Un software identifica especies de animales por los sonidos que emiten

Biólogos, consultores ambientales y apreciadores de animales puede utilizar esta herramienta informática

Por Elton Alisson

Agência FAPESP – Los biólogos que realizan estudios de campo destinados a la identificación de especies de animales podrán contar en poco tiempo más con una nueva herramienta informática.

Científicos de la Fonoteca Neotropical Jacques Vielliard (FNJV), de la Universidad de Campinas (Unicamp), interior de São Paulo (Brasil), en colaboración con colegas de los laboratorios de Historia Natural de Anfibios Brasileños (LaHNAB) y de Sistemas de Información (LIS) de la misma universidad, están desarrollando un software cuyo objetivo es la identificación de especies de animales a través de la vocalización: el canto de los pájaros, el croar de las ranas o el zumbido de los insectos.

La versión beta (en etapa de desarrollo) del software –bautizado Wildlife Animal Sound Identification Systen (WASIS)– es el resultado del proyecto de investigación “NavScales: la navegación a través de escalas en el espacio y en el tiempo y los dominios del conocimiento”, realizado con apoyo de la FAPESP en el marco de un acuerdo de cooperación con Microsoft Research, y coordinado por Claudia Maria Bauzer Medeiros, docente del Instituto de Computación de la Unicamp, y puede bajársela gratuitamente.

“La idea es que utilicen el software tanto los científicos, para la identificación de especies en campo, como los consultores ambientales, que deben hacer mapeos de especies de animales presentes en una determinada área, o incluso el público lego que aprecia los cantos de los animales”, dijo Luís Felipe Toledo, docente del Instituto de Biología de la Unicamp y uno de los participantes del proyecto.

De acuerdo con el investigador, quien también es el curador de la fonoteca, cada especie de animal posee una vocalización específica y “canta” siempre con un patrón de determinadas frecuencias (del grave al agudo) y de potencia (volumen) durante un tiempo determinado.

“Esto es el resultado de la selección natural y sexual. Hay animales que sólo cantan en el rango de frecuencia de 2 kilohercios (kHz), mientras que otros emiten sonidos siempre en la franja de los 4 kHz”, comparó.

Con base en estos dos parámetros –potencia y frecuencia–, el software logra distinguir vocalizaciones de diferentes especies, tales como pájaros, anuros e insectos, entre varios otros.

Comparación de registros

Para efectuar el reconocimiento de la especie, el software carga un archivo de audio de vocalización de un animal captado por un científico en una investigación en campo, por ejemplo.

Posteriormente, el sistema computacional selecciona los rangos de frecuencia del archivo y verifica el mayor pico de potencia de cada uno de ellos.

Por último, el software almacena esas franjas de frecuencia seleccionadas y las compara con registros de vocalización de animales almacenados en un banco de datos que está montándose a partir de la colección de la FNJV.

Mediante análisis de correlación, el sistema indica si el archivo de audio analizado tiene semejanzas con algún registro de la vocalización de un animal presente en el banco de datos.

“El software indica cuál es la probabilidad de que un registro de audio de un animal sea similar a un registro de vocalización ya catalogado en el banco de datos”, explicó Toledo.

Con el fin de facilitar el trabajo de identificación de cada especie, el usuario puede establecer filtros de comparación. Si cree que el audio registrado es de la vocalización de un pájaro, por ejemplo, puede solicitar que el software compare el archivo únicamente con los registros de vocalizaciones de aves existentes en el banco de datos.

Pero si no tiene ni idea de qué animal emitió el sonido, puede solicitar que el software compare el archivo con todos los registros presentes en la base de datos.

“El software también posee un filtro del lugar de la grabación, porque es sabido que un animal de un determinado sitio vocaliza de una forma distinta que otros animales de otra región”, dijo Leandro Tacioli, técnico de la FNJV y participante en el proyecto de desarrollo del software.

“Ese dato puede ayudar a refinar la búsqueda”, afirmó Tacioli, quien está realizando una capacitación técnica con Beca de la FAPESP.

La versión beta del software se encuentra disponible únicamente para el sistema operativo Windows, pero, durante este semestre, los investigadores presentarán una versión 1.0 final, que funcionará también en Linux y Mac OS. Actualmente, el banco de datos de la versión beta del software posee alrededor de 200 vocalizaciones de la colección de la FNJV.

La idea consiste en agregar periódicamente nuevos registros a la fonoteca. “Nos encontramos trabajando en un proceso de alimentación del banco de datos con nuevos registros, que es una tarea que requiere mucho tiempo”, afirmó.

