Forskare som studerar beteendet och neurovetenskapen hos bläckfiskar har länge misstänkt att djurens armar kan ha sina egna sinnen.

En ny modell som presenteras här är det första försöket till en heltäckande representation av informationsflödet mellan bläckfiskarnas sossar, armar och hjärna, baserat på tidigare forskning inom bläckfisk neurovetenskap och beteende, och nya videoobservationer utförda i labbet.

Den nya forskningen stöder tidigare rön att bläckfisks sugare kan initiera åtgärder som svar på information de får från sin miljö, samordna med närliggande sossar längs armen. Armarna bearbetar sedan sensorisk och motorisk information, och samla kollektiva åtgärder i det perifera nervsystemet, utan att vänta på kommandon från hjärnan.

"Bläckfiskens armar har en neural ring som går förbi hjärnan, och så kan armarna skicka information till varandra utan att hjärnan är medveten om det, " Sa Sivitilli. "Så även om hjärnan inte är helt säker på var armarna är i rymden, armarna vet var varandra är och detta gör att armarna kan samordnas under handlingar som krypande rörelse."

Resultatet är en bottom-up, eller arm-up, beslutsmekanism snarare än hjärnnedgångsmekanismen som är typisk för ryggradsdjur, som människor, enligt Dominic Sivitilli, en doktorand i beteendevetenskaplig neurovetenskap och astrobiologi vid University of Washington i Seattle som kommer att presentera den nya forskningen 26 juni vid 2019 Astrobiology Science Conference (AbSciCon 2019).

Forskarna vill i slutändan använda sin modell för att förstå hur beslut som fattas lokalt i armarna passar in i sammanhanget av komplexa beteenden som jakt, som också kräver riktning från hjärnan.

"En av de stora bildfrågorna vi har är hur ett distribuerat nervsystem skulle fungera, speciellt när den försöker göra något komplicerat, som att röra sig genom vätska och hitta mat på en komplex havsbotten. Det finns många öppna frågor om hur dessa noder i nervsystemet är kopplade till varandra, sa David Gire, en neurovetare vid University of Washington och Sivitillis rådgivare för projektet.

Länge en inspiration för science fiction, tentaklerade utomjordingar från yttre rymden, bläckfisken kan vara en så främmande intelligens som vi kan möta på jorden, sa Sivitilli. Han tror att förstå hur bläckfisken uppfattar sin värld är så nära vi kan komma att förbereda oss för att möta intelligent liv bortom vår planet.

"Det är en alternativ modell för intelligens, ", sa Sivitilli. "Det ger oss en förståelse för mångfalden av kognition i världen, och kanske universum."

Bläckfisken uppvisar många liknande beteenden som ryggradsdjur, som människor, men dess nervsystemsarkitektur är fundamentalt annorlunda, eftersom det utvecklades efter att ryggradsdjur och ryggradslösa djur skildes åt evolutionära vägar, för mer än 500 miljoner år sedan.

Ryggradsdjur ordnade sitt centrala nervsystem i en sladd uppåt ryggraden, leder till mycket centraliserad bearbetning i hjärnan. bläckfisk, som bläckfisken, utvecklat flera koncentrationer av neuroner som kallas ganglier, ordnade i ett distribuerat nätverk i hela kroppen. Några av dessa ganglier blev mer dominerande, utvecklas till en hjärna, men den underliggande distribuerade arkitekturen kvarstår i bläckfiskens armar, och i hela kroppen.

Av bläckfiskens 500 miljoner neuroner, mer än 350 miljoner finns i dess åtta armar. Armarna behöver all bearbetningskraft för att hantera inkommande sensorisk information, att röra sig och att hålla reda på sin position i rymden. Bearbetning av information i armarna gör att bläckfisken kan tänka och reagera snabbare, som parallella processorer i datorer.

Sivitilli arbetar med den största bläckfisken i världen, den gigantiska Stillahavsbläckfisken, såväl som det mindre röda östra Stilla havet, eller rubin, bläckfisk. Båda arterna är inhemska i Puget Sound utanför Seattles kust och Salishhavet, och har inlärnings- och problemlösningsförmåga analogt med de som studeras i kråkor, papegojor och primater.

För att underhålla bläckfiskarna och studera deras rörelser, Sivitilli och hans kollegor gav bläckfiskarna intressanta, nya föremål att undersöka, som aska block, strukturerade stenar, Legos och utarbetade labyrinter med mat inuti. Hans forskargrupp letar efter mönster som avslöjar hur bläckfiskens nervsystem delegerar mellan armarna när djuret närmar sig en uppgift eller reagerar på nya stimuli, letar efter ledtrådar till vilka rörelser som styrs av hjärnan och vilka som styrs från armarna.

Sivitilli använde en kamera och ett datorprogram för att observera bläckfisken när den utforskade föremål i sin tank och letade efter mat. Programmet kvantifierar armarnas rörelser, spåra hur armarna samarbetar synkront, föreslår riktning från hjärnan, eller asynkront, föreslår självständigt beslutsfattande i varje bilaga.

"Du ser många små beslut fattas av dessa distribuerade ganglier, bara genom att se armen röra sig, så en av de första sakerna vi gör är att försöka bryta ner hur den rörelsen faktiskt ser ut, ur ett beräkningsperspektiv, " sa Gire. "Det vi tittar på, mer än vad man har tittat på tidigare, är hur sensorisk information integreras i detta nätverk medan djuret fattar komplicerade beslut."