章魚和頭足類動物奇妙的腦和變形皮膚

統稱為頭足類動物的章魚、魷魚和墨魚，具有奇怪、巨大、分散式的腦。 這腦有什麼神經能力呢？來與海洋生物學家羅格 · 漢倫一起潛入大海，看頭足類動物驚人的偽裝能力——牠們能夠瞬間改變膚色和質地。一起來了解牠們如何複雜地部署聰明的皮膚，以及這種機靈的形式如何能夠讓我們在人工智慧、染料和化妝品等方面取得突破。

這是個奇怪而美妙的腦，

這個腦會引發一種

對這星球上有另類智慧的想法。

這個腦在一具非常奇怪的身體裡，

具有相當於遍佈周身的小型衛星腦。

這與人類的腦有多不同呢？

看起來非常不同，

以至於我和同事正努力

去了解這大腦的運作方式。

但我能肯定

這腦能做出些驚人之舉。

那麼，這是誰的腦呢？

好，來和我一起潛入海洋，

生命開始之地，

讓我們來看看。

你之前可能已經看過一些，

但我們在珊瑚礁後面，

那裡有岩石，

很多沙子，

魚兒游來游去......

突然間，這隻章魚出現了，

現在牠一閃而過，

把墨水噴在我的臉上，竄走了。

在慢動作反轉中，

你會看到環在眼睛周圍形成，

接著圖案在皮膚上形成。

現在看皮膚的 3D 紋理變化，

真正創造出這種美麗的 3D 迷彩。

皮膚有 2500 萬個

稱為「色素細胞」的顏色器官，

這些突起通通被稱為「乳突」，

全都由神經控制，可以瞬間改變。

我認為動態偽裝是一種「智慧」。

快速和精確變化的皮膚

的確複雜得令人驚訝。

那麼，這種皮膚能怎麼用？

好吧，讓我們想想除了偽裝以外

牠們的皮膚能怎麼用。

在這裡看得到模仿的章魚和圖案，

突然間發生巨大的變化——

那是信號，不是偽裝——

然後它又回到正常模式。

接著你看到白斑烏賊

在接近螃蟹獵物時
顯示浮雲飄過的樣子。

最後，你看到偽裝的烏賊，

它能立即轉成這明亮的警示。

這裡有連續的表達級別，

從顯眼到偽裝，連續著。

這需要很多控制。

猜猜怎麼著？

腦真的很適合控制。

這裡顯示的章魚大腦有 35 個腦裂片，

8000 萬個小細胞。

即使那很有意思，

真正奇怪的是

這種動物的皮膚有更多的神經元，

如圖所示，尤其是黃色的神經元。

皮膚中有 3 億個神經元，

而大腦本身只有 8000 萬個，

（皮膚擁有的是腦的）4 倍。

如果你看，

實際上有個小的衛星腦，

和相當於脊髓的八條手臂。

這種構建體內神經系統的方式
非比尋常。

那這樣的腦有什麼好處呢？

那腦必須智勝其他

試圖吃掉牠的聰明腦，

包括海豚和海豹，

梭魚和鯊魚，

甚至包括我們人類。

因此，腦必須做決策，

且要做得很好。

這裡顯示這隻巡視的章魚，

牠突然停步，造出完美的偽裝。

這真是太棒了，

因為當這些動物在野外覓食時，

牠們必須在兩小時的覓食過程中

做出一百多個偽裝決策，

每天兩回。

決策。

牠們還得弄清楚
要去哪裡和如何回家。

這是決策之事。

我們可以測試這種偽裝，

就像在我身後看到的烏賊，

我們從牠身下抽走地毯，

讓牠在棋盤上，

牠甚至用那些奇怪的視覺訊息，

當場盡力匹配棋盤的模樣。

其他的認知技能也很重要。

魷魚有不同的智慧。

牠們有非常複雜，有趣的性生活。

牠們會戰鬥、調情、
求愛、護衛伴侶，

和欺騙。

聽起來有點熟悉吧？

（笑聲）

非常神奇的是

這些動物能夠直覺地

做這些行為。

在這裡你看到一雄一雌。

左邊的雄性一直在對抗其他雄性

以與雌性配對，

現在牠呈現出雙重模式：

牠在雌魷魚這邊求愛和展現愛意，

在另一邊戰鬥。

看牠在雌性換邊的時候——

（笑聲）

你會看到牠已經流暢地

轉變成求愛模式來面對雌魷魚。

因此，這種並行的雙重信號

伴隨著不斷變化的行為背景，

真的非比尋常。

需要大量的腦力。

另一種看待這種情況的方式是，

也許我們有了五千萬年的
男性雙面人的證據。

（笑聲）

好，讓我們繼續吧。

（笑聲）

珊瑚礁上的一隻章魚
面對一項艱難的工作，

得要記住牠去過的很多地方，
還要找到牠的巢穴。

牠們做得非常好。

牠們有短期和長期記憶，

牠們試個三到五次就能學會——

腦很好。

空間記憶也極好。

牠們在覓食結束後

甚至會直奔巢穴。

看著牠們的潛水員完全迷路了，

但牠們回得來，

所以牠們有非常細緻的記憶能力。

在認知技能方面，

看看烏賊的這種睡眠行為。

特別是在右邊，
你會看到牠眼睛抽搐。

這是做夢般的快速眼球運動，

以前我們以為哺乳動物和鳥類才有。

看我們放在那裡的假色，

