Удивительный мозг и трансформирующаяся кожа осьминогов и других головоногих

У осьминога, кальмара и каракатицы, собирательное название которых «головоногие», необычный массивный мозг, который распределён по всему телу. Как они используют всю эту мощь своей нервной системы? Погрузитесь в океан вместе с морским биологом Роджером Хэнлоном, который поделится с вами потрясающими кадрами маскировочных способностей головоногих, с помощью которых они могут мгновенно менять цвет и текстуру своей кожи. Узнайте, почему их умная кожа и их способность искусно её использовать могут быть свидетельством существования альтернативной формы интеллекта, и как это может привести к открытиям в сфере искусственного интеллекта, в производстве тканей, косметики и не только.

Это необычный и удивительный мозг,

который даёт повод
задуматься о существовании

некого альтернативного
интеллекта на этой планете.

Это мозг, сформировавшийся
в очень необычном теле,

в котором есть небольшие
аналоги периферического мозга,

распределённые по всему этому телу.

Насколько он отличается
от человеческого мозга?

Очень сильно, по всей видимости,

настолько сильно, что мы с моими
коллегами бьёмся над тем, чтобы понять,

как этот мозг работает.

Но что я с уверенностью могу сказать,

так это то, что этот мозг
способен на потрясающие вещи.

Так кому же он принадлежит?

Отправьтесь со мной ненадолго
в подводное плавание в океан —

туда, где зародилась жизнь,

и давайте вместе посмотрим.

Вы, должно быть, уже видели
нечто подобное.

Мы находимся за коралловым
рифом, вон там камень,

много песка, рядом плавают рыбы…

И вдруг неожиданно
появляется этот осьминог.

И вот он вспыхивает белым цветом,

выпускает мне в лицо чернила
и скрывается из виду.

При обратном замедленном воспроизведении

видно, как вокруг глаза
образовывается кольцо,

и потом этот узор
распространяется по всей коже.

А теперь посмотрите, как
трёхмерная текстура кожи меняется

и превращается в этот
прекрасный 3D-камуфляж.

Итак, в коже находятся
25 миллионов цветных органов,

которые называются «хроматофоры»,

и все те выпуклости, которые
мы называем «папиллы»,

всё это регулируется нервной системой
и может мгновенно меняться.

Я бы сказал, что этот динамичный камуфляж

является формой «интеллекта».

Уровень сложности этой кожи,
которая так быстро и точно меняется,

весьма поразителен.

Так на что же способна эта кожа?

Давайте немного подумаем о том,
что ещё, помимо камуфляжа,

они могут делать со своей кожей.

Здесь вы видите мимического
осьминога и некий узор.

И вдруг узор кардинально меняется —

это сигнал, а не камуфляж.

А потом возвращается обычный узор.

А теперь вы видите, как широкорукая сепия

демонстрирует эффект проплывающих облаков,

когда приближается к крабу,
чтобы напасть на него.

И, наконец, вы видите расписную
каракатицу в камуфляжной окраске,

и она может моментально сменить её
на эту яркую предостерегающую окраску.

Всё это — меняющаяся
шкала выразительности,

полный спектр, так сказать,

от броской окраски до камуфляжа.

И это требует значительного контроля.

И знаете что?

Мозг очень хорошо
справляется с контролем.

В коре мозга осьминога, который
изображён здесь, есть 35 долей,

80 миллионов крошечных клеток.

Это интересный факт,

но что действительно странно, так это то,
что в коже этого животного

гораздо больше нейронов,
как показано на рисунке жёлтым цветом.

В коже находится 300 миллионов нейронов,

а в самóм мозге только 80 миллионов —

в четыре раза меньше.

И если посмотреть,
то здесь на каждую из восьми щупалец

приходится, собственно, одна из тех
небольших частей периферического мозга

и аналог спинного мозга.

Это очень необычное
строение нервной системы.

Так на что же способен этот мозг?

Этому мозгу нужно обманывать
другой большой и умный мозг,

который пытается его съесть.

Это может быть морская свинья, тюлень,

морская щука, акула

и даже мы, люди.

Поэтому принятие решений —
это одна из функций,

которые необходимо
выполнять этому мозгу,

и он с этим очень хорошо справляется.

Здесь вы видите осьминога,
который бродит тут себе,

и вдруг он останавливается,
и образует этот идеальный камуфляж.

И это действительно изумляет,

потому что когда эти животные
выходят на поиски пищи на воле,

им приходится принимать решение
о смене окраски на камуфляж

более сотни раз за два часа охоты,

а они выходят на охоту дважды в день.

Так что это принятие решений.

Они также понимают, куда плыть
и как вернуться домой.

И это тоже относится к принятию решений.

