「身不由己」?章魚的觸手有自己的意識

2021-01-20 騰訊網

長期以來，章魚都是科幻作家們筆下具有觸手的外星人的靈感來源。不僅僅是外形獨特，章魚觸手的靈活性也給人們留下了深刻印象。研究章魚行為和神經科學的科學家們一直懷疑，這些的觸手有著自我意識。

在6月26日舉行的2019年天體生物學科學大會上，華盛頓大學的科學家們提出了一個新的模型。該模型在以往對章魚神經科學和行為的研究以及新的視頻觀察的基礎上，首次全面地展示了章魚的吸盤、觸手和大腦之間的信息流。該研究驗證了科學家們之前的發現：章魚的吸盤可以在接收來自外周環境的信息後觸發活動並與沿觸手分布的相鄰吸盤協同動作。之後，觸手會對感覺和動作信息進行處理，並在大腦指令尚未到達之前將動作集聚集在外周神經系統。

研究者之一、西雅圖華盛頓大學行為神經科學和天體生物學的研究生Dominic Sivitilli表示，與人類等脊椎動物自大腦向下的決策機制不同，章魚表現出的是一種自下向上或者說自觸手向上的決策機制。

Sivitilli的研究對象既包括世界上最大的章魚——太平洋巨型章魚，也包括體型小一些的東太平洋紅寶石章魚。這兩種動物都生活在西雅圖海岸和薩利什海附近的普吉特灣，具有類似烏鴉、鸚鵡和靈長類動物的學習和解決問題的能力。為了取悅章魚並研究它們的運動，Sivitilli和他的同事們給了章魚一些有趣又新穎的研究對象，比如煤渣塊、有紋理的巖石、樂高玩具和裡面有食物的精緻迷宮。他的研究小組正在尋找一種模式，以揭示當章魚接近一項任務或對新刺激做出反應時，它的神經系統是如何在觸手之間進行分配的。他們正在尋找線索，以確定哪些動作是由大腦指揮的，哪些動作是由觸手控制的。

實驗中，Sivitilli用一臺相機和一個電腦程式觀察了章魚探索水箱裡的物體和尋找食物的過程。該程序量化了觸手的運動，並同步地跟蹤觸手間的合作。如果所有觸手的動作是同步的，則表明這些動作由大腦控制，反之，如果各個觸手的動作是異步的，則提示每個觸手單獨做出了決策。Gire說:「僅僅通過觀察觸手的運動，你就可以看到這些分布神經節做出了很多小的決定。所以我們要做的第一件事就是嘗試從計算的角度來分析這個運動的實際情況。」「與過去相比，我們現在關注的是，當動物做出複雜決定時，感官信息是如何整合到這個網絡中的。」

研究人員最終希望利用他們的模型來了解，觸手做出的決定是如何與狩獵等需要大腦下達指令的複雜行為相適應的。「我們面臨的一個大問題是搞清楚分布式神經系統是如何工作的，尤其是當它試圖做一些複雜的事情時，比如在液體中移動，在複雜的海底尋找食物。有關神經系統中的這些節點是如何相互連接的，還有很多懸而未決的問題。」華盛頓大學神經學家David Gire說。

章魚的很多行為都和脊椎動物相似，不過兩者的神經系統結構存在著根本上的區別。脊椎動物的中樞神經沿脊椎分布並最終在頭部形成高度集中處理信息的腦。而像章魚等頭足類動物則演化出了多種神經節點，被稱為神經節，遍布於全身的神經網絡中。其中的一些神經節佔主導地位，成為了它們的腦，但是底層的分布式結構仍然存在於章魚的觸手和整個身體中。「章魚的觸手上有繞過腦的神經環，因此可以在大腦並不知曉的情況下與其它觸手交流信息。」Sivitilli說，「因此當大腦不確定觸手在哪裡時，觸手之間卻互相知曉對方的位置，這使得它們可以在爬行等運動過程中相互配合。」

章魚全部的5億個神經元中，有3.5億分布在觸手上。觸手需要這些處理能力來管理傳入的感官信息，從而移動和跟蹤它們在空間中的位置。在觸手中處理信息可以讓章魚更快地思考和反應，就像電腦中的並行處理器一樣。