看到皮膚圖案閃爍，

這常常發生。

但這不是一般清醒時的行為，
完全不是。

人類在鞏固記憶時做夢，

烏賊可能就是這樣。

另一種非比尋常的記憶形式

是情節之類的記憶。

人類需要四年的大腦發育

才記得住特定事件、

發生的時間和地點。

特別難以記住「何時」這部分，

這些孩子能記住。

但猜猜怎麼了？

我們最近發現狡猾的烏賊
也具有這種能力。

在去年夏天的實驗中，

如果在不同的時間餵不同食物給烏賊，

牠們必須確切地匹配位置

以及上一次看到那種食物的時間。

然後，牠們的覓食必須配合地點

和每種食物類型的補充速度。

聽起來複雜嗎？

這太複雜了，我幾乎
無法理解這個實驗。

所以這真的是高級的認知處理。

現在談到大腦和進化，

右邊有脊椎動物大腦進化的途徑，

我們都有良好的大腦。

我想每個人都認可這一點。

左側描述一些

進化到章魚的途徑。

兩者都匯合到複雜的行為

和某種形式的智慧。

這兩行中的最後一個共同點

是 6 億年前

一種神經元非常少的蠕蟲。

所以，非常不同的路徑

匯合到複雜的行為。

這裡有一個很基本的問題：

章魚的腦結構

是否基本上與脊椎動物的不同？

我們現在沒有答案，

但如果結果是肯定的，

那麼就有不同的進化途徑

創造出地球上的智慧。

可能那些做人工智慧的人

會對這些機制感興趣。

好，我們來談點遺傳學。

我們有基因組，有 DNA，

DNA 被轉錄成 RNA，

RNA 將其轉化為蛋白質，
就成了我們。

而頭足類動物有所不同。

牠們有很大的基因組，有 DNA，

轉錄成 RNA，

但發生了一些截然不同的事情。

牠們以天文奇速編輯 RNA，

速度超過人類或其他動物數百倍。

產生了大量的蛋白質，

猜猜大部分在哪裡？

在神經系統裡。

因此，這可能是動物進化

可塑性行為的非正統方式。

這裡有很多猜測值得去深思。

現在讓我稍稍分享經驗，

並利用我和同事的聰明才智

嘗試獲取此類訊息。

我們潛水，但無法一直待在水下，

因為我們無法呼吸，

所以我們必須高效地工作。

把感官全沉浸在水世界中

有助於我們了解
這些動物真正在做什麼。

我必須說

在水裡與章魚和潛水員交流

真的是一種非常棒的體驗，

得以藉此明白

牠們是思考和好奇的動物。

這真的無止盡地激勵著我。

讓我們回到那聰明皮膚片刻。

這是一隻魷魚和迷彩圖案。

我們放大，看到美麗的顏料和反射層。

有快速打開和關閉的色素細胞。

接著在下一層皮膚中，

非常有趣。

色素細胞是封閉的，

你會看到皮膚呈現出這種神奇的虹彩。

這也是神經控制的，

所以是結合兩者，

如高解析度的烏賊皮膚中所見，

這裡有美麗的顏料結構色彩，

甚至是如此美麗的微紅。

那麼，我們如何利用這些訊息呢？

我先前談到了皮膚腫塊，即乳突。

這是巨大的澳大利亞烏賊。

牠有光滑的皮膚和明顯的圖案。

我一秒連拍了五張照片，

只為看這種動物變形——

一、二、三、四、五——

現在牠模仿海藻。

倒回來看看

光滑顯眼的皮膚。

這真是奇妙變形的皮膚。

在這裡能看得更仔細。

潛望鏡升起來了，

有美麗的乳突。

再看一點細節，

看的到個別的乳突出現，

那裡有小脊，

是乳突上的乳突等等。

每個物種都有十幾種
形狀和大小的凸起，

以創造微調、神經控制的偽裝。

現在我康奈爾大學的同事、工程師們

看到這些成果，說：
「我們應該能做出一些這種東西。」

因為在工業和社會中，

這種受形狀控制的軟質材料

確實非常罕見。

他們開始與我們合作，

製作了人造乳膠，
軟材料的第一批樣品，

如圖所示。

看它們脹成不同的形狀，

可以用手指按壓，

看得出來它們有點可塑性。

這是一個可以拿來運用的例子。

好，我想轉談布料的顏色，

這裡也能有很多應用。

只要看看我們在頭足類動物中看到的

動態控制顏料和反射層
如萬花筒般的顏色。

我們對牠們的作用機制了解得夠多，

不僅可以將其轉化為布匹的染料，

甚至可以轉化為千變萬化的化妝品。

此外，最近在章魚的皮膚中
發現了感光分子，

最終可能會為

能夠自我感知和回應的智慧材料

鋪平前路。

那麼，這種形式的生物技術或仿生學

能改變我們看世界的方式，
即使在水面之上亦然。

例如，人工智慧

能受到章魚周身遍佈腦的啟發，

或烏賊的聰明皮膚的啟發，

轉化為尖端時尚。

那麼，

我們如何辦到呢？

也許我們只需更聰明地看待

頭足類動物是多麼的機靈。

謝謝。

（掌聲）