Η βοτανική και οι αλγόριθμοι ξεκλειδώνουν μυστικά της αρχαίας Ελλάδας

Αυτό το καλοκαίρι στην Ελλάδα, το Πρόγραμμα Αρχαίας Φαρμακολογίας του Yale θα χρησιμοποιήσει τη μοναδική του διεπιστημονική προσέγγιση για να αποκαλύψει αρχαία μυστικά.

Eρευνητική ομάδα από το Πρόγραμμα Αρχαίας Φαρμακολογίας του Yale εκτελεί επιτόπια έρευνα στην κεντρική Ελλάδα, χρησιμοποιώντας ένα μη επανδρωμένο αεροσκάφος για να εντοπίσει πολλά υποσχόμενα σημεία στο ανώμαλο έδαφος της περιοχής.

Ένας ανερχόμενος νεαρός στο Yale College, ο Micah Gold μπορεί να πιλοτάρει drones και να γράφει αλγόριθμους. Θα χρησιμοποιήσει και τις δύο δεξιότητες αυτό το καλοκαίρι στην κεντρική Ελλάδα ως μέρος ενός μοναδικού αρχαιολογικού έργου.

Ο Gold είναι μέρος μιας ερευνητικής ομάδας για το Πρόγραμμα Αρχαίας Φαρμακολογίας του Yale (YAPP) , μια διεπιστημονική πρωτοβουλία που αξιοποιεί την εθνογραφία, την επιστήμη και την τεχνολογία για να αποκαλύψει στοιχεία για το πώς ζούσαν οι άνθρωποι πριν από χιλιάδες χρόνια.

Στην Αντίκυρα, ένα λιμάνι στον Κορινθιακό κόλπο, η ομάδα θα κυνηγήσει αρχαιολογικούς χώρους και δείγματα φυτών που θα μπορούσαν να αποφέρουν συναρπαστικές ανακαλύψεις για φάρμακα, ελαιόλαδο, κρασί, αρώματα και άλλα παρασκευάσματα που παράγουν και καταναλώνουν οι αρχαίοι κάτοικοι της τοποθεσίας.

Για τον Gold, ο οποίος αναμένει να ακολουθήσει διπλή κατεύθυνση στα εφαρμοσμένα μαθηματικά και την επιστήμη των υπολογιστών, η αρχαιολογική έρευνα πεδίου παρέχει την ευκαιρία να χρησιμοποιήσει τις γνώσεις του στη μηχανική μάθηση για να βοηθήσει στον εντοπισμό πιθανών τοποθεσιών και φυτών πλούσιων σε φυτοχημικά - περιστασιακά δηλητηριώδεις χημικές ενώσεις που προστατεύουν τα φυτά από μολύνσεις και έντομα και μπορεί, σε ορισμένες περιπτώσεις, να διαθέτει φαρμακευτικές ιδιότητες — διευρύνοντας παράλληλα τους πνευματικούς του ορίζοντες.

« Πρέπει να χρησιμοποιώ αυτά που μαθαίνω στις τάξεις μου, αλλά δεν βελτιώνω μόνο αυτές τις δεξιότητες», είπε. «Μαθαίνω επίσης νέες δεξιότητες, όπως πώς να διαβάζω αρχαιολογική βιβλιογραφία και πώς οργανώνεται η επιστημονική έρευνα».

Είναι η δεύτερη θητεία του Gold που βοηθά την YAPP στον τομέα. Δουλεύοντας στην ίδια τοποθεσία το περασμένο καλοκαίρι, έμαθε να πιλοτάρει drones, τα οποία στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκαν για την εκτέλεση πολυφασματικής απεικόνισης του ανώμαλου εδάφους της περιοχής, βοηθώντας τους ερευνητές να χαρτογραφήσουν και να εντοπίσουν τα υπολείμματα αρχαίας κεραμικής και άλλων τεχνουργημάτων. Στη συνέχεια βοήθησε να γράψουν αλγόριθμους που τους επέτρεψαν να οργανώσουν και να κατανοήσουν τα πολυφασματικά δεδομένα που είχαν συλλέξει.

