基于神经网络预测大熊猫交配成功率的新方法

国宝大熊猫憨态可掬,但是繁衍后代却是一个老大难问题。总共发情时间就那么几天,还可能因为雄性大熊猫要吃饭睡觉而错过。如果能预测大熊猫交配的成功率,就能为繁育工作提供很大帮助。

近日,四川大学、成都大熊猫繁育研究基地和四川省大熊猫科学研究院的研究者公布了一项基于神经网络预测大熊猫交配成功率的新方法。这种方法能够根据大熊猫的叫声快速给出预测结果。

我们都知道,大熊猫是地球上最濒危的物种之一,但我们并不清楚它为什么会濒危。

研究表明,大熊猫成为濒危物种主要是因为繁殖艰难,而繁殖难的问题主要源于「性冷淡

熊猫的繁殖季节时间非常短,一年 365 天中,最佳交配时间仅有 1 天。更令人惆怅的是,雄性熊猫每天将大把的时间用来吃饭和睡觉,压根注意不到异性,所以生育率一直很低。

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传统上,认定大熊猫的发情与确认交配结果(即是否交配成功)是基于它们的荷尔蒙分泌情况来评估的,这种方法操作非常复杂,而且无法实时获得结果。
近期的研究表明,处于繁殖季节的大熊猫会有特殊的发声行为,这为分析大熊猫的交配成功情况提供了新的机会。
Benjamin D. Charlton 等人发现:在交配时,大熊猫发出低音是一种积极信号,表明它有良好的意愿,而咆哮和嚎叫通常表示拒绝。他们在自己的研究中以人工方式定义了 5 种不同的大熊猫叫声,并基于人工设计的声学特征使用聚类方法对叫声数据进行了分组。尽管他们的研究表明大熊猫的发声行为与交配结果确实存在相关性,但他们并未提供用于预测大熊猫交配成功率的自动化解决方案。
受近段时间语音识别方法快速发展的启发以及计算机技术在野生动植物保护方面的应用,四川大学、成都大熊猫繁育研究基地和四川省大熊猫科学研究院的研究者提出根据大熊猫的发声情况来自动预测其交配的成功率。
为此,他们将这个问题定义成了一个语音情绪识别(SER)问题。他们没有使用人工定义的特征和发声类型,而是使用了深度网络来学习不同的发声特征,自动预测交配成功率。 
图 1:基于大熊猫发声行为的自动交配成功率预测能更好地协助大熊猫繁殖
研究者对学习到的发声特征进行了可视化分析,结果表明新提出的方法是有效的。作者也对预测准确度进行了定量分析,结果表明基于音频自动预测大熊猫的交配成功率是可行的。这项研究有望更加智能地帮助繁殖大熊猫。
论文链接:
https://arxiv.org/abs/1912.11333
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