DeepSqueak, gli scienziati decodificano il linguaggio ultrasonico dei topi (VIDEO)

Un software traduce la comunicazione tra topi in sonogrammi. Tecnica che può servire anche per le dipendenze da droghe

[17 Gennaio 2019]

Molti ricercatori sanno bene che topi e ratti sono animali sociali e loquaci: passano tutto il giorno a “chiacchierare” tra loro, ma nessuno sapeva cosa si stessero dicendo, anche perché molte vocalizzazioni dei roditori non possono essere udite dagli esseri umani e i programmi informatici esistenti per rilevare queste vocalizzazioni sono difettosi: raccolgono altri rumori, sono lenti nell’analizzare i dati e sono poco flessibili  e per rilevare i richiami si basano su algoritmi basati su regole.

Ora lo studio “DeepSqueak:  A  Deep  Learning  Based  System  for  Detection  and Analysis of Ultrasonic Vocalizations” pubblicato su Neuropsychopharmacology da Kevin Coffey, Russell Marx e John Neumaier dell’università di Washington – Seattle, presenta un nuovo software che sembra “tradurre” il linguaggio dei roditori.

Coffey e Marx, due giovani scienziati della School of medicine dell’università di Washington – Seattle hanno sviluppato il programma DeepSqueak, che abbatte la barriera tecnologica e facilita una più ampia ricerca sulla vocalizzazione dei roditori. I ricercatori spiegano che «Questo programma prende un segnale audio e lo trasforma in un’immagine, o sonogramma». Trasformando il problema da audio a visivo, i ricercatori hanno potuto sfruttare i più avanzati algoritmi per la visione artificiale sviluppati per le auto a guida autonoma e sottolineano che «DeepSqueak rappresenta il primo utilizzo di reti neurali artificiali profonde nel rilevamento di squittii».

Marx evidenzia che «DeepSqueak utilizza algoritmi biomimetici che imparano a isolare le vocalizzazioni fornendo esempi etichettati di vocalizzazioni e rumore». Marx è un tecnico del laboratorio Neumaier, che indaga su comportamenti complessi relativi allo stress e alla dipendenza, e ha creato il programma con Coffey, la cui specialità è lo studio degli aspetti psicologici della droga.

Finora, i tre ricercatori statunitensi hanno scoperto che «Gli animali hanno un ricco repertorio di richiami, circa 20 tipi» e Marx spiega a sua volta: «A quanto pare, ratti e topi hanno questa ricca comunicazione vocale, ma è molto, molto al di sopra del nostro range di ascolto … quindi è stato davvero difficile rilevare e analizzare questi richiami. Quindi il nostro software ci consente di visualizzare tutte quei richiami, esaminare la loro forma e struttura, riprodurli e classificarli».

Per spiegare la natura complicata della dipendenza e il rapporto con questo studio, Coffey fa notare che «Con l’abuso di droghe si vedono sia emozioni negative che positive. I roditori sembrano i più felici quando viene anticipata una ricompensa, come lo zucchero, o quando stanno giocando con i loro coetanei. È interessante notare che quando due topi maschi sono insieme emettono ripetutamente gli stessi richiami. Tuttavia, quando sentono un topo femmina nelle vicinanze, le loro vocalizzazioni sono più complesse, come se stessero cantando una canzone di corteggiamento. Questo effetto è ancora più forte quando il topo maschio può annusare ma non vedere il topo femmina. Questa osservazione suggerisce che i topi maschi hanno canzoni distinte per le diverse fasi del corteggiamento».

Neumaier, che insegna psichiatria e scienze comportamentali alla School of Medicine dell’università di Washington – Seattle e che è direttore associato dell’ Alcohol and drug abuse institute spiega a sua volta: «Il nostro  suo obiettivo è sviluppare trattamenti per l’uscita dalla dipendenza da alcol od oppioidi. DeepSqueak aiuterà il mio laboratorio ad arrivarci molto più velocemente», Secondo Neumaier,  Coffey e Marx  hanno il compito di compito di fare qualcosa che nessuno è stato ancora in grado di fare: rendere le vocalizzazioni ultrasoniche accessibili e ampiamente disponibili con un metodo molto economico.

«Siamo interessati principalmente all’utilizzo di DeepSqueak per migliorare la nostra comprensione dei disturbi psichiatrici come ansia e depressione. Le vocalizzazioni forniscono informazioni sullo stato dell’animale che possiamo usare per giudicare l’efficacia dei nostri trattamenti – ha detto Coffey  in un’intervista a Laboratory Equipment – Fondamentalmente, gli animali possono dirci direttamente come si sentono. Per fare un altro esempio, le vocalizzazioni potrebbero anche essere efficaci per tracciare i disturbi neurodegenerativi che influenzano la parola, come il morbo di Alzheimer».

Neumaier conclude: «Se gli scienziati possono capire meglio come le droghe cambiano l’attività cerebrale per provocare piacere o sentimenti spiacevoli, potremmo escogitare trattamenti migliori per la dipendenza»,

Il team si rende anche conto che ascoltare roditori in laboratorio potrebbe essere utile ad altri ricercatori o per migliorare il benessere degli animali. Ecco perché stanno rilasciando il software gratuitamente tramite Github. DeepSqueak non è il primo tentativo di comprendere il linguaggio dei topi, ma rende il processo molto più efficiente. A dicembre  National Geographic ha pubblicato un articolo sui ricercatori che studiano il topo californiano (Peromyscus californicus) che, come la maggior parte dei roditori, comunica anche con gli ultrasuoni, e che sono stati in grado di determinare quali richiami mostravano rabbia e erano amichevoli e hanno persino scoperto che i topi monogami, quando si ritrovano dopo essere stati separati “discutono”. Secondo questi ricercatori, studiare le vocalizzazioni del topo è importante per capire i piccoli mammiferi quanto il canto degli uccelli lo è per l’avifauna e sono convinti che decifrare il loro linguaggio cambierà drasticamente ciò che sappiamo sulla vita sociale delle 1.300 specie di roditori che vivono sulla Terra.