「身不由己」?章魚的觸手有自己的意識

2020-11-26 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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