سفر شگفت‌انگیز درون مغز پیچیده هشت‌پا

پژوهشگران برای اولین بار با کاشت دستگاه ثبت‌کننده و الکترود در اختاپوس‌ها امواج مغزی آن‌ها را مورد بررسی قرار دادند.

کد خبر: ۶۰۷۴۴۹

تاریخ: ۲۶ فروردين ۱۴۰۲ - ۱۶:۳۳

پژوهشگران در مطالعه‌ی خود که در مجله‌ی Current Biology منتشر شد، سه اختاپوس اسیر اما دارای حرکت آزادانه را تحت نظارت قرار دادند و برای اولین‌بار امواج مغزی آن‌ها را تجزیه‌وتحلیل کردند. پژوهشگران با استفاده از الکترودهای ثبت‌کننده فعالیت مغز، نوعی از امواج مغزی را شناسایی کردند که قبلا هرگز مشاهده نشده بود. آن‌ها همچنین امواج مغزی را مشاهده کردند که ممکن است شبیه امواج دیده‌شده در مغز انسان‌ها باشد. این الگوها احتمالا نکاتی درمورد تکامل هوش ارائه می‌دهد.

سفالوپودهای زیرک

درک کنونی ما از هوش اختاپوس‌ها ممکن است غیرقابل‌باور به‌نظر برسد. در سال ۲۰۱۱، پژوهشگران کشف کردند که هر بازوی سفالوپود مغز خود را دارد.

پژوهشگران با استفاده از مارپیچ شفافی که مواد غذایی درون آن قرار داده شده بود و بیرون از مخزن اختاپوس‌ها قرار داشت، اختاپوس‌ها را وادار کردند که در شرایطی که حتی اگر می‌توانستند محل غذا را ببینند، فقط با استفاده از بازوی خود درون مارپیچ حرکت کنند.

اختاپوس نمی‌توانست برای پیدا کردن غذا به سرنخ‌های شیمیایی پردازش‌شده به‌وسیله‌ی مغزش تکیه کند، یعنی کاری که معمولا در اقیانوس انجام می‌دهد و خوشه نورونی یا مغز هر بازو مجبور بود با پردازش محلی سیگنال‌ها غذا را به‌طور مستقل پیدا کند. تصور می‌شود هر بازوی اختاپوس حدود ده هزار نورون داشته باشد که وظیفه حس‌کردن محیط اطراف را برعهده دارند.

پژوهش دیگری نشان می‌دهد اختاپوس‌ها تنها بی‌مهرگانی هستند که علاوه بر تعداد کمی از حشرات می‌توانند از ابزار استفاده کنند. آن‌ها پوسته‌ها را به‌عنوان زره اولیه‌ای و استتار دربرابر شکارچیان در اطراف بدن خود قرار می‌دهند.

اختاپوس‌ها همچنین می‌توانند با راه رفتن دوپایی، بالا بردن شش پای خود مانند دامن و سُر خوردن روی کف اقیانوس مانند انسان‌ها حرکت کنند. اگرچه، به‌نظر می‌رسد این یکی از معدود شباهت‌های بین این سفالوپودها و انسان‌ها باشد، زیرا تکامل میلیون‌ها سال ما را از هم جدا کرده است.

دکتر مایکل کوبا، سرپرست مطالعه امواج مغزی اختاپوس‌ها که سال ۲۰۲۳ منتشر شد، توضیح داد: «تفاوت قابل‌توجه بین اختاپوس‌ها و ما از بیش از ۵۵۰ میلیون سال تکامل مستقل ریشه می‌گیرد. نزدیک‌ترین جد مشترک ما احتمالا موجودی شبیه کرم پهن بوده است.» بااین‌حال، کوبا و تیمش همین شباهت‌های اندک را مورد بررسی قرار می‌دهند تا درمورد تکامل توانایی ذهنی دانش بیشتری به دست آورند.

اتصالات عصبی مغز اختاپوس

خواندن مغز اختاپوس کار آسانی نیست. یکی از دلایل این مساله آن است که دنبال‌کردن این جانوران در طبیعت تقریبا غیرممکن است. ماهر افزود: «دیدن اختاپوس‌ها سخت است و آن‌ها اغلب در استخرهای کشندی قرار دارند. فقط برخی از آن‌ها به انسان عادت می‌کنند و بسیاری از گونه‌های آن‌ها در هنگام شب فعالیت می‌کنند.»

