对话西北大学郭松涛：继“猴脸识别”后，如何用AI“读心术”，读懂动物的情绪和疼痛？
搜狐科技《思想大爆炸——对话科学家》栏目第107期，对话西北大学生命科学学院教授郭松涛。
️嘉宾简介：
郭松涛，西北大学生命科学学院教授，中国动物学会理事，国际灵长类学报副主编。聚焦动物生态学研究，运用行为学、分子生物学及基因组学等多学科技术，揭示野生动物在极端环境和群体生活中的适应性进化机理，探索动物与环境相互作用的生态学核心问题。
️划重点：
1.情绪是生理过程，也是心理过程，情绪是复杂的，目前有关情绪的定义还没有科学共识。
2.目前我国用于动物的原创性和具有颠覆性的AI使用技术还较少，尤其是深度应用AI识别和智能管理的技术不多。
3.技术是是客观的，使用是主观的，我们现在做的事情就是为了减少未来动物们和我们在相处过程中的痛苦。
️出品 |搜狐科技
️作者 |周锦童
️编辑 |杨锦
近日，Science报道了一系列利用人工智能技术解读动物情绪和疼痛的研究成果，或许未来我们能够借助人工智能精准地理解动物的内心世界。
比如西英格兰大学开发了能够识别出猪是否表现出疼痛、生病或情绪不安的迹象的“智能猪”系统；海法大学开发出了用于帮助人们寻找丢失宠物狗的面部识别软件等。
在中国，灵长类动物研究专家——西北大学生命科学学院郭松涛教授与计算机学院许鹏飞教授以及西安电子科技大学苗启广教授，也联合研发出了“猴脸识别技术”，未来还试图读懂它们的表情和情绪。
展开全文科学家们具体是如何使用AI技术破解动物行为研究难题的？搜狐科技对话了郭松涛教授。
️猴子“张大嘴”，可能是在安慰？
郭松涛主要以灵长类动物研究为主，灵长类有近50%的面部动作与人类相似，这源于我们作为哺乳动物的表情肌肉和脑神经发育的同源性。
人类有12对脑神经，分别控制着头面部五官和18个表情肌肉的感觉和运动。在进化历史中，两栖类只有10对脑神经，但到了爬行类就和我们一样进化到了12对脑神经。比如嗅神经，视神经，动眼神经，滑车神经，外展神经，三叉神经等。
“在不同动物中，头面部肌肉部位的发育程度不同，执行对头面部动作表达能力就不同，比如我们人类的动耳肌相对于其他哺乳动物就退化了。”郭松涛举例道。
至于表情和情绪，郭松涛表示：“面部表情的表达分为自主的和不自主的，情绪是复杂的，目前有关情绪的定义还没有科学共识。”
比如我们人类常见的基本情绪有喜悦、愤怒、悲伤、恐惧、厌恶、惊奇、羡慕，而常见的由道德产生的情绪更复杂，包括窘迫、内疚、害羞和骄傲。金丝猴也是如此，有类似人类悲伤、惊奇、恐惧等情绪。
情绪是生理过程，也是心理过程。“从金丝猴本身来看，雄性金丝猴常用‘张大嘴’的表情，虽然在人类看来是恐吓，但我们发现它也有安慰的功能；当其他个体死亡后，周围的金丝猴会在旁边像人类默哀一样，表现出低眉顺眼很悲伤的样子；有时候它们也会避免直视，这并不是‘害羞’，可能是示弱。要同周围环境结合起来定义表情的功能，是非常复杂的。”郭松涛举例道。
了解了灵长类动物的情况，回归到研究本身，郭松涛分享了动物近距离个体识别所依靠的3种技术。
“首先我们利用深度学习技术对动物面部识别模型进行训练，利用AI通过扫描动物面部来实现个体的身份识别，有点像我们人脸识别，然后我们在对不同物种识别的基础上，还进一步发展了对个体的识别。”
“第二种是通过动物骨架识别，但并不是它真正的骨骼，而是一种骨架模型的算法，第三种是光流影像识别，就是通过影像每一帧的变化来进行识别，这两种都是通过动物独特的个体形态和动作特征来实现个体识别的。”
在郭松涛看来，这些技术的实现和初步应用，部分打通了智能化监测的技术路线，同时也为动物监测智能化保护时代的到来奠定了一定的技术基础。
郭松涛还介绍了他们开发的Tri-AI系统。“之前物种识别的AI方法，并没有对个体进行识别，但我们实现了三步自动识别，将个体从环境中找到、识别并持续跟踪，这也是‘Tri’名字的由来，要知道找到一个在复杂环境中具有伪装特征的动物并不容易，后续还要持续跟踪。”
不仅如此，郭松涛团队还将白天拍到的可见光信号与夜间拍摄肉眼看不见的近红外光信号的影像都进行了训练，用于高精度识别个体，这样他们的系统就可以全天候的监测野生动物，而传统方法只对白天的物种影像进行识别。
“夜间图像身份识别，靠的是近红外影像，可以搜集从动物和其他物体反射的近红外信号，分辨率虽然没有可见光波段的影像高，但足以分辨出不同个体，而要训练这个影像的模型，关键是如何建立一一对应的数据库。”郭松涛如是说。
