Ученые потратили годы, пытаясь выяснить, видят ли сны осьминоги, чей мозг имеет удивительное сходство с нашим. В недавнем исследовании даже предполагалось, что восьмирукие головоногие могут иметь физические реакции во сне, похожие на нападение хищника, предполагая, что им снятся кошмары.
Теперь исследователи из Окинавского института науки и технологий (OIST) в сотрудничестве с Вашингтонским университетом (UW) изучили мозговую активность и закономерности поведения маленького мелководного осьминога из Японии Octopus laqueus., и подтвердили, что животное не только спит в эти моменты «активного сна», но и имеет сходство с нашим собственным сном с быстрыми движениями глаз (REM).
Когда осьминоги дремлют, их «тихий сон» прерывается короткими периодами лихорадочного поведения, соседствующего с БДГ, в «активном сне» — их паттерны ярко вспыхивают, их глаза и руки дергаются, а частота дыхания учащается.
Хотя исследователи не могут утверждать, что доказали животные видят сны, состояние БДГ у млекопитающих – это стадия сна, во время которой сновидения появляются чаще всего.
«Кажется, все животные в той или иной форме спят, даже такие простые животные, как медузы и плодовые мушки», — сказал Сэм Рейтер, старший автор исследования и профессор OIST. «Но долгое время было известно, что только позвоночные циклически переключаются между двумя разными стадиями сна».
Во время «тихого сна» мозг осьминога излучал формы волн, которые наблюдаются во время медленного сна у млекопитающих, таких как мы, известные как сонные веретена, которые, как считается, связаны с консолидацией воспоминаний. С помощью микроскопа, созданного первым автором исследования, Томоюки Мано, было обнаружено, что эти волны, похожие на веретена сна, возникают в области мозга, связанной с обучением и памятью, что намекает на то, что они могут функционировать так же, как у людей.
«Тот факт, что двухстадийный сон независимо развился у отдаленно родственных существ, таких как осьминоги, которые имеют большие, но совершенно отличные от позвоночных структуры мозга, предполагает, что наличие активной, похожей на бодрствование стадии может быть общей чертой сложное познание», — говорит Линой Мешулам из Университета Вашингтона.
А когда ученые не дают осьминогам экстази, они «нежно чистят их кожу кисточкой». Это прерывание каждые две-три минуты в течение 48 часов было сделано для того, чтобы посмотреть, какое влияние окажет лишение сна на эти два состояния сна. Это привело к большей частоте активного сна, который начинался быстрее, показывая, что с абсолютной уверенностью это состояние мигания и подергивания действительно было сном.
«Это компенсаторное поведение определяет активную стадию как важную стадию сна, которая необходима осьминогам для правильного функционирования», — говорит Адити Пофале, соавтор исследования и аспирант OIST.
Кроме того, съемка в высоком разрешении узоров осьминогов во время активного сна показала, что животные чередовали те же цвета и формы, что и в бодрствующем состоянии. Хотя также вероятно, что осьминог делает это для «упражнения» в маскировке, когда он бодрствует, или просто для поддержания здоровья пигментных клеток, это также может указывать на то, что животное вспоминает или переучивает моменты своих сознательных периодов — например, состояние сна.
«В этом смысле, в то время как люди могут устно сообщать, какие сны им приснились, только после пробуждения, рисунок кожи осьминогов действует как визуальное считывание их мозговой активности во время сна», — говорится в исследовании. Райтер. «В настоящее время мы не знаем, какое из этих объяснений может быть правильным. Мы очень заинтересованы в дальнейшем расследовании».
Между тем, также из OIST, совместно с Институтом исследований мозга Макса Планка, ученые узнали больше о двоюродных братьях осьминогов, каракатицах, и о том, как их способность корректировать цвет своей маскировки указывает на гораздо более высокий уровень когнитивных функций и автономность в отношении своих изменений, чем считалось ранее.
Каракатицы мастерски сливаются с окружающей средой, используя свои кожные органы, хроматофоры, которые сокращаются и расслабляются в соответствии с указаниями нейронов в мозгу для регулировки пигментации.
> <р>
Голова обыкновенной каракатицы, демонстрирующая детализированные структуры. Стефан Джунек/Институт исследований мозга Макса Планка
Но, как выяснил Сэм Райтер, который также работал над исследованием осьминогов, дьявол кроется в деталях.
«Предыдущие исследования показали, что у каракатиц был лишь ограниченный набор компонентов рисунка, которые они могли бы использовать для достижения наилучшего соответствия окружающей среде», — сказал Рейтер. «Но наше последнее исследование показало, что их маскировочная реакция гораздо сложнее и гибче — мы просто не смогли обнаружить ее, поскольку предыдущие подходы не были такими подробными или количественными».
Использование сверхвысоких частот. Камеры с высоким разрешением для тщательного изучения кожи европейской каракатицы (Sepia officinalis) на быстро меняющемся фоне собрали около 200 000 изображений, которые были проанализированы с помощью искусственного интеллекта.
Удивительные результаты показали, что животное циклически повторяло узоры, подстраивая их под каждый отдельный хроматофор, которых у него потенциально миллионы, пока не остановится на общем виде, который они одобрили.
Животное не использует один и тот же путь изменения цвета, чтобы достичь своего окончательного узораСтефан Джунек/Институт исследований мозга Макса Планка
Ученые наблюдали, как они «корректируют цвет», и каждый путь к конечному узору был разным, даже при воздействии на один и тот же фон, что предполагает сложность их поведения, которую до сих пор не наблюдали.
«Каракатицы часто промахивались мимо своего целевого рисунка кожи, останавливались, а затем возвращались», — сказала Теодосия Ву, соавтор исследования из Института исследований мозга Макса Планка. «Другими словами, каракатицы не просто определяют фон и сразу же выбирают заданный узор. Вместо этого вполне вероятно, что они постоянно получают информацию об узоре своей кожи и используют его для корректировки своего камуфляжа.
«Как именно они получают эту обратную связь — используют ли они свои глаза или чувствуют, насколько сокращены мышцы вокруг каждого хроматофора — мы пока не знаем», — добавила она.
Следующим шагом будет получение нейронных записей из мозга каракатиц, чтобы мы могли лучше понять, как именно они контролируют свои уникальные и удивительные способности к формированию кожных узоров», — сказал Ситонг Лян, один из первых авторов исследования, ранее работавший в Институте Макса Планка.
Исследование осьминога и исследование каракатицы были опубликованы в журнале Nature.
Посмотрите видеоролики ниже, чтобы увидеть, как осьминог меняет модели своей активности, подобной фазе быстрого сна. состояние сна, а под ним — невероятные способности каракатицы корректировать цвет в поисках нужного образа.
Осьминог во время активного сна Камуфлирующая каракатица