برای جلوگیری از این پیچیدگی‌ها، بسیاری از پژوهشگران برای مطالعه مغز اختاپوس‌ها به اختاپوس‌های اسیر روی می‌آورند. اما حتی این مورد نیز می‌تواند چالش‌برانگیز باشد. دکتر آنا دی کاسمو، استاد دانشگاه ناپل و یکی از پژوهشگران مطالعه سال ۲۰۲۳ گفت: «ازآن‌جا که اختاپوس‌ها دارای هشت بازوی انعطاف‌پذیر هستند که می‌تواند به هر بخشی از بدن آن‌ها برسد، بدن نرمی دارند و جمجمه‌ای ندارند تا ابزار ثبت فعالیت مغز روی آن مستقر شود، چالش این پروژه دستیابی به تجهیزات جدیدی بود که دور از دسترس اختاپوس‌ها قرار داده شود.»

دسترسی مهم است، زیرا حیوان اغلب تجهیزات ثبت‌کننده را جدا یا با آن‌ها بازی می‌کند. کوبا، دی کاسمو و پژوهشگران دیگر تصمیم گرفتند با کاشت دستگاه ثبت‌کننده خود درون مغز اختاپوس که دور از دسترس او بود، رویکرد جدیدی را در پیش بگیرند.

لوبوتومی اختاپوس‌ها

دی کاسمو افزود: «با استفاده از ثبت‌کننده‌های داده کوچک و سبک که قبلا برای ردیابی فعالیت مغز پرندگان در طول پرواز استفاده می‌شد، راه‌حل مهندسی جدیدی را ایجاد کردیم که می‌توانست سیگنال‌ها را زیر آب ثبت کند.»

پژوهشگران ثبت‌کننده‌ها را بالای سر و درست بین چشمان سه اختاپوس گرمسیری اسیر قرار دادند. دی کاسمو گفت: «الکترودها در ناحیه‌ای از مغز اختاپوس به نام لوب عمودی و لوب پیشانی فوقانی میانی کاشته شد که دردسترس‌ترین ناحیه است و تصور می‌شود برای کنترل یادگیری و حافظه مهم باشد.»

اختاپوس‌ها در جریان عمل جراحی بیهوش شدند و پس از آنکه به هوش آمدند، در مخازن خود تحت‌نظر قرار گرفتند. آن‌ها اولین اختاپوس‌هایی بودند که در زمان واقعی مورد مطالعه قرار می‌گرفتند. کوبا افزود: «با استفاده از دوربین حساس، از آن‌ها درحال شنا، خواب و کاوش در محیط اطرافشان فیلم‌برداری کردیم.»

درحالی‌که پژوهشگران در طول ۱۲ ساعت بعدی اختاپوس‌ها را وادار به انجام فعالیت مغزی نکردند، آن‌ها را تحت‌نظر داشتند و در آزمودنی‌های خود فعالیت مغزی جالبی را مشاهده کردند. الگوهای مشاهده‌شده نوسانات طولانی‌مدت و آهسته‌ای بودند که قبلا توضیح داده نشده بود. به‌نظر می‌رسد این الگوها خاص اختاپوس‌ها باشد.

ازآن‌جا که پژوهشگران اختاپوس‌ها را در حین ثبت فعالیت مغزی تحت آزمایش خاصی قرار ندادند، نمی‌توانستند امواج مغزی منحصربه‌فرد را با فعالیت خاصی مرتبط کنند.

الگوی مشترک هوش

شاید شگفت‌آورتر این بود که چندین مشخصه‌ی امواج مغزی شبیه چیزی بود که در انسان‌ها و پستانداران دیگر دیده می‌شود. دکتر تامار گوتنیک، نویسنده نخست مقاله و دانشمند مهمان در دانشگاه ناپل توضیح داد: «اکنون فرصتی داشتیم تا تشکیل حافظه را در مغز اختاپوس‌ها مشاهده کنیم و مغز آن‌ها را با پستانداران مقایسه کنیم و الگوهای مشترک و ویژگی‌های منحصربه‌فرد مغز آن‌ها را که به طور مستقل تکامل پیدا کرده است، بررسی کنیم.»

