Singing birds as a complex adaptive system

We are interested in acoustic interactions among species of songbirds. Currently, we are interested in observing temporal overlap avoidance behaviors among different species using a microphone array, and analyzing what kind of structures of information flow from one species to another, which realize overall soundspace partitioning.

More specifically, birds do not always vocalize at random, but may rather divide up soundspace in such a manner that they avoid overlap with the songs of other birds. Such a behavior can be interpreted as an adaptive behavioral plasticity in that an individual modifies its resource exploiting strategy actively in response to the current state of resource use by others on a short time scale.

Our purpose is to understand temporal soundspace partitioning in bird communities as a self-organizing phenomenon emerging from inter- and intra-specific variations in behavioral plasticity. So far, we conducted pilot analyses on the degree of avoidance and the information flow from one species to another in singing behaviors at our primary field site, in a mixed conifer-oak forest near Volcano, CA. We found that asymmetric information flows between species might exist, and our coevolutionary simulations implied the evolutionary significance of such an inter-specific diversity. Also, we have stated to recording in Inabu field, Nagoya University, Japan.

However, it is very costly to annotate recorded tracks manually. Thus, we are developing and using a portable system, called HARKBird, composed of a laptop PC with an open source software for robot audition HARK (Honda Research Institute Japan Audition for Robots with Kyoto University) and a commercially available microphone array.

Publications

• Shinji Sumitani, Reiji Suzuki, Takaya Arita, Kazuhiro Nakadai, Hiroshi G. Okuno: Non-invasive monitoring of the spatio-temporal dynamics of vocalizations among songbirds in a semi free-flight environment using robot audition techniques, Birds 2021, 2(2), 158-172 (2021). https://doi.org/10.3390/birds2020012

• Shinji Sumitani, Reiji Suzuki, Shiho Matsubayashi, Takaya Arita, Kazuhiro Nakadai, Hiroshi G. Okuno: Fine-scale observations of spatio-spectro-temporal dynamics of bird vocalizations using robot audition techniques,　Remote Sensing in Ecology and Conservation (Special Issue: Ecoacoustics and Biodiversity Monitoring ), 7(1): 18-35 (2021/03) https://doi.org/10.1002/rse2.152 .

• Reiji Suzuki and Martin L. Cody: Complex systems approaches to temporal soundspace partitioning in bird communities as a self-organizing phenomenon based on behavioral plasticity, Artificial Life and Robotics, 6 pages (invited paper), 24, 439-444 (2019/12). https://doi.org/10.1007/s10015-019-00553-x.

• Reiji Suzuki, Shinji Sumitani, Shiho Matsubayashi, Takaya Arita, Kazuhiro Nakadai, Hiroshi G. Okuno: Field observations of ecoacoustic dynamics of a Japanese bush warbler using an open-source software for robot audition HARK, Journal of Ecoacoustics, 2: #EYAJ46 (11 pages) (2018/06). [PDF]

• Reiji Suzuki, Shiho Matsubayashi, Fumiyuki Saito, Tatsuyoshi Murate, Tomohisa Masuda, Koichi Yamamoto, Ryosuke Kojima, Kazuhiro Nakadai, Hiroshi G. Okuno: A Spatiotemporal Analysis of Acoustic Interactions between Great Reed Warblers (Acrocephalus arundinaceus) Using Microphone Arrays and Robot Audition Software HARK, Ecology and Evolution, 8(1): 812-825 (2018/01). doi: 10.1002/ece3.3645

• Reiji Suzuki, Hao Zhao, Shinji Sumitani, Shiho Matsubayashi, Takaya Arita, Kazuhiro Nakadai, Hiroshi G. Okuno: Visualizing Directional Soundscapes of Bird Vocalizations Using Robot Audition Techniques, Proceedings of 2021 IEEE/SICE International Symposium on System Integrations (SII), pp. 487-492 (2021/01/13).