科界原創

編譯：Max

審稿：三水

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  • 科學家認為章魚是最接近外星人的生物,每一個觸手都具有意識
    章魚身體呈短卵圓形，囊狀，頭與軀體分界不明顯，頭上有大的複眼以及8條可收縮的觸手，每條觸手均有兩排肉質的吸盤。最常見的章魚是普通章魚，被認為是無脊椎動物之中智力最高者。人類有20000對基因組，而章魚卻有30000多對，這表明了兩者具有不同的演化歷史，當然單純從基因組數量來看，並不能說明誰更高級一些。
  • 章魚知道自己的觸手在幹嘛嗎?觸手會打結嗎?
    章魚的大腦經常不知道自己的觸手在做什麼，而觸手卻知道其他觸手在做什麼，科學家懷疑這些手臂有自己獨立的思想。不同於大多數動物的大腦是控制中心，章魚的觸手具有高度自主性，很多情況下，觸手能繞過大腦，及時處理信息，和其他觸手協同分工。
  • 章魚的觸手為什麼不會打結?
    它們有八隻布滿吸盤的觸手，幾乎什麼東西都能吸住，自己卻似乎永遠不會打結。一份刊登於《Current Biology》期刊的新研究指出，這是因為章魚皮膚上有一種「自我辨認」機制，可防止吸盤吸到自己身上。然而，雖然章魚手臂是個頗複雜的系統，它背後的控制機制卻簡單得令人驚奇—–這點倒是引起了機器人科學研究者的興趣。「〔章魚〕有三分之二的神經不在大腦，而是分布在它的觸手，」與夏威夷大學合作的海洋生物學家 James Wood 說。這些神經讓章魚手臂可以迅速改變形狀、顏色與質感，讓吸盤可以抓住並品嚐物體，他說。
  • 章魚觸手為什麼不會打結?
  • 當章魚觸手機器人來敲門
    /videos/index.htm），而他們的研究範本是章魚靈活的觸手。自然界中的章魚通過複雜、交錯的肌肉系統來完成肢體的吸取、纏繞、伸長和縮短等動作，那麼仿生軟體章魚觸手該如何實現這樣的靈活性呢？研究團隊的秘訣是獨特的環形空腔。這種環形空腔分布在仿生軟體章魚觸手內部，經過完備的計算分析及有限元仿真，對環形空腔充氣，即可實現快速、精準的彎曲纏繞運動；改變供給的氣壓，軟體觸手的彎曲曲率也會隨之改變，從而可以抓取不同尺寸的物體。
  • 章魚的觸手為什麼不會纏在一起?
    腦神經節上分出聽、嗅、視覺神經，在軟體性能上就甩了其他動物兩三裡路了；其次，再加上八條靈活的觸手，基本上能在水裡橫行霸道。 水下這幫楞貨，哪裡抵得過這八條觸手的鞭撻。這八條觸手，條條長有300多個吸盤，每個吸盤都有近100g的吸力，這要是纏上了，只有等死的覺悟了。 聰明的章魚不是一匹孤狼，它們還會指揮魚類和它一起狩獵。
  • 讓人有點毛骨悚然的機器手臂——章魚觸手!
    以自然為靈感創造仿生機器人的德國 Festo 公司，在斯圖加特舉行的漢諾瓦預熱新聞發布會上，發布了他們與北京航空航天大學合作的成果 OctopusGripper——章魚觸手首次與世人見面，這不僅為 Festo 仿生動物王國填加了新的成員，也是 Festo 仿生學習網絡第一次與亞洲高校合作的研究成果。
  • 章魚和人的異同:人有中樞神經而章魚渾身是「腦」
    研究人類意識的產生和形成，跟章魚有什麼關係？哲學家、生物學家、物理學家、海洋學家都會說，關係很大。 人類和章魚的共同祖先生活在大約8億年前，比人類和貓的共同祖先古老得多得多，但是章魚神經系統極發達，一條章魚身上的神經元數量不亞於一條狗，或者一個人類幼兒。
  • 章魚和人的異同:人有中樞神經 章魚渾身是腦
    研究人類意識的產生和形成，跟章魚有什麼關係？哲學家、生物學家、物理學家、海洋學家都會說，關係很大。章魚全身都是腦章魚沒有脊髓，大腦中的神經元只佔身上神經元總數的三分之一，其餘彌散在全身。它的每條觸手都有大量的神經元控制，可以說具有各自獨立的意識，自成體系。平時各行其是，處理簡單的信息和行動不需要請示「中央」，但必要的時候也會啟動高級決策流程，全身協調行動。
