Учёные впервые записали мозговые волны свободно передвигающихся осьминогов
Учёным впервые удалось записать активность мозга у свободно передвигающихся осьминогов. Это стало возможным благодаря имплантации электродов и миниатюрного регистратора данных непосредственно в тело животных.
Исследование, опубликованное онлайн в журнале Current Biology 23 февраля, — важный шаг в понимании того, как мозг осьминога контролирует его поведение. Оно может дать ключи к общим принципам, необходимым для возникновения интеллекта и когнитивных способностей.
«Если мы хотим понять, как работает мозг, осьминоги — идеальный объект для изучения в сравнении с млекопитающими. У них большой мозг, удивительно уникальное тело и развитые когнитивные способности, которые эволюционировали совершенно иначе, чем у позвоночных», — заявила доктор Тамар Гутник, ведущий автор работы и бывший постдокторант подразделения физики и биологии Окинавского института науки и технологий (OIST).
Однако регистрация мозговых волн осьминогов оказалась серьёзной технической проблемой. В отличие от позвоночных, у осьминогов мягкое тело, и у них нет черепа, к которому можно было бы надёжно прикрепить оборудование, чтобы оно не было сорвано.
«У осьминогов восемь сильных и сверхгибких щупалец, которые могут дотянуться до любой точки их тела, — пояснила доктор Гутник. — Если бы мы попытались прикрепить провода, они были бы немедленно оторваны. Нам нужен был способ полностью убрать оборудование из их досягаемости, поместив его под кожу».
В качестве решения исследователи выбрали небольшие и лёгкие регистраторы данных, изначально созданные для отслеживания мозговой активности птиц в полёте. Команда доработала устройства, сделав их водонепроницаемыми, но достаточно компактными, чтобы легко помещаться внутри осьминогов. Аккумуляторы, способные работать в среде с низким содержанием воздуха, обеспечивали до 12 часов непрерывной записи.
В качестве модельного организма учёные выбрали Octopus cyanea (синекольчатого осьминога) из-за его крупного размера. Трёх осьминогов анестезировали и имплантировали регистратор в полость мышечной стенки мантии. Затем электроды были имплантированы в область мозга осьминога, называемую вертикальной долей и медиальной верхней фронтальной долей, — это наиболее доступная зона. Считается, что эта область мозга важна для зрительного обучения и памяти, процессы которых доктор Гутник особенно заинтересована понять.
После завершения операции осьминогов вернули в домашний аквариум и наблюдали за ними с помощью видео. Через пять минут животные пришли в себя и в течение последующих 12 часов спали, ели и перемещались по аквариуму, в то время как их мозговая активность записывалась. Затем регистратор и электроды были извлечены, а данные синхронизированы с видео.
Исследователи выявили несколько различных паттернов мозговой активности. Некоторые из них были схожи по размеру и форме с наблюдаемыми у млекопитающих, в то время как другие представляли собой очень длительные медленные колебания, которые ранее не описывались.
Учёные пока не смогли связать эти паттерны мозговой активности с конкретным поведением, зафиксированным на видео. Однако, как пояснила доктор Гутник, это не совсем удивительно, поскольку от животных не требовалось выполнять конкретные обучающие задачи.
«Это область, связанная с обучением и памятью, поэтому для её изучения нам действительно нужно проводить с осьминогами повторяющиеся задачи на запоминание. Это то, что мы надеемся сделать очень скоро».
Исследователи также полагают, что этот метод регистрации мозговой активности у свободно передвигающихся осьминогов можно применять к другим видам осьминогов. Он может помочь найти ответы на вопросы во многих других областях когнитивных способностей осьминогов, включая то, как они обучаются, социализируются и контролируют движение своего тела и щупалец.
«Это действительно поворотное исследование, но это только первый шаг, — сказал профессор Майкл Куба, руководивший проектом в OIST и продолжающий работу в Университете Неаполя Федерико II. — Осьминоги такие умные, но сейчас мы так мало знаем о том, как работает их мозг. Эта техника означает, что теперь у нас есть возможность заглянуть в их мозг, пока они выполняют конкретные задачи. Это действительно захватывающе и эффективно».
В исследовании приняли участие учёные из Японии, Италии, Германии, Украины и Швейцарии.