• Shiho Matsubayashi, Fumiyuki Saito, Reiji Suzuki, Kazuhiro Nakadai, Hiroshi G. Okuno: Observing Nocturnal Birds Using Localization Techniques, Proceedings of 2021 IEEE/SICE International Symposium on System Integrations (SII), pp. 493-498 (2021/01/13).

• Shinji Sumitani, Reiji Suzuki, Kazuhiro Wada, Takaya Arita, Kazuhiro Nakadai and Hiroshi Okuno: A robot audition approach toward understanding social interactions among songbirds in a semi-free flight environment, Proceedings of the 25th International Symposium on Artificial Life and Robotics (AROB 2020), pp. 986-991 (2020/01/24).

• [BS] Shinji Sumitani, Reiji Suzuki, Shiho Matsubayashi, Takaya Arita, Kazuhiro Nakadai, and Hiroshi Okuno: Soundscape Analysis of Bird Songs in Forests Using Microphone Arrays, Proceedings of the 2020 IEEE/SICE International Symposium on System Integration (SII 2020), pp. 634-639 (2020/01/14).

• [BS] Shinji Sumitani, Takemi Morimatsu, Reiji Suzuki, Shiho Matsubayashi, Takaya Arita, Kazuhiro Nakadai, Hiroshi G. Okuno: Robot Audition Approaches to Field Observation of Bird Songs, Late breaking results poster presentation in IROS2019 (2019/11/06).

• [BS] Shinji Sumitani, Reiji Suzuki, Naoaki Chiba, Shiho Matsubayashi, Takaya Arita, Kazuhiro Nakadai, Hiroshi G. Okuno: An Integrated Framework for Field Recording, Localization, Classification and Annotation of Birdsongs Using Robot Audition Techniques — Harkbird 2.0, Proc. of 2019 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP2019), pp. 8246-8250 (2019/05/17). [PDF]

• [BS] Shinji Sumitani, Reiji Suzuki, Shiho Matsubayashi, Takaya Arita, Kazuhiro Nakadai, Hiroshi G. Okuno: Extracting the relationship between the spatial distribution and types of bird vocalizations using robot audition system HARK. Proc. of the 2018 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2018), 2485-2490 (2018/10/02).

• [BS] Kojima, R., Sugiyama, O., Hoshiba, K., Suzuki, R., Nakadai, K.: HARK-Bird-Box: A Portable Real-Time Bird Song Scene Analysis System, The 2018 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2018), 2497-2502 (2018/10/02).

• [BS] Reiji Suzuki, Shinji Sumitani, Shiho Matsubayashi, Takaya Arita, Kazuhiro Nakadai, Hiroshi G. Okuno: Fine-scale observations of spatiotemporal dynamics and vocalization type of birdsongs using microphone arrays and unsupervised feature mapping, Proceedings of the 10th International Conference on Ecological Informatics, pp. 72-73 (2018/09/25).

• [BS] Shinji Sumitani, Reiji Suzuki, Shiho Matsubayashi, Takaya Arita, Kazuhiro Nakadai, Hiroshi G. Okuno: Spatial localization of vocalizations of Spotted Towhee (Pipilo maculatus) in playback experiments using robot audition techniques, Proceedings of the 10th International Conference on Ecological Informatics, p. 265 (2018/09/24).

• [BS] Shinji Sumitani, Reiji Suzuki, Shiho Matsubayashi, Takaya Arita, Kazuhiro Nakadai, Hiroshi G. Okuno: Understanding relationships between spatial movements and bird song-types using a robot audition system HARK with microphone arrays, Proc. of the 27th International Ornithological Congress, p. 188 (2018/08/25).

• [BS] Shiho Matsubayashi, Fumiyuki Saito, Reiji Suzuki, Kazuhiro Nakadai, Hiroshi G. Okuno: Acoustic monitoring of the nocturnal owl (Strix uralensis) using microphone arrays and a robot audition system, HARK: A case study in the Ikoma mountains, Japan, Proc. of the 27th International Ornithological Congress, p. 213 (2018/08/21).

