L’histoire derrière BSG-BATS – Blog des méthodes

Message fourni par Katarina Meramo

Les chauves-souris sont des animaux extraordinaires. Ils volent, écholocalisent et naviguent dans l’obscurité totale et produisent certains des signaux acoustiques les plus complexes du monde des mammifères. Ils pollinisent, dispersent les graines, contrôlent les populations d’insectes et maintiennent silencieusement les écosystèmes ensemble. Pourtant, malgré leur importance, la surveillance des chauves-souris – en particulier à de grandes échelles spatiales et temporelles – reste extrêmement difficile.

Au cours de la dernière décennie, la surveillance bioacoustique a transformé la recherche sur les chauves-souris. Les détecteurs à ultrasons sont peu coûteux et répandus, et une seule saison de terrain peut générer des milliers, voire des millions d’enregistrements. Mais ce changement passionnant a engendré un problème familier : identifier les cris des chauves-souris reste un défiet les outils dont nous disposons sont souvent de source fermée et propriétaires (basés sur un abonnement), spécifiques à une région ou tout simplement pas assez flexibles pour une utilisation mondiale. De nombreux chercheurs sont confrontés à la même frustration : des données incroyables, mais il n’existe aucun moyen pratique de les traiter à des fins d’analyse écologique ou de travail de conservation.

Cela est devenu particulièrement clair dans le projet LIFEPLAN, un programme mondial de surveillance de la biodiversité coordonné à l’Université d’Helsinki (https://www.helsinki.fi/en/projects/lifeplan). LIFEPLAN collecte des données acoustiques à travers le monde. Idéal pour la science mais bouleversant pour les humains. Il est rapidement devenu évident qu’aucun classificateur de chauves-souris existant ne pouvait gérer la diversité ou la composition en espèces de nos enregistrements.

Nous en avons donc construit un.

De Bird Sounds Global à BSG-BATS

L’idée n’est pas venue de nulle part. L’Université d’Helsinki accueille un vaste effort de bioacoustique appelé Bird Sounds Global (BSG, https://bsg.laji.fi), créé à l’origine pour prendre en charge l’identification automatisée des cris d’oiseaux. Le portail permet aux bénévoles et aux experts d’identifier et de marquer les sons sur des spectrogrammes (« annoter ») et de produire des données de formation pour les modèles d’apprentissage automatique. Il a connu un énorme succès chez les oiseaux : des dizaines de milliers d’annotations et des modèles aux performances impressionnantes.

À un moment donné, l’idée est devenue évidente : les données audio produites par les chauves-souris partagent bon nombre des qualités qui ont fait le succès du BSG pour les oiseaux. Les chauves-souris produisent des signaux acoustiques complexes et sont largement et de plus en plus surveillées via l’audio, mais il n’existait pas de plate-forme ouverte et collaborative pour générer des données de formation et améliorer l’identification automatisée.

Cette prise de conscience a conduit à BSG-BATS.

Deux pièces, une idée

BSG-BATS combine deux composants :

1. Un portail d’annotation ouvert
Ici, n’importe qui peut examiner les spectrogrammes et annoter les enregistrements de chauves-souris. Les annotations peuvent être faites au niveau de l’espèce ou au niveau de groupes téléphoniques — des groupes acoustiques d’espèces dont les cris sont très similaires. Ces groupes ne sont pas un défaut ; ils reflètent la réalité écologique et aident à éviter les erreurs de classification trop confiantes.

Les instructions peuvent être trouvées sur https://bsg.laji.fi/bats/identification/instructions.

2. Un classificateur d’apprentissage automatique
Un réseau de neurones convolutifs formé sur les annotations. Chaque nouvelle annotation améliore les données d’entraînement, ce qui améliore les modèles.

La première version du modèle a été formée sur un peu plus de 4 000 enregistrements annotés de 10 secondes provenant de 21 espèces européennes. Malgré l’ensemble de données de formation assez modeste, les performances ont été étonnamment solides : dans la plupart des cas, notre modèle a surpassé les outils commerciaux largement utilisés. Il est important de noter que tout cela se déroule au sein du système BSG entièrement ouvert, où chacun peut bénéficier et contribuer au développement ultérieur.