کوبا افزود: «این پروژه به ما این فرصت را داد تا مغزهایی با شناخت و رفتارهای پیچیده را مطالعه کنیم که ازنظر تکاملی حداقل ۵۰۰ میلیون سال است از مهره‌داران جدا شده‌اند. این مطالعات به ما فرصتی می‌دهد تا دریابیم که مغز چگونه باید کار کند تا باهوش درنظر گرفته شود.»

با توجه به موفقیت مطالعه درزمینه‌ی بررسی اختاپوس‌هایی که آزادانه در حرکت هستند، پژوهشگران پروژه به دنبال راه‌هایی برای پیشبرد یافته‌های خود هستند. آن‌ها درحال برنامه‌ریزی برای تکرار این آزمایش روی سایر گونه‌های اختاپوس ازجمله اختاپوس معمولی (Octopus vulgaris) هستند که گونه‌ای است که اغلب در آکواریوم‌ها دیده می‌شود.

دی کاسمو می‌گوید: «من در آزمایشگاه خود اختاپوس معمولی را دارم و از وزارت بهداشت مجوز دارم روی این حیوانات محافظت‌شده کار کنم و سعی کنم به سوالاتی در بسیاری از زمینه‌های دیگر شناخت اختاپوس‌ها ازجمله نحوه یادگیری، معاشرت و کنترل حرکت بدن و بازوهایشان پاسخ دهم.»

کوبا، گوتنیک و دی کاسمو امیدوارند در مطالعه دیگری این آزمایش را تکرار کنند، اما وظایف یادگیری و حافظه را به آزمایش‌ خود اضافه کنند تا امواج مغزی را به فعالیت‌های مختلف اختاپوس‌ها مرتبط کنند. درنهایت، این امر ممکن است به آن‌ها اجازه دهد تا رفتارهای خاص را با فعالیت نواحی مغزی خاص مرتبط کنند.

بررسی ژن‌ها

پژوهشگران دیگر درحال دنبال‌کردن رویکرد ژنتیکی برای درک مغز اختاپوس‌ها هستند. طبق مقاله‌ای که سال ۲۰۲۱ در مجله‌ی ساینتیفیک آمریکن منتشر شد، پژوهشگران آزمایشگاه زیست‌شناسی دریا در موسسه وودز هول ماساچوست سعی کرده‌اند برچسب‌های ژنتیکی متناظر با فعالیت مغز اختاپوس‌ها را ایجاد کنند.

دانشمندان با استفاده از این رویکرد امیدوار بودند دریابند که کدام بخش از مغز اختاپوس در زمان واقعی در طول فعالیت‌ها روشن می‌شود. در سال ۲۰۱۵، کل ژنوم اختاپوس دوخال (Octopus bimaculoides) توالی‌یابی شد، بنابراین ممکن است ایجاد برچسب‌های ژنتیکی نسبتا ساده باشد.

پژوهشگران دیگر در مرکز ماکس دلبروک و کالج دارتموث به‌جای بررسی فعالیت‌ها در زمان واقعی، در تلاش برای پیدا کردن شباهت‌های ژنتیکی مرتبط با هوش بوده‌اند. در مقاله‌ای که نوامبر ۲۰۲۰ در مجله‌ی Science Advances منتشر شد، دانشمندان دریافتند که اختاپوس‌ها دارای تعداد بیشتری از ریزآران‌ای (توالی‌های آران‌ای کوچک که برای بیان ژن استفاده می‌شوند) در بافت‌های عصبی خود هستند و این آران‌ای‌ها طولانی‌تر هستند.

مهره‌داران شامل چندین گونه باهوش هستند و آن‌ها نیز دارای تعداد زیادی ریزآران‌ای در بافت عصبی خود هستند، بنابراین پژوهشگران حدس می‌زنند ریزآران‌ای می‌تواند در ایجاد و حمایت از مغز پیچیده نقش مهمی داشته باشد.