• [BS] Reiji Suzuki, Shinji Sumitani, Shiho Matsubayashi, Takaya Arita, Kazuhiro Nakadai, Hiroshi G. Okuno: Understanding ecoacoustic interactions among songbirds as complex systems using robot audition techniques, Abstract Booklet of EVOSLACE: Workshop on the emergence and evolution of social learning, communication, language and culture in natural and artificial agents in ALIFE2018, p. 22 (2018/07/25).

• Shinji Sumitani, Reiji Suzuki, Takaya Arita, Naren, Shiho Matsubayashi, Kazuhiro Nakadai, Hiroshi G. Okuno: Field observations and virtual experiences of bird songs in the soundscape using an open-source software for robot audition HARK, Abstract Book of 4th International Symposium on Acoustic Communication by Animals, pp. 116-117 (2017/07/19).

• Shiho Matsubayashi, Reiji Suzuki, Fumiyuki Saito, Tatsuyoshi Murate, Tomohisa Masuda, Koichi Yamamoto, Ryosuke Kojima, Kazuhiro Nakadai, Hiroshi G. Okuno: Acoustic monitoring of the great reed warbler using multiple microphone arrays and robot audition, Journal of Robotics and Mechatronics, 27 (1): 213-223 (2017/02).

• Reiji Suzuki, Shiho Matsubayashi, R. Hedley, Kazuhiro Nakadai, Hiroshi G. Okuno: HARKBird: Exploring acoustic interactions in bird communities using a microphone array. Journal of Robotics and Mechatronics, 27 (1): 224-235 (2017/02).

• Ryosuke Kojima, Osamu Sugiyama, Kotaro Hoshiba, Kazuhiro Nakadai, Reiji Suzuki, Charles E. Taylor: Bird Song Scene Analysis Using a Spatial-Cue-Based Probabilistic Model, Journal of Robotics and Mechatronics, 27 (1): 236-246 (2017/02).

• Reiji Suzuki, Shiho Matsubayashi, Kazuhiro Nakadai and Hiroshi G. Okuno: Localizing bird songs using an open source robot audition system with a microphone array, Proceedings of The 17th Annual Meeting of the International Speech Communication Association (INTERSPEECH 2016), pp. 2626-2630 (2016/09/11).

• Reiji Suzuki, Richard Hedley and Martin L. Cody: "Exploring temporal soundspace partitioning in bird communities emerging from inter- and intra-specific variations in behavioral plasticity using a microphone array", Abstract Book of the 2015 Joint Meeting of the American Ornithologists' Union and the Cooper Ornithological Society, p. 86 (2015/07/29).

• Reiji Suzuki and Martin L. Cody: "Complex systems approaches to temporal soundspace partitioning in bird communities as a self-organizing phenomenon based on behavioral plasticity", Proc. of the 20th International Symposium on Artificial Life and Robotics, pp. 11-15 (invited talk) (2015/01/22).

• Reiji Suzuki, Charles E. Taylor and Martin L. Cody: "Temporal partitioning to avoid soundspace overlap by bird communities", Proc. of the 26th International Ornithological Congress, p. 41 (2014/08/20).

• Reiji Suzuki and Takaya Arita: "Emergence of a dynamic resource partitioning based on the coevolution of phenotypic plasticity in sympatric species", Journal of Theoretical Biology, 352, 51-9 (2014). [PDF]

  • Eratta: In the last paragraph in Section 3.3 (in page 6, left), " species 1" should be "species 2" and "species 2" should be "species 1".

• Reiji Suzuki, Charles E. Taylor and Martin L. Cody: "Soundscape Partitioning to Increase Communication Efficiency in Bird Communities", Artificial Life and Robotics, 17(1), 30-34 (2012/10).

