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魚會吵架嗎? 看嚴宏洋博士談「魚類溝通的多樣性」小感

活躍星系核_96
・2016/11/09 ・2595字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 539 ・八年級

文/周文豪|國立自然科學博物館副館長

先感謝嚴宏洋大師於 2016 年 11 月 4 日「週末 Let’s go! 分享大師視野」帶來的講題「魚類的溝通多樣性」。題目改成「嚴宏洋的溝通多樣性」也合適,他演講的肢體語言特多、表情豐富,又演又講的,堪稱「唱作俱佳」,儼然名嘴大師。

嚴宏洋老師演講畫面。圖/作者提供
嚴宏洋老師演講畫面。圖/作者提供

猶記得 E. O. Wilson 於 2007 年獲頒「TED Prize」時,頒獎後給了一個 24 分鐘的演講,我至今未忘他說了一段話:

「單單一克的泥土裏就有 6000 新種細菌,一百億個細菌;那麼一噸沃土就有近四百萬種的細菌。我們要問:那些傢伙到底在裡頭幹嘛?答案是:我們根本不知道。」

台灣海域有 3130 種魚類,約占世界總數的十分之一,物種多樣性奇高。我們同樣要問:「那……這些傢伙到底在海裡幹嘛?」

那天,聽了一席「宏洋」之講,讓我們很輕快、可以不猶豫地回應:「我們知道,牠們一直在海裡『溝通』。」嚴大師真不是蓋的,這位老調皮有令人無法不愛他的特質,他用自己的研究鋪陳這次演講,原汁原味,最是了得。

說起「我們每個人體內都有一條魚!」還真有這麼一回事。魚,多樣的溝通方式有聽覺、視覺、嗅覺、味蕾、費洛蒙、側腺、放電等,除了側腺,我們人類也都有了。那您說:「放電呢?」「呵!不是說有的姑娘眼睛會放電嗎?」(hmmm……筆者只能說,千萬別跟我老婆說啊!)

整理一下演講中魚類的「眼、耳、鼻、舌、身」的溝通特性。

:不同深度的海域因能到達的光波長不同,生活其中的魚類能夠看到的光色也不相同。有些魚類小時候生活在淺水域,適應紅光環境,長大後移往深處,改適應藍或紫光環境。

:內耳能感知水下的聲音與震動;有的魚能發音求偶、搶地盤。量音大、頻率低、能持久等要素,可做為求偶搶地盤的輸贏判斷。

:外鼻孔就只有嗅覺,並沒有呼吸功能。在迴游的過程中,嗅覺扮演重要的角色,能分辨原棲地的味道;在水產養殖上,可在飼料內加入小卷粉,那是魚類喜歡的味道,能引誘魚來吃,否則飼料白費、血本無歸。

:魚的舌是個閒差,因為魚的味蕾可分佈到口腔內壁、口的附近、或全身幾處,用來感知水中的化學訊號。

: 1.身上的色彩有偽裝、欺敵甚至有廣告彰顯的功能;2.有些魚種可分泌費洛蒙或警戒物質,行種間溝通,具交配或避敵作用。3.有些魚種會發出電流,或演化出接收生物電場的受器,進行種間、種內溝通或攻擊獵物。

嚴大師習得一身武藝,念一口好魚經,曾被延聘到巴拿馬美洲熱帶鮪魚協會(IATTC)協助養殖上的問題,在那兒黃鰭鮪的幼魚死亡率居高不下。他重托,鉅金禮聘飛往解決,一到養殖場,右眼一瞄、左眼一掃,馬上洞悉癥結。他運用幼魚的視覺特性,只換了燈泡改變養殖場的照明波長,就把存活率提升超過八成,真嚴神也!

可是他也感嘆了,怨說:「我們成了成功的受難者。事情一次解決後,隔年就不再找我們去了,早知道就應該有些謀略,先留一手分幾年完成,可多賺一點……。」顯然他在基礎研究上成功得意,但在應用戰略上失算了,只能怪老頑童本性純真。欸……這也難能可貴啦。

筆者雞婆地問:「在許多生物族類中,可清理出許多演化適應的戰術(strategy)類型,但魚類有沒有戰略(tactics)?」大師的回應改日再來討論。

兩隻魚同時放電會怎樣?

