Исследователи, изучающие поведение и неврологию осьминогов, давно подозревали, что руки этих животных могут иметь собственный разум.
Новая модель, представленная в Белвью, штат Вашингтон, является первой попыткой всестороннего представления информационного потока между присосками, руками и мозгом осьминога на основе предыдущих исследований в области нейробиологии и поведения осьминога, а также новых видеонаблюдений. проводится в лаборатории.
Новое исследование подтверждает предыдущие выводы о том, что присоски осьминога могут инициировать действия в ответ на информацию, которую они получают из окружающей среды, координируя свои действия с соседними присосками вдоль руки. Затем руки обрабатывают сенсорную и моторную информацию и осуществляют коллективные действия в периферической нервной системе, не дожидаясь команд мозга.
По словам Доминика Сивитилли, аспиранта в области поведенческой неврологии и астробиологии в Университете, в результате получается восходящий механизм принятия решений, а не механизм «мозг вниз», типичный для позвоночных, таких как люди. Вашингтона в Сиэтле, который представит новое исследование в среду на научной конференции по астробиологии 2019 года (AbSciCon 2019).
Исследователи в конечном итоге хотят использовать свою модель, чтобы понять, как решения, принимаемые локально в руках, вписываются в контекст сложного поведения, такого как охота, которые также требуют управления от мозга.
Один из основных вопросов, которые у нас есть, заключается в том, как будет работать распределенная нервная система, особенно когда она пытается делать что-то сложное, например, перемещаться в жидкости и находить пищу на сложном дне океана. Есть много открытых вопросов о том, как эти узлы в нервной системе связаны друг с другом», - сказал Дэвид Гир, нейробиолог из Вашингтонского университета и советник Сивитилли по проекту.
Осьминог, долгое время являющийся источником вдохновения для научно-фантастических пришельцев из космоса с щупальцами, может быть таким же инопланетным разумом, какой мы можем встретить на Земле, сказал Сивитилли. Он считает, что понимание того, как осьминог воспринимает окружающий мир, настолько близко, насколько мы можем приблизиться к подготовке к встрече с разумной жизнью за пределами нашей планеты.
«Это альтернативная модель интеллекта», - сказал Сивитилли. «Это дает нам понимание разнообразия познания в мире и, возможно, во Вселенной».
Осьминог во многом похож на поведение позвоночных, таких как люди, но архитектура его нервной системы принципиально отличается, потому что он эволюционировал после того, как пути эволюции позвоночных и беспозвоночных разошлись более 500 миллионов лет назад.
Позвоночные устроили свою центральную нервную систему в виде шнура вверх по позвоночнику, что привело к высоко централизованной обработке данных в мозгу. Головоногие моллюски, как и осьминоги, развили множественные скопления нейронов, называемых ганглиями, расположенных в распределенной сети по всему телу. Некоторые из этих ганглиев стали более доминирующими, превратившись в мозг, но лежащая в основе распределенная архитектура сохраняется в руках осьминога и во всем его теле.
«Руки осьминога имеют нервное кольцо, которое обходит мозг, поэтому руки могут передавать информацию друг другу без ведома мозга», - сказал Сивитилли. «Поэтому, хотя мозг не совсем уверен, где находятся руки в пространстве, руки знают, где находятся друг друга, и это позволяет рукам координировать свои действия во время таких действий, как передвижение ползком».
Из 500 миллионов нейронов осьминога более 350 миллионов находятся в его восьми руках. Рукам нужна вся эта вычислительная мощность, чтобы обрабатывать поступающую сенсорную информацию, двигаться и отслеживать свое положение в пространстве. Обработка информации руками позволяет осьминогу думать и реагировать быстрее, подобно параллельным процессорам в компьютерах.
Sivitilli работает с крупнейшим осьминогом в мире, гигантским тихоокеанским осьминогом, а также с более мелким восточно-тихоокеанским красным или рубиновым осьминогом. Оба вида обитают в Пьюджет-Саунд у побережья Сиэтла и в Салиш-Си, и обладают способностями к обучению и решению проблем, аналогичными тем, которые изучены у ворон, попугаев и приматов.
Чтобы развлечь осьминогов и изучить их движения, Сивитилли и его коллеги дали осьминогам новые интересные объекты для исследования, такие как шлакоблоки, текстурированные камни, лего и сложные лабиринты с едой внутри. Его исследовательская группа ищет закономерности, которые показывают, как нервная система осьминога делегирует свои функции рукам, когда животное приближается к задаче или реагирует на новые стимулы, ищет подсказки к тому, какие движения направляются мозгом, а какие управляются руками.
Сивитилли использовал камеру и компьютерную программу, чтобы наблюдать за тем, как осьминог исследует объекты в своем аквариуме и ищет пищу. Программа измеряет движения рук, отслеживая, как руки работают синхронно, предлагая направление от мозга, или асинхронно, предлагая независимое принятие решений в каждом придатке.
Вы видите много мелких решений, принимаемых этими распределенными ганглиями, просто наблюдая за движением руки, поэтому первое, что мы делаем, это пытаемся понять, как на самом деле выглядит это движение., с вычислительной точки зрения», - сказал Гир. «То, на что мы смотрим, больше, чем то, на что смотрели в прошлом, - это то, как сенсорная информация интегрируется в эту сеть, пока животное принимает сложные решения».