• Reiji Suzuki, Charles E. Taylor and Martin L. Cody: "Soundscape Partitioning to Increase Communication Efficiency in Bird Communities", Proceedings of the 17th International Symposium on Artificial Life and Robotics, pp. 985-988 (2012/01/19). [PDF]

• Reiji Suzuki, Souichiro Yamaguchi, Martin L. Cody, Charles E. Taylor and Takaya Arita: "iSoundScape: Adaptive Walk on a Fitness Soundscape", Applications of Evolutionary Computation, LNCS 6625 (Proc. of the 9th European Event on Evolutionary and Biologically Inspired Music, Sound, Art and Design (evomusart2011)), pp. 404-413 (2011/04). [PDF]

• 鈴木麗璽, 炭谷晋司, 松林志保, 有田隆也, 中臺一博, 奥乃博: 鳥類の鳴き声観測に対するロボット聴覚アプローチ, 日本生態学会第68回大会 (2021/03/19). (ポスター)

• Hao Zhao, Reiji Suzuki, Shinji Sumitani, Shiho Matsubayashi, Takaya Arita, Kazuhiro Nakadai, Hiroshi G. Okuno: Visualizing Soundscape of Animal Vocalizations in Forests Using Robot Audition Techniques, 第57回AIチャレンジ研究会予稿集 (SIG-Challenge, 057-04), pp. 15-20 (2020/11/20).

• 鈴木麗璽, Hao Zhao, 炭谷晋司, 有田隆也, 中臺一博, 奥乃博: ロボット聴覚技術の活用による鳥類音声の到来方向に基づく音風景の可視化の検討, 第38回ロボット学会学術講演会講演概要集, RSJ2020AC1D3-01 (2020/10/09) (4 pages).

• 鈴木麗璽, 炭谷晋司, 松林志保, 有田隆也, 中臺一博, 奥乃博: ロボット聴覚技術を用いた鳥類の鳴き声観測に対するマルチスケールアプローチ, 日本生態学会第67回大会 (2020/03/08).

• 炭谷晋司, 松林志保, 鈴木麗璽, 有田隆也, 中臺一博, 奥乃博: 生成モデルに基づく鳴き声を用いた鳥類に対するプレイバック実験の試行, 第55回AIチャレンジ研究会予稿集 (SIG-Challenge, 055-02), pp. 6-11 (2019/11/22).

• 香田啓貴, 豊田 有, Suchinda Malaivijitnond, 鈴木麗璽: 音源定位技術が切り開くサルの生態と会話における未解決問題, 第55回AIチャレンジ研究会予稿集 (SIG-Challenge, 055-01), pp. 1-5 (2019/11/22).

• 炭谷晋司, 鈴木麗璽, 和多和宏, 有田隆也, 中臺一博, 奥乃博: ロボット聴覚技術を用いた鳥類小集団の相互作用観測環境の構築と予備調査, 第37回ロボット学会学術講演会講演概要集, RSJ2019AC2I1-03 (2019/09/05) (2 pages).

• 松林志保, 斎藤史之, 鈴木麗璽, 中臺一博, 奥乃博: 定位技術を活用した鳥類観測実例, 日本鳥学会2019年度大会講演予稿集, p 95 (2019/09/14).

• 炭谷晋司, 鈴木麗璽, 和多和宏, 有田隆也, 中臺一博, 奥乃博: 鳥類集団の音声コミュニケーション理解のための半野外音源定位環境の構築と予備的調査, 日本鳥学会2019年度大会講演予稿集, p 80 (2019/09/15).

• 松林志保, 斎藤史之, 鈴木麗璽, 中臺一博, 奥乃博:「見えない」鳥を音で追う：定位技術を活用した鳥類観測，日本景観生態学会第29回京都大会講演要旨集, p.53 (2019/06/01). (ポスター賞受賞)

• 松林志保, 斎藤史之, 林晃一郎, 鈴木麗璽, 有田隆也, 中臺一博, 奥乃博: ロボットが聴く夜の鳥, 第49回AIチャレンジ研究会予稿集 (SIG-Challenge, 052-04), pp. 15-20 (2018/12/03).

• 松林志保, 斎藤史之, 鈴木麗璽, 中臺一博, 奥乃博: 音情報を活用したフクロウの歌行動観測の試み, 日本鳥学会 2018年度大会講演予稿集, p. 72 (2018/09/15).