演講途中,大師要二位學生上台演示,讓二人面對面相隔 3 公尺,一聲令下二人同時前進,當兩人要相碰時,兩人各向一邊閃開,並沒撞上。為什麼沒撞上?我們想像得到,當兩人越走越近時,二人都在注意對方往哪個方向閃,以至於在即將接觸那一刻驟下判斷閃過去了。

大師用此演示來說明弱電魚平常以同一頻率放電,可是當兩魚相遇時,放電頻率竟然會錯開,形成一高一低的情形,稱為避免干擾反應(Jamming Avoidance Response)。過去我們稱此為性狀錯位(Characters displacement)的例子,發生在族群或相近物種間,演化導致性狀錯位利於資源區隔,但這兒是同種魚個體間的頻率錯位,可避免相互干擾。

曾閱讀一則科學報導,說:鳥為何在空中不會相撞?因為基因讓鳥在閃避時都向右,所以面對面而來的二隻鳥各自向右閃而避開了。可是,大師所提的是放電頻率相閃,由誰決定誰往高頻閃誰往低頻閃?如何決定?說實在,這和二人或二鳥「左右相閃」是不同的。大師答說,一開始,正面遭遇二魚所發出的頻率確實會上下震盪,不知如何是好,可是過一下子就頻率錯位了。總之,錯位之前會有一段過程,到底在這過程中發生什麼事?令人好奇。

魚有自由意志嗎?

有學生舉手發問:「請問魚有沒有『自由意志』。」又是一個大哉問。筆者大學時老師就提過,就我所知,「人有無自由意志」本身就是一個吵不完的大問題,更不用說「動物」了!

演講結束後我遇上該生,便問他為何有此一問,特別是他已是哲學系學生,課堂上應該會有相關討論。他說:「只想聽科學家親口說。」好樣的,這才是求知態度。

當「自由」一詞定義多元時,辯論就沒有了結的一天。我用「simple and elegant」的思維,選用德國神經生物學家 Martin Heisenberg 的觀點來說明。Heisenberg 採用康德的說法:如果一個人出於自願,為其所欲為,就可以稱之「自由行事」。Heisenberg 主張只要人類的適應行為是自發性的,就可視為「自由」。看起來,Heisenberg 主張人有自由意志。

行動(action)和反應(reaction)是 M. Heisenberg 用來論述的兩個詞彙,其區別在於前者不依靠外界的刺激。動物有許多行為模組,根據大腦的反應與隨機變化而被激化。當動物在無心理準備、訊息不明、不及因應之際,就必須找到可供調適的模組。大腦會隨機、持續地被提前激化,或擱置另選模組,直到完成「反應」。

Heisenberg 強調:「有很多證據顯示,動物的行為不能化約為反應。」他的實驗顯示果蠅會主動產生避開危險的行為,並有穩定的方向感。

至於兩隻弱電魚相遇,各自調整脈衝頻率成一高一低,是「自由意志」嗎?恐怕有得聊了。


為增進社會大眾對科學有更深入的瞭解,科技部結合國立自然科學博物館資源,共同規劃出一系列近週末的大眾科學教育專題演講,邀請不同科學領域的傑出專家學者,深入淺出地引領大眾窺探科學發現的趣味與甜苦,並融入人文、倫理、藝術與社會關懷的對話,以期兼顧科學普及與人文涵養的提升。

  • 演講直播網址1: http://ppt.cc/LmJQs
  • 備用直播網址2: https://www.youtube.com/watch?v=iY0eBh68c7E

(演講錄影近期可上科技部「科技大觀園」網站瀏覽。)

本文經作者授權刊登。

 

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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia


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Deepfake 不一定是問題,不知道才是大問題!關於 Deepfake,你需要知道的是⋯⋯?

TingWei
・2022/01/24 ・3489字 ・閱讀時間約 7 分鐘

編按:你的理智知道「眼見不為憑」,但你的眼睛還是會背叛你的理智,不自覺得被眼前的影像所吸引,儘管你真的、真的知道他是假的。Youtuber 小玉於2021年底涉嫌利用 Deepfake 技術,偽造多位名人的色情影音內容並販售的事件,既不是第一起、也不是唯一、更不會是最後一個利用「深偽技術」進行科技犯罪的事件。

當科技在走,社會和法律該如何跟上甚至超前部署呢?本次 Deepfake 專題,由泛科學和法律白話文合作,從Deepfake 技術與辨偽技術、到法律如何因應,讓我們一起全方位解析Deepfake!

