Onderzoekers die het gedrag en de neurowetenschap van octopussen bestuderen, vermoeden al lang dat de armen van de dieren een eigen mening kunnen hebben.

Een nieuw model dat hier wordt gepresenteerd, is de eerste poging tot een uitgebreide weergave van de informatiestroom tussen de zuignappen van de octopus, armen en hersenen, gebaseerd op eerder onderzoek naar neurowetenschap en gedrag van octopussen, en nieuwe video-observaties in het lab.

Het nieuwe onderzoek ondersteunt eerdere bevindingen dat octopuszuigers actie kunnen ondernemen als reactie op informatie die ze uit hun omgeving verkrijgen, coördineren met naburige zuignappen langs de arm. De armen verwerken vervolgens sensorische en motorische informatie, en verzamel collectieve actie in het perifere zenuwstelsel, zonder te wachten op commando's van de hersenen.

"De armen van de octopus hebben een neurale ring die de hersenen omzeilt, en dus kunnen de armen informatie naar elkaar sturen zonder dat de hersenen zich ervan bewust zijn, Sivitilli zei. "Dus hoewel de hersenen niet helemaal zeker weten waar de armen zich in de ruimte bevinden, de armen weten waar elkaar zijn en hierdoor kunnen de armen coördineren tijdens acties zoals kruipende voortbeweging."

Het resultaat is een bottom-up, of arm omhoog, beslissingsmechanisme in plaats van het brain-down-mechanisme dat typisch is voor gewervelde dieren, zoals mensen, volgens Dominic Sivitilli, een afgestudeerde student in gedragsneurowetenschappen en astrobiologie aan de Universiteit van Washington in Seattle die het nieuwe onderzoek op 26 juni zal presenteren op de Astrobiology Science Conference 2019 (AbSciCon 2019).

De onderzoekers willen hun model uiteindelijk gebruiken om te begrijpen hoe beslissingen die lokaal in de armen worden genomen, passen in de context van complex gedrag zoals jagen, die ook leiding van de hersenen nodig hebben.

"Een van de grote vragen die we hebben, is hoe een gedistribueerd zenuwstelsel zou werken, vooral als het iets ingewikkelds probeert te doen, zoals door vloeistof bewegen en voedsel vinden op een complexe oceaanbodem. Er zijn veel open vragen over hoe deze knooppunten in het zenuwstelsel met elkaar zijn verbonden, " zei David Gire, een neurowetenschapper aan de Universiteit van Washington en Sivitilli's adviseur voor het project.

Lang een inspiratiebron geweest voor sciencefiction, buitenaardse wezens met tentakels uit de ruimte, de octopus is misschien net zo'n buitenaardse intelligentie als we op aarde kunnen ontmoeten, zei Sivitilli. Hij gelooft dat het begrijpen van hoe de octopus zijn wereld waarneemt, zo dicht mogelijk bij de voorbereiding komt om intelligent leven buiten onze planeet te ontmoeten.

"Het is een alternatief model voor intelligentie, Sivitilli zei. "Het geeft ons inzicht in de diversiteit van cognitie in de wereld, en misschien het universum."

De octopus vertoont veel soortgelijk gedrag als gewervelde dieren, zoals mensen, maar de architectuur van het zenuwstelsel is fundamenteel anders, omdat het evolueerde nadat gewervelde dieren en ongewervelden evolutionair van elkaar scheidden, meer dan 500 miljoen jaar geleden.

Gewervelde dieren rangschikten hun centrale zenuwstelsel in een koord langs de ruggengraat, wat leidt tot een sterk gecentraliseerde verwerking in de hersenen. koppotigen, zoals de octopus, ontwikkelde meerdere concentraties van neuronen genaamd ganglia, gerangschikt in een gedistribueerd netwerk door het hele lichaam. Sommige van deze ganglia werden dominanter, evolueren naar een brein, maar de onderliggende gedistribueerde architectuur blijft bestaan ​​in de armen van de octopus, en door zijn hele lichaam.

Van de 500 miljoen neuronen van de octopus, meer dan 350 miljoen zijn in zijn acht armen. De armen hebben al die verwerkingskracht nodig om binnenkomende zintuiglijke informatie te beheren, om te bewegen en hun positie in de ruimte bij te houden. Door informatie in de armen te verwerken, kan de octopus sneller denken en reageren, zoals parallelle processors in computers.

Sivitilli werkt met de grootste octopus ter wereld, de reuzenoctopus uit de Stille Oceaan, evenals de kleinere East Pacific Red, of robijn, Octopus. Beide soorten zijn inheems in Puget Sound voor de kust van Seattle en de Salish Sea, en leer- en probleemoplossende vermogens hebben die analoog zijn aan die bestudeerd bij kraaien, papegaaien en primaten.

Om de octopussen te vermaken en hun bewegingen te bestuderen, Sivitilli en zijn collega's gaven de octopussen interessant, nieuwe objecten om te onderzoeken, zoals sintelblokken, getextureerde rotsen, Lego's en uitgebreide doolhoven met voedsel erin. Zijn onderzoeksgroep zoekt naar patronen die laten zien hoe het zenuwstelsel van de octopus naar de armen delegeert als het dier een taak nadert of reageert op nieuwe stimuli, op zoek naar aanwijzingen naar welke bewegingen door de hersenen worden gestuurd en welke vanuit de armen worden aangestuurd.

Sivitilli gebruikte een camera en een computerprogramma om de octopus te observeren terwijl hij objecten in zijn tank verkende en naar voedsel zocht. Het programma kwantificeert bewegingen van de armen, bijhouden hoe de armen synchroon samenwerken, richting suggereren vanuit de hersenen, of asynchroon, suggereren onafhankelijke besluitvorming in elk aanhangsel.

"Je ziet dat er veel kleine beslissingen worden genomen door deze verspreide ganglia, gewoon door de arm te zien bewegen, dus een van de eerste dingen die we doen, is proberen te doorgronden hoe die beweging er in werkelijkheid uitziet, vanuit een computationeel perspectief, " zei Gire. "Waar we naar kijken, meer dan waar in het verleden naar is gekeken, is hoe zintuiglijke informatie wordt geïntegreerd in dit netwerk terwijl het dier ingewikkelde beslissingen neemt."