Дев’ятипала восьминога: дослідження його нервової системи
Екстрасенсорне сприйняття та камуфляж
Октопуси, завдяки своїй здатності швидко змінювати забарвлення та вирішувати складні задачі, продовжують захоплювати увагу як звичайних людей, так і науковців. Ці молюски можуть впізнавати окремих людей, виконувати завдання в лабіринті та навчатися шляхом спостереження — здібності, які раніше вважалися притаманними лише хребетним. В основі цих можливостей лежить складна нервова система, що поєднує централізовану обробку інформації з високою автономією периферійних мереж.
Архітектура децентралізованої нейронної мережі
Октопуси мають близько 500 мільйонів нейронів, що відповідає кількості нейронів у собаки середнього розміру, роблячи їх найбільш нейронно багатими безхребетними на планеті. Проте близько 350 мільйонів з цих нейронів — майже 70 відсотків — розташовані не в центральному мозку, а розподілені по восьми щупальцях. Кожне щупальце має осьовий нервовий канатик, що містить до 10 мільйонів нейронів і сотні гангліїв присосків, формуючи справжні «міні-мозки». Така структура дозволяє швидко приймати локалізовані сенсомоторні рішення без необхідності передавати кожен сигнал через центральний мозок.
Автономія щупалець: локальна обробка та рефлекси
Дослідники з університету штату Мічиган на чолі з Галіт Пеллед нещодавно використовували мікроелектроди з високою щільністю для запису даних з ізольованих щупалець. Вони продемонстрували, що вже через 100 мілісекунд після тактильного стимулювання ганглії щупальця генерують прогностичні моторні команди — ще до того, як сигнал досягне центрального мозку. Цей рівень автономії не має аналогів серед хребетних, де рефлекторні дуги залежать від обробки в спинному мозку, але залишаються координованими центральною нервовою системою.
«Кожне щупальце може ініціювати захоплення, дослідження або відступ», пояснює Пеллед. «Ця локалізована контрольна здатність звільняє мозок для виконання складніших завдань, таких як навчання та навігація.»
Ганглії присосків та периферійна нервова система
Кожна присоска містить кільце з до 2000 периферійних нейронів, які пов’язані з осьовим нервовим канатиком. Студентка університету Чикаго Касаді Ольсон зазначає, що деякі види мають більше ніж 10 000 присосок, створюючи одну з найбільш щільних периферійних нейронних мереж. Ці ганглії обробляють смакові, текстурні та хімічні сигнали, що дозволяє щупальцю визначати здобич без центрального контролю.
Недавні дослідження в Інституті океанографії Скріппса застосували об’ємну візуалізацію CLARITY до очищених кінцівок октопусів, виявивши тривимірні з’єднання гангліїв присосків. Ця техніка продемонструвала, як локальні мережі інтегрують кілька сенсорних модальностей і координують складні рухи присосок на мілісекундному рівні.
Центральний мозок та зорові частки
Центральний мозок октопуса розташований між його очима всередині мантії та з’єднується з двома зоровими частками, які складають майже половину всієї кількості нейронів. Ці частки виконують обробку зображень в реальному часі, аналогічно до зорової кори людини, але з набагато меншою кількістю ієрархічних шарів. Недавні дослідження з функціональної магнітно-резонансної томографії на Octopus bimaculoides, проведені університетом Вашингтона, виявили ретинотопічні карти, які паралельні дизайнам ссавців — приклад конвергентної еволюції.
Конвергентна еволюція та нейронні аналоги
Хоча останній спільний предок людей та октопусів жив більше 750 мільйонів років тому, обидва види розвинули камеру типу ока та складні нейронні архітектури. Нейробіологи використовують ці аналогії, щоб простежити незалежні рішення на аналогічні екологічні виклики. Наприклад, осьовий нервовий канатик октопуса функціонує подібно до нашого спинного мозку, тоді як ганглії присосків відображають периферійні сенсорні нейрони на нашій шкірі.
Кейс-стаді: дев’ятипалий октопус Сальвадор
У період з 2021 по 2022 роки лабораторія ECOBAR в Інституті морських досліджень Іспанії спостерігала за самцем Octopus vulgaris, який відновив роздвоєну праву щупальце, в результаті чого отримав дев’ять функціональних кінцівок. Під керівництвом Сема Соул і Хорхе Ернандеса Урсери команда використовувала HD-відео та інерційні датчики для моніторингу використання кінцівок. Сальвадор демонстрував специфічну поведінку: використовував роздвоєне щупальце лише в умовах низького ризику під час дослідження. Ця адаптація свідчить про наявність довгострокової пам’яті про травму та тонко налаштовану нейронну перенастройку для інтеграції додаткової кінцівки.
«Ганглії щупальця не сприймали роздвоєння як аномалію», зауважує Пеллед. «Вони безперешкодно інтегрували його, демонструючи пластичність на кожному нейронному рівні.»
Вплив на м’яку робототехніку
Інженери в MIT та Інституті Макса Планка розробляють м’які маніпулятори, натхненні октопусами, використовуючи флюїдні еластомери та вбудовані сенсорні мережі. Імітуючи децентралізоване управління щупальцями, ці роботи досягають безпрецедентної спритності та стійкості до збоїв. Наприкінці 2025 року команда продемонструвала прототип з 32 датчиками тиску та 16 локальними мікроконтролерами на одному щупальці, що дозволяє автономно коригувати захоплення в неструктурованих середовищах.
Регенеративна медицина та нейронні моделі на основі ШІ
Відновлення кінцівок у октопусів слугує шаблоном для регенеративних терапій. Комп’ютерні нейробіологи в Стенфордському університеті нещодавно навчали графові нейронні мережі на даних з конектому октопусів, щоб прогнозувати патерни регенерації аксонів. Ці моделі ШІ вже допомогли в експериментах з редагуванням генів у риб-зебр, поліпшивши відновлення після травм спинного мозку на 20 відсотків у доклінічних випробуваннях.
Перспективи: високо роздільна нейронна мапа
Поточні проекти спрямовані на інтеграцію об’ємної кальцієвої візуалізації та оптогенетики у вільно рухомих октопусів. Консорціум, очолюваний JILA та NIST, сподівається створити 4D атлас активності нервової системи октопуса до 2027 року. Такі дані не лише проллють світло на когніцію головоногих, але й розширять межі технології нейронних інтерфейсів для біогібридних роботів та протезів.
Висновки
Дев’ятипалий октопус є яскравим прикладом надзвичайної стійкості та гнучкості децентралізованої нервової системи. Від автономних гангліїв присосків до моделей регенерації, натхненних штучним інтелектом, нейробіологія головоногих відкриває нові шляхи в робототехніці, медицині та фундаментальній біології. З розвитком технологій, таких як високощільна електрофізіологія та глибинне навчання, наше розуміння цих безхребетних див продовжить поглиблюватися.