第一篇,讓我們就 Deepfake 技術做一基礎的介紹,那我們就開始囉!

什麼是 Deepfake?

深偽技術 Deepfake 於 2017 年陸續開始進入大眾的目光中。原文 Deepfake 源自於英文「deep learning」(深度學習)和「fake」(偽造)組合,主要意指應用人工智慧深度學習的技術,合成某個(不一定存在的)人的圖像或影片、甚至聲音。最常見的應用,就是將影片中的人臉替換為另一張臉(常是名人),讓指定的臉在影片中做出自己從未說過或做過的事情。

利用深度學習技術合成或是置換人臉的技術,都是屬於Deepfake。圖 / stephenwolfram

現今談到 Deepfake,大多數人想到的可能是偽造的成人影片,就如前述 Youtuber 小玉的事件,Deepfake 一開始受到關注,主要與名人或明星的臉部影像被合成到成人影片有關,然而,Deepfake 的功能遠不僅於此,相關的技術使用還包括了替換表情、合成一整張臉、合成語音等等。

除了像是讓過去或現在的名人在影片中「栩栩如生」做出使用者想要的表情與動作,之前在社群媒體上曾有好幾款 APP一度風靡,包括上傳一張照片就可以看看「變老」「變性」自己的 FaceApp,甚至於讓自己的臉在經典電影中講上一段台詞的「去演」APP,這類的功能也是應用前述 Deepfake 的技術。

雖然有些線索顯示這類 APP 常有潛在的資安疑慮[註],但好歹技術的成果多屬搏君一燦自娛娛人,尚可視為無傷大雅。

「栩栩如生」的愛因斯坦

而過往電影的影音產業要仿造人臉需要應用許多複雜、耗時、昂貴的電腦模擬,有了 Deepfake 相關的技術,也使得許多只能抱憾放棄的事情出現了彌補的空間。最有名的應用應是好萊塢電影《玩命關頭7》與《星際大戰》系列。《玩命關頭7》拍攝期間主角保羅・沃克(Paul William Walker IV)意外身亡,剩下的戲份後來由弟弟擔綱演出,劇組再以 Deepfake 的技術讓哥哥弟弟連戲,整部電影才得以殺青上映。

Weta Digital 說明如何讓保羅・沃克的弟弟 Brian O’Conner 能透過 Deefake 的技術,繼續協助 保羅・沃克演完《玩命關頭7》

Deepfake 讓「變臉」變得太容易了?

想想過去的電影如《魔戒》中的咕嚕、或是 2008 年布萊德・彼特主演的《班傑明的奇幻旅程》,將影片或照片中人物「換臉」「變老」的修圖或 CG 技術,在 Deepfake 出世之前就已經存在了。Deepfake 受到關注的核心關鍵在於,應用 AI 的深度學習的演算法,加上越來越強大的電腦與手機運算能力,讓「影片換臉」這件事情變得越來越隨手可得、並且天衣無縫。

利用CG技術把布萊德・彼特「變老」。 圖 / © 2008 – Paramount Pictures

過往電影中採用的 CG 技術要花好幾個月由專業人士進行後製,才能取得難辨真偽的影像效果,而應用了 AI 演算法,只需要一台桌上型電腦甚或是手機,上網就可以取得軟體、有機會獲得差強人意的結果了。

進一步,傳統軟體演算法主要依靠工程師的持續修改調整,而如 Deepfake 這類技術,內部的演算法會經過訓練持續進化。有許多技術被應用於提高 Deepfake 的偽造效果,其中最常見的一個作法被稱為「生成對抗網路(Generative Adversarial Network, GAN)」,這裡面包含了兩組神經網路「生成器(Generator)」和「辨識器(Discriminator)」。

在投入訓練資料之後,這兩組神經網路會相互學習訓練,有點像是坐在主人頭上的小天使與小惡魔會互相吐槽、口才越來越好、想出更好的點子;在練習的過程中,「生成器」會持續生成偽造的影像,而「辨識器」則負責評分,反覆訓練下來,偽造生成的技術進步,辨識偽造的技術也得以進步。

舉例來說,This Person Does Not Exist 這個網站就充滿了使用 GAN 架構建構的人臉,這個網站中的人臉看上去非常真實,實際上都是 AI 製造出來的「假臉」。

