I ricercatori che studiano il comportamento e la neuroscienza dei polpi sospettano da tempo che le braccia degli animali possano avere una mente propria.

Un nuovo modello presentato qui è il primo tentativo di una rappresentazione completa del flusso di informazioni tra le ventose del polpo, braccia e cervello, sulla base di precedenti ricerche nelle neuroscienze e nel comportamento del polpo, e nuove osservazioni video condotte in laboratorio.

La nuova ricerca supporta i risultati precedenti secondo cui i polloni del polpo possono avviare un'azione in risposta alle informazioni che acquisiscono dal loro ambiente, coordinandosi con i polloni vicini lungo il braccio. Le braccia poi elaborano le informazioni sensoriali e motorie, e radunare un'azione collettiva nel sistema nervoso periferico, senza attendere comandi dal cervello.

"Le braccia del polpo hanno un anello neurale che aggira il cervello, e così le braccia possono scambiarsi informazioni senza che il cervello ne sia consapevole, " Disse Sivitilli. "Quindi, mentre il cervello non è del tutto sicuro di dove siano le braccia nello spazio, le braccia sanno dove si trovano e questo permette alle braccia di coordinarsi durante azioni come la locomozione strisciante."

Il risultato è un bottom-up, o a braccia alzate, meccanismo decisionale piuttosto che il meccanismo di brain-down tipico dei vertebrati, come gli umani, secondo Domenico Sivitilli, uno studente laureato in neuroscienze comportamentali e astrobiologia presso l'Università di Washington a Seattle che presenterà la nuova ricerca il 26 giugno alla 2019 Astrobiology Science Conference (AbSciCon 2019).

Alla fine i ricercatori vogliono usare il loro modello per capire come le decisioni prese localmente nelle armi si inseriscono nel contesto di comportamenti complessi come la caccia, che richiedono anche una direzione dal cervello.

"Una delle domande sul quadro generale che abbiamo è come funzionerebbe un sistema nervoso distribuito, soprattutto quando sta cercando di fare qualcosa di complicato, come muoversi attraverso un fluido e trovare cibo su un fondo oceanico complesso. Ci sono molte domande aperte su come questi nodi del sistema nervoso siano collegati tra loro, " ha detto David Gire, neuroscienziato dell'Università di Washington e consulente di Sivitilli per il progetto.

A lungo un'ispirazione per la fantascienza, alieni tentacolari provenienti dallo spazio, il polpo potrebbe essere un'intelligenza aliena come possiamo incontrarci sulla Terra, disse Sivitilli. Crede che capire come il polpo percepisce il suo mondo sia il più vicino possibile a prepararsi a incontrare la vita intelligente oltre il nostro pianeta.

"È un modello alternativo per l'intelligenza, " Ha detto Sivitilli. "Ci dà una comprensione della diversità della cognizione nel mondo, e forse l'universo."

Il polpo mostra molti comportamenti simili ai vertebrati, come gli umani, ma la sua architettura del sistema nervoso è fondamentalmente diversa, perché si è evoluto dopo che i vertebrati e gli invertebrati hanno separato le vie evolutive, più di 500 milioni di anni fa.

I vertebrati sistemano il loro sistema nervoso centrale in un cordone lungo la spina dorsale, portando a un'elaborazione altamente centralizzata nel cervello. cefalopodi, come il polpo, evoluto concentrazioni multiple di neuroni chiamati gangli, disposti in una rete distribuita in tutto il corpo. Alcuni di questi gangli divennero più dominanti, evolvere in un cervello, ma l'architettura distribuita sottostante persiste tra le braccia del polpo, e in tutto il suo corpo.

Dei 500 milioni di neuroni del polpo, più di 350 milioni sono nelle sue otto braccia. Le braccia hanno bisogno di tutta quella potenza di elaborazione per gestire le informazioni sensoriali in arrivo, muoversi e tenere traccia della loro posizione nello spazio. L'elaborazione delle informazioni nelle braccia consente al polpo di pensare e reagire più velocemente, come i processori paralleli nei computer.

Sivitilli lavora con il polpo più grande del mondo, il polpo gigante del Pacifico, così come il più piccolo rosso del Pacifico orientale, o rubino, polpo. Entrambe le specie sono originarie del Puget Sound al largo della costa di Seattle e del Mare Salish, e hanno capacità di apprendimento e di risoluzione dei problemi analoghe a quelle studiate nei corvi, pappagalli e primati.

Per intrattenere i polpi e studiare i loro movimenti, Sivitilli e i suoi colleghi hanno dato ai polpi interessanti, nuovi oggetti da indagare, come blocchi di cemento, rocce strutturate, Lego e labirinti elaborati con cibo all'interno. Il suo gruppo di ricerca è alla ricerca di schemi che rivelino come il sistema nervoso del polpo deleghi tra le braccia mentre l'animale si avvicina a un compito o reagisce a nuovi stimoli, cercando indizi su quali movimenti sono diretti dal cervello e quali sono gestiti dalle braccia.

Sivitilli ha utilizzato una macchina fotografica e un programma per computer per osservare il polpo mentre esplorava gli oggetti nella sua vasca e cercava cibo. Il programma quantifica i movimenti delle braccia, monitorare come le braccia lavorano insieme in sincronia, suggerendo una direzione dal cervello, o in modo asincrono, suggerendo un processo decisionale indipendente in ciascuna appendice.

"Stai vedendo molte piccole decisioni prese da questi gangli distribuiti, solo guardando il braccio che si muove, quindi una delle prime cose che stiamo facendo è cercare di scomporre l'aspetto reale di quel movimento, da un punto di vista computazionale, " Disse Gire. "Quello che stiamo guardando, più di quanto visto in passato, è il modo in cui le informazioni sensoriali vengono integrate in questa rete mentre l'animale prende decisioni complicate".