« Δεν είχα πάει ποτέ σε αρχαιολογική ανασκαφή και δεν είχα ιδέα τι να περιμένω», είπε. “Ήταν μια καταπληκτική εμπειρία.”

Ο  Gold και άλλοι ταλαντούχοι προπτυχιακοί φοιτητές έχουν πολλά να προσφέρουν στο διεπιστημονικό πρόγραμμα αρχαίας φαρμακολογίας, δήλωσε ο Andrew Koh, κύριος ερευνητής και ερευνητής του YAPP στο Μουσείο Peabody του Yale.

« Από την πρώτη μέρα, οι μαθητές συνεισφέρουν», είπε. «Χρειαζόμαστε και εκτιμούμε την τεχνογνωσία τους. Ο τυπικός αρχαιολόγος δεν γνωρίζει πολλά για τη μηχανική μάθηση».

« Μια άποψη υψηλής ευκρίνειας του παρελθόντος»

Ο Koh, ο οποίος εντάχθηκε στο Peabody ως επιστήμονας ερευνητής πέρυσι, είναι πρωτοπόρος στη χρήση ανάλυσης οργανικών υπολειμμάτων στην αρχαιολογία για τον εντοπισμό των ουσιών που κάποτε κρατούσαν τα αρχαία αγγεία, ένα αναδυόμενο πεδίο που βοήθησε στην αποκάλυψη των διαφοροποιημένων συστατικών που χρησιμοποιούσαν οι άνθρωποι στα τρόφιμα. ποτά, φάρμακα, αρωματικά, ακόμη και οπιούχα και παραισθησιογόνα.

Είναι μια εγγενώς διεπιστημονική προσέγγιση, που βασίζεται στη χημεία, τη βοτανική και άλλες επιστήμες μέσα από εθνογραφικές γνώσεις αρχαίων γλωσσών και πολιτισμών· και την πιο πρόσφατη τεχνολογία για τον εντοπισμό και την ανάλυση φυτών και αρχαίων τεχνουργημάτων.  

Ο συνδυασμός αυτών των τρόπων έρευνας επιτρέπει την ανάκτηση της χαμένης γνώσης, την αναδημιουργία δυνητικά ευεργετικών αρχαίων ουσιών και μια πιο λεπτή και ολοκληρωμένη κατανόηση του πώς ζούσαν οι αρχαίοι άνθρωποι, είπε ο Koh. Για παράδειγμα, αντί να επιβεβαιώνει απλώς ότι ένα κεραμικό δοχείο κάποτε περιείχε κρασί, η διεπιστημονική προσέγγιση του YAPP μπορεί ενδεχομένως να προσδιορίσει τα μεμονωμένα συστατικά που χρησιμοποιούνται για την παρασκευή του κρασιού. Αυτό, είπε, μπορεί να αποκαλύψει σημαντικό πλαίσιο, όπως εάν το ρόφημα είχε φαρμακευτικές ιδιότητες ή συγκεκριμένα προφίλ γεύσης ειδικά για μια δεδομένη περιοχή.

« Θέλουμε να αυξήσουμε την επίλυση της κατανόησής μας για το παρελθόν όσο το δυνατόν περισσότερο, πράγμα που σημαίνει ότι δεν μπορούμε να βασιζόμαστε μόνο σε έναν κλάδο», είπε ο Koh. «Η χημεία μπορεί να μας πει ορισμένα πράγματα για τα υπολείμματα που ανακαλύπτουμε, αλλά η ανάγνωση αρχαίων κειμένων μπορεί να προσφέρει συνταγές και άλλες ενδείξεις για τα συστατικά που χρησιμοποιούσαν οι άνθρωποι. Η συναρμολόγηση όλων αυτών των κομματιών δημιουργεί μια άποψη υψηλής ευκρίνειας του παρελθόντος».