This Person Does Not Exist 裡的「假臉」。

Deepfake 影片不一定是問題,不知道是 Deepfake 才是問題

現今的 Deepfake 技術得以持續進步、騙過人眼是許多人努力的成果,也不見得都是壞事。像是《星際大戰:俠盜一號》片尾,年輕的萊婭公主出面驚鴻一瞥,就帶給許多老粉絲驚喜。這項技術應用癥結在於,相關演算法輕易就能取得,除了讓有心人可以藉以產製色情影片(這類影片佔了Deepfake濫用的半數以上),Deepfake 製造的影片在人們不知情的情況下,很有可能成為虛假訊息的載體、心理戰的武器,甚至於影響選戰與輿情。

因此,Deepfake 弄假似真不是問題,閱聽者因此「不辨真假」才將是最大的問題所在。

歐巴馬的 Deepfake 影片

相關的研究人員歸納了幾個這類「變臉」影片常見的特徵,可以用來初步辨識眼前的影片是不是偽造的。

首先,由於 AI 尚無法非常細緻的處理一些動作細節,因此其眨眼、視線變化或臉部抽蓄的動作會較不自然。其次,通常在邊緣處,如髮絲、臉的邊緣線、耳環等區域會出現不連貫的狀況。最後,在一些結構細節會出現不合理的陰影瑕疵,像是嘴角的角度位置等。

由於現階段的 Deepfake 通常需要大量的訓練資料(影像或影片)才能達到理想的偽造成果,因此會遭到「換臉」的受害者,主要集中在影像資源豐富的名人,如電影明星、Youtuber、政治人物等。需要注意的是,如果有人意圖使用 Deepfake 技術製造假消息,其所製造的影片不見得需要非常完美,有可能反而降低解析度、非常粗糙,一般人如用手機瀏覽往往難辨真假。

人眼已經難辨真假,那麼以子之矛攻彼之盾,以 AI 技術辨識找出 Deepfake 的成品,有沒有機會呢?隨著 Deepfake 逐漸成為熱門的議題,有許多團隊也開始試圖藉由深度學習技術,辨識偽造影像。2020 年臉書與微軟開始舉辦的「換臉偵測大賽」(Deepfake Detection Challenge)就提供高額獎金,徵求能夠辨識造假影片的技術。然而成果只能說是差強人意,面對從未接觸過的影片,第一名辨識的準確率僅為 65.18%。

「換臉偵測大賽」(Deepfake Detection Challenge)的辨識素材。圖/MetaAi

對於 Deepfake 可能遭到的濫用,某部分我們可以寄望技術的發展未來終將「道高一尺」,讓社群平台上的影像不致於毫無遮攔、照單全收;然而技術持續「魔高一丈」讓防範的科技追著跑,也是顯而易見的。

社群網路 FB 在 2020 年宣布全面禁止 Deepfake 產生的影片,一旦有確認者立即刪除,twitter 則強制註記影片為造假影片。Deepfake 僅僅是未來面對 AI 浪潮,科技社會所需要應對的其中一項議題,法律、社會規範如何跟上?如何解決箇中的著作權與倫理問題?這些都將是需要經過層層討論與驗證的重要課題。

至少大家應該心知肚明,過往的網路流行語:「有圖有真相」已經過去,接下來即將面臨的,是一個「有影片也難有真相」的網路世界了。

  • 註解:推出 FaceApp 與「去演」的兩家公司其軟體皆要求註冊,且對於上傳資料之後續處理交代不清,被認為有侵犯使用者隱私權之疑慮。

參考資料

  1. Deepfakes and the New AI-Generated Fake Media Creation-Detection Arms Race – Scientific American
  2. What To Do About Deepfakes | March 2021 | Communications of the ACM
  3. Tolosana, R., Vera-Rodriguez, R., Fierrez, J., Morales, A., & Ortega-Garcia, J. (2020). Deepfakes and beyond: A survey of face manipulation and fake detection. Information Fusion, 64, 131-148.
  4. Deepfake 深偽技術的技術濫用與道德困境,大眾正要開始面對 | TechNews 科技新報
  5. 台灣團隊研究辨識Deep Fake影片 深偽技術的正邪之戰開打 | 台灣事實查核中心 (tfc-taiwan.org.tw)

 

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TingWei
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據說一生科科的生科中人,不務正業嗜好以書櫃堆滿房間,努力養活雙貓為近期的主要人生目標。