Universiteit van Tel Aviv: Computers leren Dode Zeerollen lezen op zoek naar aanwijzingen die voor het menselijk oog verborgen zijn

Een fragment uit de 4Q393-rol, met een liturgische tekst bekend als de 'gemeenschappelijke bekentenissen' uit de Herodiaanse periode (1e eeuw v.Chr.-1e eeuw n.Chr.), zoals te zien op een foto van de Israel Antiquities Authority (rechts) en geanalyseerd door de nieuwe computertool van de Universiteit van Tel Aviv (links). Foto Israel Antiquities Authority/ Universiteit van Tel Aviv

Twee onderzoekers van de faculteit computerwetenschappen van de Universiteit van Tel Aviv hebben een nieuwe computermethode onthuld die het onderzoek naar de Dode Zeerollen ingrijpend kan veranderen, schrijft de Universiteit van Tel Aviv.

De tool is ontworpen om een ​​nauwkeurigere analyse van oude teksten en handschriften mogelijk te maken, wat wetenschappers onder andere kan helpen na te gaan of fragmenten ooit tot dezelfde rol behoorden of door dezelfde schrijvers zijn geschreven. De technologie staat nog in de kinderschoenen, maar onderzoekers hopen dat het extraheren van dergelijke informatie nieuwe inzichten kan opleveren in de mensen en gemeenschappen achter de Dode Zeerollen, hun geletterdheid en uiteindelijk het Joodse leven in de Tweede Tempelperiode.

"Wetenschappers bestuderen de Dode Zeerollen al 70 jaar", vertelde prof. Nachum Dershowitz, die de methode samen met Berat Kurar-Barakat ontwikkelde, aan The Times of Israel. "Een van de grootste onopgeloste uitdagingen is het vergelijken en matchen van handschriften op verschillende fragmenten of rollen. Dit blijft een van de grootste vraagstukken in het vakgebied."

Het onderzoek, dat momenteel wordt beoordeeld voor publicatie in een peer-reviewed tijdschrift, werd vorige maand gepresenteerd op het 19e Wereldcongres voor Joodse Studies aan de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem.

Hun project wil de kloof tussen de fysieke rollen en de geschriften die ze bewaren, dichten door wetenschappers een technologisch hulpmiddel te bieden waarmee ze de teksten veel gemakkelijker kunnen openen en analyseren.

De Dode Zeerollen bestaan ​​uit duizenden fragmenten van ongeveer 950 manuscripten. Om ze tegen verder verval te beschermen, bewaart de Israëlische Oudheidkundige Dienst de oude teksten onder strikt gecontroleerde omstandigheden.

Hierdoor hebben wetenschappers slechts beperkte toegang tot de originelen en zijn ze afhankelijk van foto's met een hoge resolutie. Maar zelfs deze brengen hun eigen uitdagingen met zich mee voor onderzoek.

Om de technologie in staat te stellen het handschrift van de rollen te analyseren, moeten computers eerst leren wat het menselijk oog direct doet: herkennen waar de letters staan, waar het perkament begint en eindigt, en deze onderscheiden van de zwarte achtergrond en andere visuele ruis.

"In de jaren vijftig heeft een bekwame fotograaf van het Rockefeller Museum, waar de rollen destijds werden bewaard, ze uitgebreid gedocumenteerd", aldus Dershowitz. "De laatste jaren heeft ook de Israel Antiquities Authority de rollen gefotografeerd."

Prof. Nachum Dershowitz van de faculteit computerwetenschappen van de Universiteit van Tel Aviv. Foto Rossella Tercatin

De IAA maakt nu gebruik van multispectrale beeldvorming, waarmee details op verschillende golflengtes van licht kunnen worden vastgelegd. Zo worden kenmerken zichtbaar die met het blote oog niet te zien zijn.

"Restaurateurs leggen elk fragment op een zwarte stenen plaat en fotograferen het", legt Dershowitz uit. "De afbeelding toont niet alleen het fragment, maar ook de achtergrond, een meetlat, een label en – als de rol in slechte staat verkeert – stroken Japans rijstpapier die hem bij elkaar houden."

Beeldtechnicus en cameraman Shay Halevy toont op het scherm fragmenten van een nieuw ontdekt schrift, gevonden door onderzoeker Oren Abelman van de Israel Antiquities Authority in "Grot 11" bij Qumran, op de IAA-afdeling van het Israel Museum in Jeruzalem, met behulp van multispectrale beeldvorming. Foto Universiteit Tel Aviv

Het doel van het project was om de computer te leren onderscheid te maken tussen inkt, perkament en andere elementen in elke afbeelding van de rollen. Computers definiëren afbeeldingen met behulp van een horizontale X-as en een verticale Y-as, waarbij ze coördinaten toekennen aan elke pixel. De uitdaging is om elke pixel correct te classificeren.

