Forskere modellerer, hvordan blækspruttearme træffer beslutninger

Forskere, der studerer blækspruttes adfærd og neurovidenskab, har længe haft mistanke om, at dyrenes arme kan have deres egne tanker.

En ny model, der præsenteres her, er det første forsøg på en omfattende repræsentation af informationsstrømmen mellem blækspruttens suckers, arme og hjerne, baseret på tidligere forskning i blæksprutte neurovidenskab og adfærd, og nye videoobservationer udført i laboratoriet.

Den nye forskning understøtter tidligere resultater om, at blækspruttesugere kan igangsætte handling som reaktion på information, de får fra deres miljø, koordinering med nabosugere langs armen. Armene behandler derefter sensorisk og motorisk information, og mønstre kollektiv handling i det perifere nervesystem, uden at vente på kommandoer fra hjernen.

"Blækspruttens arme har en neural ring, der går uden om hjernen, og så kan armene sende information til hinanden uden at hjernen er klar over det, " sagde Sivitilli. "Så selvom hjernen ikke er helt sikker på, hvor armene er i rummet, armene ved, hvor hinanden er, og dette gør det muligt for armene at koordinere under handlinger som kravlende bevægelser."

Resultatet er en bottom-up, eller arm op, beslutningsmekanisme snarere end hjernenedskæringsmekanismen typisk for hvirveldyr, som mennesker, ifølge Dominic Sivitilli, en kandidatstuderende i adfærdsmæssig neurovidenskab og astrobiologi ved University of Washington i Seattle, som vil præsentere den nye forskning 26. juni på 2019 Astrobiology Science Conference (AbSciCon 2019).

Forskerne ønsker i sidste ende at bruge deres model til at forstå, hvordan beslutninger, der træffes lokalt i armene, passer ind i konteksten af ​​kompleks adfærd som jagt, som også kræver retning fra hjernen.

"Et af de store overbliksspørgsmål, vi har, er, hvordan et distribueret nervesystem ville fungere, især når den prøver at gøre noget kompliceret, som at bevæge sig gennem væske og finde mad på en kompleks havbund. Der er mange åbne spørgsmål om, hvordan disse noder i nervesystemet er forbundet med hinanden, " sagde David Gire, en neuroforsker ved University of Washington og Sivitillis rådgiver for projektet.

længe en inspiration til science fiction, tentakled aliens fra det ydre rum, blæksprutten kan være lige så fremmed en intelligens, som vi kan møde på Jorden, sagde Sivitilli. Han mener, at forståelsen af, hvordan blæksprutten opfatter sin verden, er så tæt som vi kan komme på at forberede os på at møde intelligent liv uden for vores planet.

"Det er en alternativ model for intelligens, " sagde Sivitilli. "Det giver os en forståelse af mangfoldigheden af ​​kognition i verden, og måske universet."

Blæksprutten udviser mange lignende adfærd som hvirveldyr, som mennesker, men dets nervesystemarkitektur er fundamentalt anderledes, fordi det udviklede sig efter hvirveldyr og hvirvelløse dyr skilte evolutionære veje, mere end 500 millioner år siden.

Hvirveldyr arrangerede deres centralnervesystem i en snor op ad rygraden, fører til meget centraliseret behandling i hjernen. blæksprutter, som blæksprutten, udviklet flere koncentrationer af neuroner kaldet ganglier, arrangeret i et distribueret netværk i hele kroppen. Nogle af disse ganglier blev mere dominerende, udvikler sig til en hjerne, men den underliggende distribuerede arkitektur fortsætter i blækspruttens arme, og i hele dens krop.

Af blækspruttens 500 millioner neuroner, mere end 350 millioner er i dens otte arme. Armene har brug for al den processorkraft til at håndtere indkommende sanseinformation, at bevæge sig og holde styr på deres position i rummet. Behandling af information i armene gør det muligt for blæksprutten at tænke og reagere hurtigere, ligesom parallelle processorer i computere.

Sivitilli arbejder med den største blæksprutte i verden, den gigantiske stillehavsblæksprutte, såvel som den mindre østlige Stillehavsrød, eller rubin, blæksprutte. Begge arter er hjemmehørende i Puget Sound ud for Seattles kyst og Salishhavet, og har indlærings- og problemløsningsevner analoge med dem, der studeres i krager, papegøjer og primater.

For at underholde blæksprutterne og studere deres bevægelser, Sivitilli og hans kolleger gav blæksprutterne interessante, nye genstande at undersøge, som askeblokke, teksturerede sten, Lego og kunstfærdige labyrinter med mad indeni. Hans forskergruppe leder efter mønstre, der afslører, hvordan blækspruttens nervesystem uddelegerer mellem armene, når dyret nærmer sig en opgave eller reagerer på nye stimuli, leder efter spor til, hvilke bevægelser der styres af hjernen, og hvilke der styres fra armene.

Sivitilli brugte et kamera og et computerprogram til at observere blæksprutten, mens den udforskede genstande i sin tank og ledte efter mad. Programmet kvantificerer bevægelser af armene, spore, hvordan armene arbejder sammen synkront, foreslår retning fra hjernen, eller asynkront, foreslår uafhængig beslutningstagning i hvert bilag.

"Du ser mange små beslutninger blive taget af disse distribuerede ganglier, bare ved at se armen bevæge sig, så en af ​​de første ting, vi gør, er at prøve at nedbryde, hvordan den bevægelse faktisk ser ud, fra et beregningsmæssigt perspektiv, " sagde Gire. "Det vi kigger på, mere end hvad man tidligere har set på, er, hvordan sensorisk information bliver integreret i dette netværk, mens dyret træffer komplicerede beslutninger."