因此，他们在长期的野外观察中，经过特殊设备的DIY改造，定向采集到了足够多一一对应的个体数据，成功训练了相关的深度学习模型，这才实现了全天候的野生动物监测。据了解，目前该技术的准确度可以达到98%甚至99%。
️“希望洞悉更多令人惊讶的动物世界”
现如今，AI赋能动物领域的相关研究越来越多，郭松涛团队和计算机学科合作也有近十年的时间了，是我国比较早开展此项研究的团队。
谈及研究初衷，郭松涛表示：“最开始是出于好玩，其实做科学研究最大的动力就应该是兴趣，对于复杂的生命活动，我们通过肉眼和自身经验能够获取的信息始终是非常有限的，但如果我们能站在超过我们直觉和经验观察之上的数据信息上，或许能够洞悉到更多令人惊讶的动物世界。”
“我们总会思考AI到底是什么，许多人觉得AI是一种工具，但我想AI本身是一种思路，不仅仅是工具，它可以帮研究者采集挖掘新数据，也可以为我们提供融合创新的新思路，科学研究的本身，不存在学科的界限，AI能够让我们更容易打破学科壁垒，产生新的创新思路。”郭松涛补充道。
此外，郭松涛还分享了在研究中遇到的难题。“最大的难题就是要寻找不同学科的共性问题，以及让团队每个人知道其他学科的人在做什么，有机融合，是最大的难题。毕竟让计算机学科来解决我们的问题，时间久了他们会觉得没意义，我们做动物学的也要知道他们在做什么才可以更好地合作。”
只有每个人在实现技术目标的过程中，都知道其他人在做什么，自己要做什么，这个事情才好办。因此，郭松涛让每个人都尽可能地使用广普和简单的语言让其他学科的人理解他所做的研究，以此来实现技术流程的无缝衔接。
用他的话说，让自己和专业人士明白这件事并不难，但更多地需要让老百姓明白，那这件事就做成了。
我们国家是AI使用的大国，与动物应用相关的AI技术应用量也处在世界前列。但在郭松涛看来，用于动物或动物相关行业、产业的原创性和具有颠覆性的AI使用技术还较少，尤其是深度应用AI识别和智能管理的技术不多。
“这可能与工艺改造和技术提升的工艺设计缺乏有关系，但我们国家需求量大，所以前景是非常广泛的，我想这需要企业或相关单位进行自下而上的推动，关注和投资这类技术的研发，谁先拥有先进技术，谁先从中获利。”郭松涛如是说。
️希望未来能减少动物和人类相处过程中的痛苦
灵长类动物的行为最为复杂，如果能够解决灵长类相关的识别和监测问题，相对其他动物来说就简单多了。郭松涛目前的研究涉及了实验猕猴，实验鼠，以及经济动物猪、牛、羊、鹿，还有其它一些重点保护动物，比如虎、豹、熊、羚牛，斑马等40多种野生动物。
他们的技术主要应用在保护区、动物园、学术研究的实验室以及科普基地，可以对野生动物进行个体识别和个体监测等，毕竟这比人工进行个体识别要方便和准确的多。
“我们下一步的计划就是要打通这些技术链路，打造先进的动物身份识别、行为识别和定量以及整合生理自动监测技术，实现对动物的智能化监测和管理，这也能有效提高我们对动物本身生理活动的认知能力。”
“未来我们期望能够将这些技术应用于养殖行业，更大地赋能这些行业的发展，极大地节约成本，提高生产效率。目前我们的思想是比较粗放的，但如果每头猪每天天能节约一斤粮食，由于猪的数量庞大，粮食是有大量的节约空间的，可以说这是一项与国家生产安全相关的技术。”
“当然动物资源量以及资源的多端变化也可以用到这样先进的技术，在这方面我们是比较落后的，未来可以对动物保护，饲养和管理进行赋能，这是我们作为科学家的责任，至于产业化是需要多方面参与的，可能还需要业界的支持，毕竟我们的力量有限。”郭松涛如是说。
谈到这里，肯定有许多网友表示质疑，人类解读动物情感是不是有违伦理？
对此，郭松涛表示：“技术是是客观的，使用是主观的，如何使用是有道德和法律约束的，目前人类对自身情感认知还存在着许多障碍，更别说动物情感了，人类对动物的情感认知还远远没有达成共识。”
比如有些人会把猫、狗、鱼或其他的动物当作自己的宠物伴侣，但有些人可能会把猪牛羊、鸡鸭、鱼当成食物，也有人认为动物和人类一样，都是大自然的一部分，是平等的。
但在郭松涛看来，不管哪种认知，对动物行为的深刻认识，总会让我们更加了解这个世界，并尽可能找到与之和谐的相处之道。
面对网友的质疑，郭松涛表示很欣慰，他觉得能有这种想法是非常好的，因为大家上升到另一个层面来体会作为动物的感受了，况且动物伦理本身就是应该遵守的规则。
“我们现在做的事情也是为了减少未来动物们和我们在相处过程中的痛苦，比如每年有几万只实验猴，在实验的时候我们并不知道它们有多痛苦，我们现在做的事就是量化它的痛苦、疼痛程度并通过某种手段进行分析，这样在未来使用动物与动物相处的过程中，能够有效避免人类带给他们的刺激，这也是对动物福利的巨大提升。”郭松涛感慨道。