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  • 奇怪的知識又增加了:章魚能用觸手「品嘗」食物
    新華社北京11月3日新媒體專電 據英國《新科學家》周刊網站10月29日報導，章魚在進食前能通過觸手「舔舐」來品嘗其獵物的滋味，研究人員說，這進一步證明頭足綱動物的8個附器類似於擁有「手」和「腦」的舌頭。
  • 最新研究發現:章魚能用觸手「品嘗」食物
    參考消息網10月30日報導據英國《新科學家》周刊網站10月29日報導，章魚在進食前能通過觸手「舔舐」來品嘗其獵物的滋味，研究人員說，這進一步證明頭足綱動物的8個附器類似於擁有「手」和「腦」的舌頭。據報導，章魚觸手上排列著吸盤，吸盤中有著用於對觸覺和味覺信號進行神經處理的細胞。
  • 章魚不止有醜陋的觸手和吸盤,它應該是世界上最可愛的章魚了
    現實中的章魚有著眾多觸手，凹凸不平的身體讓人看了就感到心理不適。在神話中，章魚經常被醜化成為妖怪，比如說希臘神話中的海妖。但在動畫片中它們又是另一副面孔，動畫片的製作者經常把章魚設計成一個可愛的外形，甚至現在市場上的一些手機殼圖案也會有可愛的章魚。
  • 被稱為「外星生物」的章魚,竟然可以用觸手嘗出危險物
    章魚的觸手能「嘗」出危險物研究者表示，一開始，他們是想要看看章魚在接觸不同物體的時候，是否會產生不同的反應，從而來研究章魚的觸覺器官。這個發現也意味著，章魚的確是一種非常神奇的物種，多年來，也一直有一種聲音認為，章魚是「外星生物」，認為章魚是跟隨著彗星來到地球的，它們本身並不屬於地球。那麼，究竟章魚是不是「外星來客」呢？章魚是「外星生物」？
  • 女子半夜上廁所,看到章魚觸手伸出馬桶,結果讓人啼笑皆非
    現實生活中有許許多多的物品，是我們不曾見過的，當我們第一次看見時，有可能會被嚇一大跳！近日，就發生了一件啼笑皆非的事！一女子半夜起來上廁所，竟然看見馬桶裡有一隻章魚的觸手伸了出來，可是把女子嚇得不輕！由於家離海邊不是很遠，女子就想真的是章魚鑽了進來？看見這一幕真是把女子嚇得不輕，如果自己正在方便時這隻章魚突然伸手，自己準會被嚇得六魂無主！
  • 擁有複雜特徵的章魚,再次讓人瞠目結舌:觸手竟能「嘗」出危險物
    因為章魚實在是太特別了，它們的聰明才智、偽裝能力等，都讓它們成為了最無法理解的存在，不得不讓人懷疑它們有「外星血統」。章魚是「外星來客」？章魚的大腦中有5億個神經元，而且它們還有3個心臟和2套系統，這讓它們看起來和地球生物截然不同，同時，也讓章魚變得非常聰明。章魚有多厲害？為大家舉一個例子：在紐西蘭的國家水族館中，曾經有一隻章魚越獄了。
  • 章魚的觸手可以用來幹嘛?除了捕捉食物,還有一個更強的功能
    根據研究發現，章魚的各只觸手上都排列著吸盤，這些吸盤的作用不僅僅是產生吸力，最近有研究發現這些吸盤中還可能分布著能夠對觸覺和味覺信號進行處理的細胞。換而言之，章魚的「手」同時也是「嘴巴」。那麼章魚的觸手為何擁有感知觸覺和味覺的能力呢？研究人員又是如何得到該發現的？章魚是一種什麼樣的生物？首先我們需要對章魚有所了解，雖然大多數人都聽過這種軟體動物，但也有很多人並不知道章魚還有一個學名叫「蛸」，所謂的真蛸指的就是一般的章魚。
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    海洋環境中，由於許多信號分子難溶於水無法在水環境中擴散，海洋生物感知這些信息則需要通過不同形式的以接觸為基礎的化學感知方式來實現，章魚（Octopus）就是一個典型的通過接觸性依賴的化學感知方式實現環境感知的例子。章魚（Octopus）隸屬於軟體動物門、頭足綱、八腕目、章魚科，其神經系統複雜且2/3神經元分布在八條靈活的觸手中。