Мы можем испытать такой камуфляж

на примере каракатицы.

Для этого мы вытаскиваем
из-под неё коврик

и оставляем её на шахматной доске,

и она использует даже эту
незнакомую визуальную информацию

и делает всё возможное, чтобы
повторить этот узор, немного импровизируя.

Другие когнитивные навыки также важны.

У кальмаров есть другие, так сказать,
умственные способности.

У них чрезвычайно сложная
и интересная половая жизнь.

Они дерутся, флиртуют, ухаживают,
охраняют своих партнёров

и обманывают.

Знакомо, да?

(Смех)

И это просто поразительно,

что у этих животных есть
интуитивная способность

к такому поведению.

Здесь вы видите самца и самку.

Самец, слева, отбивался от других самцов,

чтобы образовать пару с этой самкой,

и сейчас у него двойная окраска.

Окраска со стороны самки
означает любовь и заботу,

а с другой — сражение.

Посмотрите на него,
когда она переходит на другую сторону,

(Возгласы изумления)

он плавно сменил окраску на этой стороне

на ту, что означает любовь и заботу.

Этот вид двойного сигналирования

одновременно со сменой
поведенческого контекста

просто поразителен.

Для этого требуются большие
умственные способности.

Если посмотреть на это
с другой стороны, то, хмм,

возможно, перед нами

50 миллионов лет свидетельства
существования мужской двуличности.

(Смех)

Ладно, давайте дальше.

(Смех)

Осьминогу приходится выполнять
трудную работу на коралловом рифе:

плавать по самым разным местам,
запоминать и находить свою пещеру.

И они очень хорошо с этим справляются.

Они обладают кратковременной
и долговременной памятью,

запоминают с третьей-пятой попытки —

это хороший мозг.

И пространственная память у них
необычайно хороша.

Они даже могут, закончив охоту,

вернуться к своей пещере
кратчайшим путём.

Водолазы, которые за ними
наблюдают, сбиваются с пути,

а эти возвращаются,

так что это действительно весьма
изощрённая возможность памяти.

А что касается когнитивных способностей,

посмотрите на то, как ведут себя
каракатицы во время сна.

Особенно та, что справа —
вы увидите, что у неё дёргается глаз.

Это что-то вроде фазы быстрого сна.

Мы думали, что она есть
только у млекопитающих и птиц.

И вы видите, что мы
применили инверсию цвета,

чтобы посмотреть,
как мелькает узор на коже,

и там много чего происходит.

Но это не обычное поведение во время
бодрствования — это нечто совсем другое.

Когда вам снятся сны,
происходит консолидация памяти,

и, возможно, именно это
и происходит у каракатицы.

Другая форма памяти,
что очень необычно, —

что-то вроде эпизодической памяти.

Это то, на что человеческий мозг
становится способен

на четвёртом году развития:

запоминать, что произошло
в определённый момент,

где это произошло и когда это произошло.

Особенно сложно запомнить момент времени.

И эти дети могут это запомнить.

Но знаете что?

Недавно мы обнаружили,
что полосатая каракатица

тоже обладает такой способностью.

Во время эксперимента прошлым летом

каракатицам давали
разную пищу в разное время,

и им нужно было сопоставить,
где именно это было

и когда они в последний раз её видели.

Потом во время охоты
им нужно было добраться до мест,

где оставляли новые
порции каждого вида пищи,

которые находились в разных местах.

Кажется сложным?

Это настолько сложно, что я еле
разобрался в эксперименте.

Так что это действительно высокий
уровень когнитивной обработки.

И кстати о мозге и эволюции
на сегодняшний день,

посмотрите направо — это путь
эволюции мозга позвоночных,

и у нас у всех хороший мозг.

Я думаю, все это подтвердят.

Но если посмотрите на левую сторону

[беспозвоночные], —

часть этого пути эволюции
привела к осьминогу.

И оба этих пути свелись
к сложным формам поведения

и к некой форме интеллекта.

Последний общий знаменатель
для этих двух путей

датируется 600-ми миллионами лет назад,

и им был червь с очень
небольшим количеством нейронов.

Так что это были два расходящихся пути,

но они оба свелись
к сложным формам поведения.

И вот основной вопрос:

отличается ли в принципе
структура мозга осьминога

от самого нижнего звена

на пути развития позвоночных?

У нас нет на это ответа,

но, если выяснится, что да,

то в таком случае у нас
есть другой путь эволюции

для создания интеллекта на планете Земля,

и, возможно, сообщество
инженеров искусственного интеллекта

может заинтересоваться этими механизмами.

Давайте поговорим немного о генетике.

У нас есть геномы, есть ДНК,

ДНК транскрибируется в РНК,

из РНК в процессе трансляции
синтезируется белок,

и таким образом мы появляемся на свет.