Οι εκτεταμένες συλλογές του Peabody παρέχουν στον Koh μια έτοιμη πηγή υλικών για μελέτη. Έχει ήδη κάνει συναρπαστικές ανακαλύψεις μέσα τους. Για παράδειγμα, συνεργάστηκε με την Agnete Lassen, επιμελήτρια της Yale Babylonian Collection, σε μια ανάλυση ενός αγγείου από αιγυπτιακό αλάβαστρο που χρονολογείται πριν από περίπου 2.500 χρόνια, αποκαλύπτοντας ότι τα υπολείμματα μέσα σε αυτό προέρχονταν από παρασκεύασμα οπιοειδών. 

Η Susan Butts, διευθύντρια συλλογών και έρευνας του Peabody, θυμήθηκε ότι είχε τον Koh σε μια περιήγηση στις συλλογές και έπρεπε να τον τραβήξει από κάθε αποθήκη για να μετακομίσει στην επόμενη συλλογή.

« Μπορούσε να βρει τρόπους να συνεργάζεται με συγκεκριμένους τρόπους με όλους όσους συναντούσε», είπε. «Σε αντίθεση με άλλους επιστήμονες του μουσείου, οι οποίοι βοηθούν στην επίβλεψη της φροντίδας συγκεκριμένων συλλογών ως επιμελητές, ο Andrew είναι περισσότερο ένας ελεύθερος πράκτορας που μπορεί να συνεργαστεί σε όλες τις συλλογές. Η έρευνά του ταιριάζει ιδιαίτερα σε αυτό επειδή είναι αναλυτική και εξετάζει όλους τους διαφορετικούς τύπους υλικού για νέες και ενδιαφέρουσες πληροφορίες».

Ενώ η Babylonian Collection και οι ανθρωπολογικές συλλογές του Peabody είναι προφανώς σχετικές με την έρευνα του Koh, εργάζεται επίσης με τις βοτανικές συλλογές και βλέπει σχεδόν απεριόριστες ευκαιρίες στα 14 εκατομμύρια αντικείμενα που συνθέτουν τις συλλογές.

« Δεν έχω καταλάβει πώς να συνεργαστώ με την παλαιοντολογία ασπόνδυλων», είπε.

Καθώς ξεκλειδώνει μυστικά μέσα στις συλλογές, η ομάδα του YAPP κάνει επιτόπια εργασία για να ανακαλύψει νέες ανακαλύψεις.

Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η Αντίκυρα, μια πολιτιστικά σημαντική περιοχή της οποίας η ιστορία χρονολογείται από τη Μέση Εποχή του Χαλκού.

Κυνήγι ελλεβόρου

Ο Παυσανίας, Έλληνας γεωγράφος και ταξιδιωτικός συγγραφέας, συζητά τη Φωκίδα —την περιοχή όπου εργάζεται η ομάδα YAPP— στην «Περιγραφή της Ελλάδας», ένα εξαντλητικό έργο 10 βιβλίων από τον 2ο αιώνα π.Χ. που περιγράφει την τοπογραφία και την πολιτιστική γεωγραφία των χωρών. Συγκεκριμένα, αναφέρει ένα ιερό της Ίσιδας, μιας Αιγύπτιας θεάς που λατρευόταν σε όλο τον ελληνορωμαϊκό κόσμο.

Το ιερό θα λειτουργούσε ως ένα είδος ιατρικής κλινικής, είπε ο Koh, και τα ερείπιά του θα μπορούσαν ενδεχομένως να δώσουν ένα πλήθος αγγείων με ενδιαφέροντα υπολείμματα. Είναι δυνατό να εντοπιστεί η τοποθεσία του συγκροτήματος του ναού τριγωνίζοντας τις αποστάσεις που χρησιμοποίησε ο Παυσανίας για να περιγράψει τη θέση του, είπε.

Στον Ελικώνα

Η ομάδα συλλέγει δείγματα ελλεβόρου, φυτών που χρησιμοποιούσαν οι αρχαίοι τόσο για φαρμακευτικούς όσο και για επιβλαβείς σκοπούς.