Ce que nous avons appris

La création de BSG-BATS nous a appris que même de petites contributions peuvent faire une grande différence. Une poignée d’annotations d’un contributeur pourrait améliorer le modèle pour une espèce entière. Nous avons également appris que l’infrastructure est importante : les chercheurs n’ont pas seulement besoin d’un classificateur ; ils ont besoin d’une plate-forme, d’un flux de travail et d’un moyen de développer leurs outils à mesure que de nouvelles données acoustiques deviennent disponibles.

Peut-être plus important encore, nous avons appris que les chercheurs sont enthousiasmés par les outils ouverts. La réponse a été enthousiaste et de nouveaux collaborateurs ont déjà manifesté leur intérêt pour fournir des données provenant d’autres régions, y compris des endroits reculés comme Madagascar, où la diversité des chauves-souris est extraordinaire mais difficile sur le plan acoustique et précieuse à étudier.

Nous avons également appris qu’annoter les enregistrements de chauves-souris est véritablement instructif. Même avec ma vaste expérience en bioacoustique des chauves-souris, l’examen de milliers de spectrogrammes a approfondi ma compréhension des espèces, des groupes phoniques et des cas extrêmes délicats.

Plus important encore, le projet a mis en évidence la valeur de ensembles de données locaux. Lorsque les gens fournissent des enregistrements de leurs propres régions et communautés d’espèces, le modèle devient plus précis et plus utile pour eux en retour. C’est exactement le genre de croissance communautaire que nous espérons que BSG-BATS continuera à soutenir.

Ce dont nous avons encore besoin

BSG-BATS n’est qu’un début. Notre modèle actuel ne couvre que l’Europe et, par conséquent, une grande partie du monde, y compris toutes les espèces tropicales et subtropicales, reste acoustiquement inexplorée – ironiquement, souvent les régions mêmes où la biodiversité est la plus élevée et où les besoins de conservation sont les plus urgents.

Tous ces défis rendent l’ouverture et l’implication communautaire essentielles. Plus les ensembles de données sont diversifiés, plus le modèle devient robuste et généralisable. Les contributions d’enregistrements provenant de régions sous-représentées, ainsi que l’expertise locale en matière d’annotation, sont particulièrement précieuses. Si vous souhaitez partager des données, vous pouvez les contacter et les envoyer à bsg-bat@helsinki.fi,ou directement à l’auteur.

Et ensuite : une application partagée pour les oiseaux et les chauves-souris

Un développement particulièrement intéressant est une application de bureau conviviale actuellement en construction. L’idée est de regrouper les modèles d’oiseaux et de chauves-souris dans la même application conviviale, où les utilisateurs peuvent simplement sélectionner le modèle qu’ils souhaitent exécuter.

Le modèle BSG-BATS actuel est déjà ouvertement disponible sur Zenodo, mais la prochaine application rendra les choses encore plus faciles. BSG-BATS sera bientôt accessible directement via cette application partagée, apportant l’identification automatisée des cris de chauves-souris à une communauté beaucoup plus large de biologistes de terrain, de praticiens de la conservation et d’étudiants.

Rejoignez-nous

BSG-BATS n’est possible que grâce à la contribution des gens : chercheurs, étudiants, bénévoles, toute personne possédant des enregistrements ou s’intéressant à la bioacoustique. Si vous souhaitez aider, vous êtes chaleureusement invité. Vous pouvez contribuer aux enregistrements (à bsg-bat@helsinki.fi), annoter les appels via le portail (https://bsg.laji.fi/bats/identification/instructions), ou testez le modèle dans vos propres recherches (https://zenodo.org/records/15495676). Chaque contribution, grande ou petite, contribue à développer un outil plus global et inclusif pour la conservation des chauves-souris. Travailler sur ce projet a rappelé à quel point la science ouverte peut être puissante. Ensemble, nous pouvons apprendre aux modèles à écouter et contribuer à protéger les animaux remarquables qui ont inspiré ce travail !

Lire l’article complet ici.