411 свиням. Записи проаналізували за допомогою сучасного програмного забезпечення, зокрема алгоритмів нейромереж, щоб виявити, як вони пов'язані із позитивними, негативними та нейтральними ситуаціями й емоціями.

Чи навчилися розуміти свиней?

Результати цієї роботи також свідчать, що у позитивних ситуаціях, коли тварина почувається добре, вона схильна видавати низькочастотні звуки, типу рохкання. Натомість високочастотні звуки, як-от вереск, частіше зустрічається у свиней під час стресу. Але вчені також виявили нову закономірність: у позитивному контексті як низько-, так і високочастотні звуки характеризувалися відносно короткою тривалістю та незначною амплітудою. А якщо говорити конкретно про хрюкання, то в позитивному контексті воно переважно починалося із вищих частот і закінчувалося нижчими. За словами вчених, емоційний стан тварин пояснював 27 відсотків варіабельності тривалості низькочастотних звуків та 30 відсотків високочастотних.

Отримані результати вчені згодували комп'ютерному алгоритму. Натренувавшись виявляти відмінності у звуках, він зумів на основі них із точністю в 91,5 відсотка визначити емоційний стан свиней і з точністю 81,5 відсотка — ситуативний контекст вокалізації. При цьому він обробляє більш ніж 50 спектрограм в секунду, використовуючи потужності звичайного смартфона. Тому науковці сподіваються, що їхнє відкриття посприяє розробленню доступних та ефективних пристроїв для оцінювання не лише фізичного, а й ментального добробуту свиней на фермах.

спектрограм
Візуальне зображення спектру частот сигналу.