• 森松健充, 炭谷晋司, 鈴木麗璽, 松林志保, 有田隆也, 中臺一博, 奥乃博: 複数のマイクロホンアレイの遠隔制御に基づく鳥類の歌行動の二次元定位, 日本鳥学会 2018年度大会講演予稿集, p. 72 (2018/09/16).

• 炭谷晋司, 鈴木麗璽, 松林志保, 有田隆也. 中臺一博, 奥乃博: ロボット聴覚技術に基づく鳥類の歌行動の二次元定位精度改善と次元圧縮に基づく分類支援, 日本鳥学会 2018年度大会講演予稿集, p. 73 (2018/09/16).

• 林晃一郎, 鈴木麗璽, 松林志保, 有田隆也. 中臺一博, 奥乃博: マイクロホンアレイを用いた鳥類の歌行動の三次元音源到来方向推定, 日本鳥学会 2018年度大会講演予稿集, p. 74 (2018/09/16).

• 森松健充, 炭谷晋司, 鈴木麗璽, 有田隆也, 松林志保, 中臺一博, 奥乃博: 複数のマイクロホンアレイをネットワーク制御 可能な鳥類の歌行動観測システムの構築, 第36回ロボット学会学術講演会講演概要集, RSJ2018-2J2-03 (2018/09/06) (3 pages).

• 鈴木麗璽, 炭谷晋司, 中臺一博, 奥乃博: ロボット聴覚技術を用いた鳥類の歌行動分析の試み, 第18回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会資料 (2017/12/20). [優秀講演賞受賞]

• 松林志保, 斉藤史之, 鈴木麗璽, 千葉尚彬, 中臺一博, 奥乃博: 外来種ソウシチョウが在来種の歌行動へ与える影響を探る：マイクロフォンアレイを用いた森林性鳥類の観測実例, 第49回AIチャレンジ研究会予稿集 (SIG-Challenge, 049-04), pp. 23-28 (2017/11/25).

• 炭谷晋司, 鈴木麗璽, 有田隆也, 松林志保, 中臺一博, 奥乃博: マイクロホンアレイを利用したウグイスの歌行動の時空間分析, 日本鳥学会 2017年度大会講演予稿集, p. 92 (2017/09/17).

• 松林志保, 斎藤史之, 鈴木麗璽, 中臺一博, 奥乃博: マイクロホンアレイを用いた野鳥観測：ソウシチョウの歌行動をめぐる予備的調査報告, 日本鳥学会 2017年度大会講演予稿集, p. 92 (2017/09/16).

• 鈴木麗璽, 中臺一博, 奥乃博: ロボット聴覚技術を活用した鳥類の行動観測, 日本鳥学会 2017年度大会講演予稿集, p. 157 (自由集会（著者企画）WP06予稿) (2017/09/15).

• 千葉尚彬, 森松健充: 鳥類の歌観測分析ツールHARKBirdを用いた録音の分析デモ, 日本鳥学会 2017年度大会自由集会「マイクロホンアレイを用いた野鳥観測」WP06 (2017/09/15).

• 松林志保, 炭谷晋司: 森林性鳥類（鳴禽類）の歌行動の分析, 日本鳥学会 2017年度大会自由集会「マイクロホンアレイを用いた野鳥観測」WP06 (2017/09/15).

• 千葉尚彬, 炭谷晋司, 松林志保, 鈴木麗璽, 有田隆也, 中臺一博, 奥乃博: ロボット聴覚技術を活用した野鳥の歌行動観測・分析ツールHARKBirdの機能強化, 第35回ロボット学会学術講演会講演概要集, RSJ2017ACA3-03 (4 pages) (2017/09/14).

• 鈴木麗璽, 中臺一博, 奥乃博: ロボット聴覚技術を活用した鳥類の行動観測, 日本鳥学会 2017年度大会講演予稿集, p. 157 (自由集会WP06予稿) (2017/09/15).

• 娜仁, 鈴木麗璽, 有田隆也, 中臺一博, 奥乃 博: Bird song explorer: 野鳥の歌行動体験のための立体音響に基づく仮想森林アプリケーション, 情報処理学会第78回全国大会予稿集 (2017印刷中).