Η περιοχή έχει μια ιδιαίτερη σχέση με τον ελλέβορο, ένα θρυλικό φυτό που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί είτε για θεραπεία είτε για βλάβη, μια δυαδικότητα που είναι εγγενής στον αρχικό ελληνικό όρο, «φαρμακόν». Ο Koh σημείωσε ότι ο ιατρικός συγγραφέας του 5ου αιώνα π.Χ., Θεσσαλός, ο γιος του γιατρού και φιλοσόφου Ιπποκράτη, διηγήθηκε ότι ο πρόγονός τους, Νεβρός, συμβούλεψε μια δύναμη εισβολής να δηλητηριάσει την παροχή νερού μιας κοντινής πόλης με ελλέβορο, με αποτέλεσμα ένα κύμα εξουθενωτικής δυσεντερίας που συνέβαλε στην τελική σφαγή των πολιτών της. Αυτό το επεισόδιο, πρόσθεσε ο Koh, θεωρείται ευρέως ότι ενέπνευσε τον όρκο του Ιπποκράτη μέσω του οποίου οι γιατροί δεσμεύονται να μην κάνουν κακό.

Αυτό το καλοκαίρι, η ερευνητική ομάδα του Yale θα στοχεύσει στον ελλέβορο από το Mountain Helicon, ένα βουνό στην κοντινή Βοιωτία, για τεκμηρίωση με πολυφασματικές και φυτοχημικές αναλύσεις για την καλύτερη κατανόηση της σχέσης του παρελθόντος και του παρόντος με την περιοχή.

Αντί να σκάβει με βάση προαισθήσεις ή εικασίες, η ομάδα χρησιμοποιεί τεχνολογία - συμπεριλαμβανομένου ενός μη επανδρωμένου εναέριου οχήματος (UAV) εξοπλισμένο με πολυφασματικούς και θερμικούς αισθητήρες - για να στοχεύσει και να τεκμηριώσει συγκεκριμένες τοποθεσίες για ανασκαφές και μελέτη.

Η ιδέα είναι να εργαστούμε γρήγορα και αποτελεσματικά για τον εντοπισμό πολλά υποσχόμενων τοποθεσιών χωρίς να στριμώξουμε τις εγκαταστάσεις αποθήκευσης των τοπικών συνεργατών της YAPP με χιλιάδες τεμάχια κεραμικών. Ταυτόχρονα, η ομάδα θα στηριχθεί στην ίδια τεχνολογία για τη συλλογή δειγμάτων της τοπικής χλωρίδας σε συνεργασία με τοπικούς βοτανολόγους, τα οποία μπορεί να ήταν συστατικά σε αρχαία φάρμακα και ποτά.

Η ερευνητική ομάδα προετοιμάζεται στο Horse Island για την αποστολή τους στην Ελλάδα.

Τον Απρίλιο, η ομάδα YAPP πραγματοποίησε ένα boot camp στο Horse Island - ένα ακίνητο 17 στρεμμάτων που κατέχει η Peabody στα νησιά Thimble στα ανοικτά των ακτών του Branford, στο Κονέκτικατ - για να προετοιμαστεί για το ταξίδι της στην Ελλάδα. Το απομονωμένο νησί, όπου τα UAV μπορούν να πετάξουν χωρίς να ενοχλούν τους γείτονες, είναι ιδανικό έδαφος για την τεχνολογία της ομάδας, είπε ο Koh.

Έξυπνη αρχαιολογία

Παλιότερα, οι αρχαιολόγοι έσκαβαν σαν τρελοί για να βρουν μια χρήσιμη τοποθεσία, αλλά μέσω του τεχνολογικού μας κόμβου, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τα θερμικά μας δεδομένα και τη μηχανική μάθηση για να στοχεύσουμε τις δραστηριότητές μας.

Ο Gold και ο Murphy Tu, μεταπτυχιακός φοιτητής στην αρχαιολογία στο Graduate School of Arts and Sciences και μέλος της ομάδας, πέταξαν ένα UAV εξοπλισμένο με αισθητήρα υπέρυθρων για να ελέγξουν αν ο αλγόριθμός τους μπορεί να διαφοροποιήσει τα κεραμικά από τα πετρώματα. (Σε συνδυασμό με πολυφασματική απεικόνιση, είπε ο Koh, τα UAV μπορούν να απομονώσουν όστρακα κεραμικής και να υπόσχονται πολλά για τον εντοπισμό της φυτικής ζωής μέχρι το γένος, αν όχι το είδος, σε τεράστιες εκτάσεις γης, συμπεριλαμβανομένων περιοχών που δεν είναι εύκολα προσβάσιμες με τα πόδια.)

