Övergången från medelstenåldern (MSA) till senare stenåldern (LSA) markerar en stor kulturell förändring bland mänskliga jägare-samlare förfäder, men att skilja mellan dessa två industriella komplex är inte okomplicerat. Ny forskning publicerad av ett team från University of Liverpool och Max Planck Institute for Science of Human History denna vecka visar att maskininlärning kan vara ett värdefullt verktyg för arkeologer, och kan identifiera vad som skiljer MSA och LSA åt.

MSA-verktygssatser dyker först upp cirka 300, För 000 år sedan, samtidigt som de tidigaste fossilerna av Homo sapiens, och är fortfarande i bruk 30, 000 år sedan. Dock, från 67, För 000 år sedan, förändringar i produktionen av stenverktyg indikerar en markant förändring i beteende; de nya verktygssatserna som dyker upp är märkta LSA och har varit i bruk i det senaste förflutna. En växande mängd bevis tyder på att övergången från MSA till LSA inte var en linjär process, men inträffade vid olika tidpunkter på olika platser. Att förstå denna process är viktigt för att undersöka vad som driver kulturell innovation och kreativitet, och vad förklarar denna kritiska beteendeförändring. Att definiera skillnader mellan MSA och LSA är ett viktigt steg mot detta mål.

"Östra Afrika är en nyckelregion för att undersöka denna stora kulturella förändring, inte bara för att den är värd för några av de yngsta MSA-webbplatserna och några av de äldsta LSA-webbplatserna, men också för att det stora antalet väl utgrävda och daterade platser gör den idealisk för forskning med kvantitativa metoder, " säger Dr Jimbob Blinkhorn, en arkeolog från Pan African Evolution Research Group, Max Planck Institute for Science of Human History och Centrum för kvartärforskning, Institutionen för geografi, Royal Holloway. "Detta gjorde det möjligt för oss att samla ihop en omfattande databas med förändrade mönster för produktion och användning av stenverktyg, sträcker sig 130 till 12, För 000 år sedan, för att undersöka MSA-LSA-övergången."

Studien undersöker närvaron eller frånvaron av 16 alternativa verktygstyper över 92 stenverktygsaggregat, men istället för att fokusera på dem individuellt, tonvikten läggs på de konstellationer av verktygsformer som ofta förekommer tillsammans.

"Vi har använt ett tillvägagångssätt för artificiellt neuralt nätverk (ANN) för att träna och testa modeller som skiljer LSA-aggregat från MSA-aggregat, samt att undersöka kronologiska skillnader mellan äldre (130-71, 000 år sedan) och yngre (71-28, 000 år sedan) MSA-sammansättningar med 94 % framgång, " säger Dr Matt Grove, en arkeolog vid University of Liverpool.

Artificiella neurala nätverk (ANN) är datormodeller som är avsedda att efterlikna de framträdande dragen av informationsbehandling i hjärnan. Som hjärnan, deras avsevärda processorkraft härrör inte från komplexiteten hos någon enskild enhet utan från verkan av många enkla enheter som verkar parallellt. Trots den utbredda användningen av ANN idag, tillämpningar inom arkeologisk forskning är fortfarande begränsade.

"ANN har ibland beskrivits som en "svart låda"-strategi, som även när de är mycket framgångsrika, det kanske inte alltid är klart exakt varför, " säger Grove. "Vi använde en simuleringsmetod som bryter upp den här svarta lådan för att förstå vilka indata som har en betydande inverkan på resultaten. Detta gjorde det möjligt för oss att identifiera hur mönster av sammansättning av stenverktyg varierar mellan MSA och LSA, och vi hoppas att detta visar hur sådana metoder kan användas mer allmänt i arkeologisk forskning i framtiden."

Blinkhorn tillägger, "Resultaten av vår studie visar att MSA- och LSA-sammansättningar kan differentieras baserat på konstellationen av artefakttyper som finns inom enbart en sammansättning. Den kombinerade förekomsten av backade delar, blad- och bipolära teknologier tillsammans med den kombinerade frånvaron av kärnverktyg, Levallois flingteknologi, punktteknologi och skrapor identifierar robust LSA-aggregat, med det motsatta mönstret som identifierar MSA-sammansättningar. Betydligt nog, detta ger kvantifierat stöd till kvalitativa skillnader som tidigare forskare noterat att viktiga typologiska förändringar inträffar med denna kulturella övergång."

Teamet planerar att utöka användningen av dessa metoder för att gräva djupare in i olika regionala banor av kulturell förändring under den afrikanska stenåldern. "Det tillvägagångssätt vi har använt erbjuder en kraftfull verktygslåda för att undersöka de kategorier vi använder för att beskriva den arkeologiska historien och för att hjälpa oss att undersöka och förklara kulturell förändring bland våra förfäder, säger Blinkhorn.

Studien publiceras i PLOS ONE .