А у головоногих это происходит по-другому.

У них есть большие геномы, есть ДНК,

они транскрибируют ДНК в РНК,

но затем происходит
кое-что совершенно другое.

Они редактируют РНК в
фантастически огромных количествах,

в сто раз больше, чем люди
или другие животные.

И в результате этого синтезируется
большое количество белка.

И угадайте, для чего
нужна его большая часть?

Для нервной системы.

Так что, возможно, это нестандартный
для животного способ

развивать поведенческую пластичность.

Здесь слишком много домыслов,
но это пища для размышлений.

И я бы хотел немного поделиться
с вами своим опытом,

и используя свои умственные способности
и умственные способности моих коллег,

попробовать разобраться
с этой информацией.

Мы погружаемся под воду,
но не можем постоянно находиться там,

потому что не можем дышать в воде,

поэтому нам нужно быть эффективными.

Полное сенсорное погружение в этот мир

помогает нам понять, что делают
эти животные на самом деле.

И должен вам сказать, что
это поистине невероятный опыт —

находиться там и контактировать
с осьминогом, —

когда ты правда начинаешь понимать,
что это думающее, мыслящее,

любопытное животное.

И это то, что бесконечно меня вдохновляет.

Давайте на пару минут
вернёмся к их умной коже.

Вот кальмар и его камуфляжный узор.

Приближаем — и видим красивые
пигменты и отражатели.

Хроматофоры очень быстро
открываются и закрываются.

А в следующем слое кожи
всё довольно интересно.

Хроматофоры закрыты,

и вы можете увидеть, как на коже
появляется это волшебное сияние.

Оно тоже регулируется нервной системой,

так что это сочетание этих двух слоёв,

что видно на примере кожи с высокой
разрешающей способностью

у этой каракатицы,

где вы видите красивую структурную
пигментную окраску

и даже небольшую блёклость,
что так прекрасно.

Как же мы можем применить
что-то из этой информации?

Я говорил о выпуклостях
на коже — папиллах.

Вот гигантская австралийская каракатица.

У неё гладкая кожа с броским узором.

Я сделал пять фотографий подряд
с разницей в одну секунду.

Просто посмотрите, как это животное
трансформируется:

раз, два, три, четыре,
пять — и я водоросль.

А теперь можем промотать обратно,

чтобы посмотреть на эту
гладкую кожу и её броскость.

Это действительно чудесная
трансформирующаяся кожа.

Здесь вы можете разглядеть
её более детально.

Приблизим перископ —

и вот те прекрасные папиллы.

А теперь посмотрим
немного более детально:

можно увидеть, как появляются
отдельные папиллы,

и на них есть складочки —

на каждой папилле расположены
другие папиллы и так далее.

У каждого отдельного вида

эти выпуклости имеют более
десятка разных форм и размеров,

и с их помощью создаётся
точно настроенный

и регулируемый нервной системой камуфляж.

Так вот, мои коллеги-инженеры
из Корнелльского университета

посмотрели нашу работу и сказали:

«Мы думаем, что можем
сделать нечто подобное.

Потому что в промышленности
и других сферах

такие определяемые формой мягкие материалы

встречаются крайне редко».

И они пошли дальше, и, поработав с нами,

сделали первые образцы искусственных
папилл из мягких материалов,

они показаны здесь.

И вы видите, как они надуваются
и принимают разные формы.

И можно надавить на них пальцем,

чтобы увидеть, что на самом деле
они немного эластичные.

Это пример того,
как это могло бы работать.

Я хочу перейти отсюда к расцветке тканей,

и я полагаю, этому также найдётся много
вариантов применения в этой области.

Просто посмотрите на этот
калейдоскоп цветов

из динамически регулируемых
пигментов и отражателей,

которые мы видим у головоногих.

Мы знаем достаточно о специфике их работы

и можем начать это применять

не только для тканей,

а, возможно, даже для создания косметики,
которая будет менять цвет.

И более того, недавно
было проведено исследование

светочувствительных молекул
в коже осьминога,

которое может подготовить почву для
создания со временем умных материалов,

которые смогут самостоятельно
чувствовать и реагировать.

Эта форма биотехнологии,
или биомимикрии, если хотите,

могла бы изменить наш взгляд на мир
даже над поверхностью воды.

Взять, например,
искусственный интеллект,

который мог бы быть создан по принципу
мозга, распределённого по всему телу,

и поведения осьминога

или по принципу умной кожи каракатицы,

который может быть применён
в сфере высокотехнологичной моды.

Как нам к этому прийти?

Наверное, всё что нам нужно, —

это стать немного умнее в вопросе того,

насколько умны головоногие.

Спасибо.

(Аплодисменты)