Date de publication : Jan 29, 2018 8:20:27 PM
### Titre
"Analyse de la structure du chant de canaris domestiques"
### Sujet
L'étude des oiseaux chanteurs est pertinente pour comprendre comment les enfants (humains) apprennent une langue, ou plus généralement pour comprendre comment notre cerveau apprend et traite des séquence sonores (e.g. musique, ...).
Les chants, en particulier chez les canaris, sont organisés sous forme de "chunks" : un chunk est donc une "méta-briques" composée de briques élémentaires. Quelques exemples pour le langage humain : une phrase est composée de plusieurs mots, un mot est composé de syllabes, et les syllabes sont elles mêmes composées de phonèmes.
Cette organisation en chunks est une caractéristique intéressante du chant des oiseaux car elle est omniprésente (et à plusieurs niveaux de hiérarchie) dans le langage humain. Comprendre les processus cognitifs de segmentation et de traitement des chunks est une question fondamentale en neurosciences.
Durant ce stage, il est proposé de :
- définir différentes variantes d'heuristiques/algorithmes permettant de trouver automatiquement de tels chunks, en ayant le moins de "recoupements" parmi les chunks,
- élaborer des critères mathématiques qui permettraient de déterminer si une heuristique de segmentation en chunks est meilleur qu’un autre.
Notamment, les heuristiques seront basés sur la théorie des graphes, probabilités, etc. Le défi dans ces objectifs est que les chunks de canaris ne sont pas aussi "évident" que pour le langage humain, car selon le critère / l'algorithme choisi, les chunks trouvés peuvent être très variables. Ces algorithmes et critères pourront être inspiré et/ou combiné par ce qui a été précédemment développé dans l'équipe.
En parallèle, il sera également proposé d'analyser les chants de canaris avec des analyses prenant en compte des mesures de complexité des chants :
- en s'inspirant des analyses utilisées en musique (rythmique, harmonie, etc.)
- en utilisant des analyses de systèmes dynamiques tel des "cartes de récurrence" (récurrence plot) par exemple.
Ces analyses de la structure des chants, en plus d'améliorer la compréhension dans la structure des chants, permettra de créer de nouveaux outils pour des expériences en neurosciences. Notamment pour l'analyse et le décodage de l'activité de neurones dans les régions cérébrales (chez l'oiseau) liés à l'apprentissage et la production du chant.
L'étudiant pourra réutiliser des méthodes et programmes d'analyses précédemment développés dans l'équipe. Le Python sera favorisé pour le développements des nouveaux programmes.
### Thématiques de l'équipe et localisation
Le stage aura lieu dans l'équipe Mnemosyne de l'Inria (équipe de neurosciences computationelles et machine learning), qui est situé à l'Institut des Maladies Neurodégénératives à Bordeaux. Cela permet à l'équipe de collaborer facilement avec des neuro-biologistes.
### Références
Pour une introduction à la « syntaxe » des chants d’oiseaux, se référer à l’article de Berwick et al 2011.
- Berwick, R. C., Okanoya, K., Beckers, G. J., & Bolhuis, J. J. (2011). Songs to syntax: the linguistics of birdsong. Trends in cognitive sciences, 15(3), 113-121. http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.232.9363&rep=rep1&type=pdf
- Markowitz JE, Ivie E, Kligler L, Gardner TJ (2013) Long-range Order in Canary Song. PLoS Comput Biol 9(5): e1003052. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1003052
- Roeske TC, Kelty-Stephen D, Wallot S (2017) Birds have swing: Multifractal analysis reveals expressive rhythm in birdsong. bioRxiv 157594; doi: https://doi.org/10.1101/157594
- Weiss, M., Hultsch, H., Adam, I., Scharff, C. and Kipper, S., 2014. The use of network analysis to study complex animal communication systems: a study on nightingale song. Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences, 281(1785), p.20140460. http://rspb.royalsocietypublishing.org/content/281/1785/20140460.short