Ο Patrick Sweeney, διευθυντής συλλογών για το τμήμα βοτανικής του Peabody, ηγήθηκε μιας συνεδρίας για τη συλλογή δειγμάτων φυτών. Η εκπαίδευση αφαιρεί άγνωστα και επιτρέπει στην ομάδα ναλειτουργήσει καλύτερα, είπε ο Koh.

« Δεν θέλουμε να πάμε στην Ελλάδα και να ανακαλύψουμε ότι έχουμε τεχνικά προβλήματα», είπε.

Η έξυπνη και γρήγορη εργασία - η επιτόπια εργασία θα διαρκέσει εβδομάδες, όχι μήνες - βοηθά στην υποδοχή ταλαντούχων μαθητών, οι οποίοι συχνά έχουν διαφορετικά ενδιαφέροντα και συμμετέχουν σε διάφορα έργα ταυτόχρονα.

Για παράδειγμα, αφού ο Gold επιστρέψει από τις δύο εβδομάδες του στην Ελλάδα, θα ξεκινήσει πρακτική άσκηση στο Ινστιτούτο Wu Tsai του Yale, συνεργαζόμενος με τον Abhishek Bhattacharjee, καθηγητή επιστήμης υπολογιστών στη Σχολή Μηχανικών και Εφαρμοσμένων Επιστημών του Yale, σε διεπαφές εγκεφάλου-υπολογιστή θεραπεία νευρολογικών παθήσεων.

« Είναι βολικό γιατί δεν νιώθω ότι πρέπει να αφιερώσω όλο τον χρόνο μου στο έργο YAPP», είπε ο Gold. «Μπορώ να έρθω και να ολοκληρώσω πολύ στοχευμένη δουλειά και να κάνω μια σημαντική συνεισφορά».

Ο Gold συνδέθηκε με τον Koh μέσω ενός σεμιναρίου πρώτου έτους που παρακολούθησε με τον David Skelly, τον Frank R. Oastler καθηγητή Οικολογίας στο Yale και διευθυντή του Μουσείου Peabody, σχετικά με την εργασία στις συλλογές του μουσείου. Ως μαθητής, βοήθησε τον Koh να διερευνήσει την προέλευση του αιγυπτιακού βάζου από αλάβαστρο, το οποίο άνοιξε την ευκαιρία να ενταχθεί στην ομάδα επιτόπιας εργασίας στην Ελλάδα το περασμένο καλοκαίρι. Από τότε έχει αναπτύξει έναν οπτικό αλγόριθμο που μπορεί να αναλύσει τεράστιες ποσότητες πολυφασματικών και θερμικών δεδομένων και να απομονώσει βασικές περιοχές ενδιαφέροντος. Ο αλγόριθμος βοηθά τους ερευνητές να αναλύσουν μέσα σε λίγα λεπτά αυτό που διαφορετικά θα χρειαζόταν αρκετές κουραστικές ημέρες για να αναθεωρηθεί.

Ο Koh αποκαλεί την ικανότητα εφαρμογής μηχανικής μάθησης για την ανάλυση των δεδομένων που προκύπτουν «μια αλλαγή παιχνιδιού» που υπογραμμίζει τη σημασία της πολυκομβικής προσέγγισης του YAPP.

« Τα παλιά χρόνια, οι αρχαιολόγοι έσκαβαν σαν τρελοί για να βρουν μια χρήσιμη τοποθεσία, αλλά μέσω του τεχνολογικού μας κόμβου, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τα θερμικά μας δεδομένα και τη μηχανική μάθηση για να στοχεύσουμε τις δραστηριότητές μας», είπε. «Και αυτό είναι έξυπνη αρχαιολογία».

Γεωδίφης με πληροφορίες από το Πανεπιστήμιο Υale

https://news.yale.edu/2024/06/13/blend-machine-learning-botany-unlocks-secrets-ancient-greece