“Debemos oír el audio y verificar si es de buena calidad antes de insertarlo en el banco de datos”, comentó Tacioli.
 

Ayuda en las investigaciones

El software también podrá ayudar en el trabajo de identificación de especies de animales según la vocalización que realizan los investigadores y técnicos de la FNJV.

La colección de la FNJV –la mayor fonoteca de América del Sur y una de las siete mayores del mundo– reúne más de 30 mil archivos de vocalizaciones de animales digitalizados y protegidos.

Aparte de esos 30 mil registros, tomados buena parte de ellos a partir de los años 1960 por el ornitólogo francés Jacques Vielliard –pionero de la bioacústica en Brasil y fallecido en 2010, quien era docente de la Unicamp y que le da el nombre a la fonoteca–, la FNJV también posee más 10 mil archivos de audio que deben aún digitalizarse, para luego incorporarse a la colección.

“Contamos con muchos registros de difícil identificación, pues no disponemos de datos tales como la especie, la fecha, la hora y el lugar en donde se los tomó”, dijo Tacioli. “El software puede facilitar ese trabajo de identificación y ayudar a detectar especies en grabaciones realizadas actualmente por los científicos en sus trabajos de campo”, afirmó.

Según Tacioli, hay muchos investigadores que dejan grabadores autónomos en el bosque durante la realización de estudios de campo, que permanecen encendidos durante días.

La escucha de toda la grabación para intentar identificar vocalizaciones de animales es un trabajo que requiere mucho tiempo. “El software podría cargar el archivo de audio y hacer un barrido para identificar eventuales vocalizaciones por rangos”, evaluó.

El software se empleará en el marco de un proyecto que los investigadores de la FNJV están empezando, cuyo objetivo consiste en reunir cantos de anfibios de todo el mundo para intentar establecer la filogenia (la relación evolutiva) de ese grupo de animales.

“Ese trabajo sólo es posible si se cuenta con colecciones ricas y muy diversificadas”, dijo Toledo.

Depósito en colecciones

Al final del mes de enero, el investigador, junto con Cheryl Tipp, curadora de sonidos de vida silvestre y medio ambiente de la British Library, de Londres, y Rafael Márquez, investigador del Museo Nacional de Ciencias Naturales de Madrid, España, publicaron una carta en la revista Science reivindicando que los registros audiovisuales de animales se depositen en colecciones científicas, con el fin de preservarlos y permitir el acceso a los mismos.

Cuando un científico describe una nueva especie, tiene la obligación de recolectar al animal en la naturaleza y depositarlo en un museo de zoología.

Al publicar trabajos sobre secuencias del ADN de un organismo, de un animal o de un vegetal, debe publicar los datos online, en bases de acceso abierto tales como GenBank, el banco de datos de secuencias genéticas de los National Institutes of Health (NIH) de Estados Unidos.

Sin embargo, no se exige este tratamiento para registros audiovisuales de animales, tales como grabaciones de cantos o películas y fotos, que son tan importantes como los otros datos, comparó Toledo.

“Les estamos sugiriendo a los editores de las revistas científicas que empiecen a exigir el depósito de los registros audiovisuales realizados durante las investigaciones en fonotecas, museos o en cualquier banco de datos de acceso abierto online, a los efectos de permitir que se llegue a esos datos”, afirmó.

En el pasado era más difícil almacenar y compartir registros audiovisuales, pues los archivos eran pesados y requerían muchos megabytes para mantenérselos en bancos de datos.

Pero en la actualidad es posible digitalizar los archivos y enviarlos más fácilmente a una fonoteca tal como la FNJV, o a un museo, con el fin de catalogarlos e incorporarlos a las colecciones.

“Al depositárselo en una fonoteca, el registro audiovisual no solamente queda preservado, sino que también permanece a disposición para su consulta por parte de la comunidad científica”, afirmó Toledo.

“Esos registros audiovisuales generan datos relevantes que son de fundamental importancia, tanto para la conservación como para el avance del conocimiento sobre la biodiversidad”, sostuvo.

La versión beta del software WASIS puede bajarse en el sitio web del LaHNAB, en www.naturalhistory.com.br/wasis.html.

Y puede leerse la carta The value of audiovisual archives (doi: 10.1126/science.347.6221.484-b), de Toledo y otros, en la revista Science, en: www.sciencemag.org/content/347/6221/484.2.