• 小島 諒介, 杉山 治, 干場 功太郎, 鈴木 麗璽, 中臺 一博: 空間情報を用いた鳥の歌分析, 第46回AIチャレンジ研究会予稿集 (SIG-Challenge, 046-05), pp. 18-24 (2016/11/09).

• 炭谷晋司, 松林志保, 鈴木麗璽: ウグイスに対するプレイバック実験におけるマイクロホンアレイを用いたさえずりの方向分布分析, 第46回AIチャレンジ研究会予稿集 (SIG-Challenge, 046-04), pp. 18-24 (2016/11/09).

• 松林志保, 鈴木麗璽, 小島諒介, 中臺一博: 複数のマイクロホンアレイとロボット聴覚ソフトウエアHARKを用いた野鳥の観測精度の検討, 人工知能学会合同研究会優秀賞講演会発表 (2016/11/09).

• 炭谷晋司, 松林志保, 鈴木麗璽: マイクロホンアレイを用いたプレイバック実験に基づくウグイスのさえずりの方向分布分析, 日本鳥学会2016年度大会講演要旨集, pp. 124 (2016/09/18).

• 松林志保, 鈴木麗璽, 小島諒介, 中臺一博, 奥乃博: マイクロホンアレイを用いた森林性野鳥の定位精度の検証とその応用: 歌の空間的な位置およびタイミングから知る複数種の棲み分け, 日本鳥学会2016年度大会講演要旨集, pp. 138 (2016/09/18).

• 鈴木麗璽, 松林志保, 斎藤史之, 村手達佳, 増田智, 山本晃一, 小島諒介, 中臺一博, 奥乃博: マイクロホンアレイを用いたオオヨシキリのソングポスト定位, 日本鳥学会2016年度大会講演要旨集, pp. 151 (2016/09/17).

• 小島諒介, 杉山治, 鈴木麗璽, 中臺一博: 音源位置を考慮した音源同定のための確率モデルとその学習, 第34回日本ロボット学会学術講演会 (RSJ2016)資料 (4 pages) (2016/09/07).

• Reiji Suzuki: Complex systems approach to temporal soundscape partitioning in bird communities, Late Breaking Abstracts Booklet in the Artificial Life Conference 2016, pp. 17-18 (2016/07/05).

• 鈴木麗璽，松林志保，奥乃 博: マイクロホンアレイを利用した野鳥の歌行動理解の試み, 情報処理学会第78回全国大会予稿集，Vol. 2, pp. 17-18 (2016/03/12).

• 土屋礼徳, 鈴木麗璽, 有田隆也: 資源共有問題における表現型可塑性と個性の多様化に関する進化モデル, 情報処理学会第78回全国大会予稿集, Vol. 1, pp. 293-294 (2016/03/12).

• 複数のマイクロホンアレイとロボット聴覚ソフトウエアHARKを用いた野鳥の観測精度の検討, 人工知能学会AIチャレンジ研究会資料, SIG-Challenge-043, pp. 54-59 (2015/11/12).（人工知能学会 研究会優秀賞 受賞）

• 鈴木麗璽，近藤崇，松林志保: マイクロホンアレイで理解する野鳥の歌, バードリサーチ第10回大会, ポスター発表(2015/11/21).

• 鈴木麗璽，松林志保: 複数のマイクロフォンアレイで測る野鳥の位置, バードリサーチ第10回大会, ポスター発表(2015/11/21).

• 小島諒介, 杉山治, 鈴木麗璽, 中臺一博: 音源アノテーション補助のための音源位置を考慮した同定モデル, 第33回日本ロボット学会学術講演会 (RSJ2015)資料 (4 pages) (2015/09/04).

• 鈴木麗璽，C. E. Taylor and M. L. Cody: "野鳥の歌コミュニケーション理解への試み", 第38回人工知能学会 AI チャレンジ研究会資料, Vol. SIG-Challenge-B302 , pp. 22-27 (2013/12/06).

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