Исследователи, изучающие поведение и нейробиологию осьминогов, давно подозревали, что щупальца этих животных могут иметь собственную, отдельную от мозга систему реагирования.
Модель, представленная на конференции по астробиологии в Бельвью, является первой попыткой описать информационный поток между присосками осьминога, щупальцами и его мозгом. Эта модель основана на предыдущих исследованиях в области нейробиологии и поведения осьминогов, а также на видеонаблюдениях, проведённых в лаборатории Вашингтонского университета (University of Washington) в Сиэтле.
Исследование подтверждает предыдущие выводы о том, что присоски осьминога могут самостоятельно инициировать действия в ответ на информацию, полученную из окружающей среды, координируя их с соседними присосками вдоль щупальца. Щупальца обрабатывают сенсорную и двигательную информацию и вырабатывают совместные действия в периферийной нервной системе, не дожидаясь команд от мозга.
У осьминогов, по словам Доминика Сивитилли (Dominic Sivitilli), аспиранта кафедры поведенческой нейробиологии и астробиологии Вашингтонского университета, работает механизм принятия решений «снизу вверх», от щупалец, а не «сверху вниз», от мозга, типичный для позвоночных.
Исследователи хотят использовать полученную модель, чтобы понять, как решения, принимаемые на уровне щупалец, вписываются в контекст сложных моделей поведения, таких как, например, охота, и другие, включающие необходимость направления со стороны мозга.
«Один из вопросов к общей картине, который у нас есть, заключается в том, как будет работать распределённая нервная система, особенно, когда она пытается сделать что-то сложное, например, двигаться сквозь жидкость, искать пищу на сложном дне океана. Есть множество открытых вопросов, как эти узлы нервной системы связаны друг с другом», — говорит Дэвид Джир (David Gire), нейробиолог, руководитель проекта.
«Долгое время осьминоги вдохновляли авторов фантастики про инопланетян, теперь и правда оказывается, что этот организм настолько чужд нам, что мы не можем встретить на Земле ничего подобного», — говорит Сивитилли.
Осьминог ведёт себя во многом так же, как позвоночные, но структура его нервной системы отличается, поскольку последняя сформировалась уже после того, как 500 миллионов лет назад эволюционные пути позвоночных и беспозвоночных разошлись.
У позвоночных центральная нервная система расположилась вдоль позвоночника, это привело к высокоцентрализованной обработке сигналов в головном мозге. У головоногих, таких как осьминоги, многочисленные концентрации нейронов, ганглии, эволюционировали, расположившись в распределённой сети. Некоторые из ганглиев стали доминирующими и превратились в мозг, но основная распределённая архитектура сохранилась в щупальцах и по всему телу.
«Щупальца осьминога имеют нервное кольцо, идущее в обход мозга, поэтому они могут обмениваться информацией между собой без ведома мозга, — говорит Сивитилли. — Так что мозг не совсем в курсе, где находятся щупальца, а щупальца знают друг о друге. Это позволяет щупальцам координировать действия, например передвижение».
Сивитилли работает с крупнейшим осьминогом в мире — гигантским осьминогом (Enteroctopus dofleini), а также с менее крупным красным осьминогом (Octopus rubescens). Оба вида живут в заливе Пьюджет у побережья Сиэтла и обладают способностями к обучению и решению задач, аналогичных тем, способности к решению которых изучались у воронов, попугаев и приматов.
Чтобы развлечь осьминогов и изучить их движения, Сивитилли и его коллеги давали им новые объекты для исследования, такие как шлакобетонные блоки, текстурированные камни, Лего и сложные лабиринты с пищей внутри. Исследовательская группа искала управляющие паттерны нервной системы животного.
Сивитилли использовал камеру и компьютерную программу для наблюдения за осьминогами при исследовании последними объектов в поисках пищи. Программа оценивала количественно движения щупальцев, отслеживая, насколько синхронно они работают (или асинхронно, предлагая независимое принятие решений в каждой конечности).
Из 500 миллионов нейронов осьминога более 350 миллионов находятся в щупальцах. Щупальца нуждаются во всей этой вычислительной мощности для управления входящей сенсорной информацией, перемещения и отслеживания своего положения в пространстве. Обработка информации в щупальцах позволяет осьминогу увеличить скорость реакции, подобно тому, как работают параллельные процессы в компьютерах, ускоряя вычисления.