"We moeten weten wat inkt is en wat perkament", aldus Dershowitz. Deze processen staan ​​bekend als inktsegmentatie en perkamentsegmentatie.

Hoewel computers kleuren kunnen herkennen, is dat op zichzelf niet voldoende: verschillende elementen kunnen er identiek uitzien. Zo hebben letters en de achtergrond vaak dezelfde zwarte tint.

Vroeger moesten wetenschappers de segmentatie handmatig uitvoeren , met behulp van bewerkingshulpmiddelen zoals Photoshop, om elke afzonderlijke pixel te annoteren. Dit was een tijdrovende klus.

Onlangs introduceerde een team van Europese wetenschappers een deep-learningmethode voor inktsegmentatie. Ze hebben hun getrainde algoritme echter niet gepubliceerd, waardoor andere onderzoekers er geen onafhankelijke toegang toe hebben.

Kurar-Barakat en Dershowitz kozen een andere weg en ontwikkelden een open-sourcebenadering die zowel het schrift als het perkament in elk fragment belicht. Door open toegang tot de tool te bieden, bieden de twee een breed scala aan wetenschappers nieuwe manieren om de rollen te verkennen, in de hoop dat de methode de onderzoeksgemeenschap in staat zal stellen een aantal van de al lang bestaande raadsels in de oude teksten op te lossen.

De methode maakt gebruik van de multispectrale beelden die onlangs door de IAA zijn vastgelegd en die voordelen lijken te bieden ten opzichte van standaardfoto's.

Een fragment uit de 4Q393-rol, met een liturgische tekst bekend als de 'gemeenschappelijke bekentenissen' uit de Herodiaanse periode (1e eeuw v.Chr.-1e eeuw n.Chr.). Foto Israel Antiquities Authority

"Multispectrale beelden onthullen meer dan alleen kleur", legt Dershowitz uit. "Licht reflecteert anders, afhankelijk van het materiaal – inkt, perkament, achtergrond – en de computer kan die reflecties, in plaats van alleen kleur, gebruiken om elk element te identificeren."

De onderzoekers testten hun methode op een dataset van twintig fragmenten, waaronder stukken van verschillende belangrijke rollen. Deze omvatten 4Q393, met een liturgische tekst bekend als de "gemeenschappelijke bekentenissen" uit de Herodiaanse periode (1e eeuw v.Chr.-1e eeuw n.Chr.); 4Q26, met delen van Leviticus uit de Hellenistisch-Romeinse periode (4e eeuw v.Chr.-2e eeuw n.Chr.); en 4Q270, ook wel het Damascus Document genoemd, een sleuteltekst van de Qumran-sekte uit de Herodiaanse periode.

Kurar-Barakat en Dershowitz ontdekten dat de computer weliswaar allerlei soorten gegevens kon ontcijferen, maar dat het moeite had om onderscheid te maken tussen geschreven letters en gaten in het perkament. Dit kwam door overeenkomsten tussen de zwarte inkt en de zwarte stenen achtergrond, die door de scheuren heen zichtbaar waren.

Ze overwonnen deze uitdaging door gebruik te maken van een andere observatie: de contouren van de inkt in de multispectrale beelden waren duidelijk te onderscheiden van zowel de omliggende inktgebieden als de gaten.

Nadat ze het perkament zorgvuldig van de inkt hadden gescheiden en de randen van de letters ruwweg hadden overgetrokken, gebruikten de onderzoekers een standaard computertechniek genaamd 'energieminimalisatie' om een ​​'omgekeerde afbeelding' van elk fragment te maken. Dit proces verwijderde het blanco perkament en de achtergrond, waardoor alleen de letters duidelijk zichtbaar bleven.

Ze hebben ook handmatig elke pixel in de geselecteerde fragmenten geannoteerd om deze te kunnen vergelijken met de resultaten van hun model. Daarmee bereikten ze een nauwkeurigheid van 98% bij het identificeren van perkament en 75% bij het identificeren van inkt.

Volgens Dershowitz heeft het project veelbelovende resultaten opgeleverd met de 20 geteste fragmenten, maar de methode moet nog op veel meer rollen worden toegepast om de impact ervan volledig te kunnen beoordelen.

"Het zal tijd kosten", zei Dershowitz. "Bij de Dode Zeerollen is zelfs het lezen van nog maar één letter goed."