章⻥是⼀种神奇的海洋⽣物。不要⼩瞧它们,它们的智⼒相当惊⼈。⼗多年前,研究⼈员曾进⾏过⼀项有趣的研究,他们发现,这种头⾜类动物的每只触腕都有属于⾃⼰的“脑”。当时,科学家⽤了⼀个透明的迷宫,⾥⾯放置了⻝物,置于⽔箱之外,让章⻥⽤“⼿”⾛迷宫。章⻥可以看⻅⻝物在哪⾥,但却没法像平时⼀样依靠脑处理⽔中的化学线索,⽽被迫只能⽤触腕独⽴的“脑”,或者说是神经元束,通过处理本地信号来寻找⻝物。
研究发现,每条触腕可能有⼤约10000个神经元专⻔⽤于感知周围的环境。其他研究还表明,章⻥是除了少数昆⾍之外,唯⼀使⽤⼯具的⽆脊椎动物。它们会将壳压在身体周围,作为⼀种“铠甲”和伪装,抵御捕⻝者。它们还会模仿动作。种种迹象都表明,它们是⼀群相当聪明的动物。如果我们想了解脑是如何运转的,章⻥也是作为与哺乳动物进⾏⽐较的完美研究对象。
章⻥和⼈类之间的巨⼤差异源⾃于超过5.5亿年的独⽴进化,但与⼈类相似的是,章⻥也有巨⼤的脑。与脊椎动物相⽐,章⻥的身体相当独特,⽽且它们先进的认知能⼒的发育也与脊椎动物⼤有不同。然⽽,想要通过实验来测量章⻥的脑波,被证实是⼀项重⼤的技术挑战。与脊椎动物不同,章⻥是软体动物,所以它们没有头⻣来固定记录设备。让情况变得更加困难的是,它们还⻓着8条强壮且极其灵活的触腕,可以触达身体的任何地⽅。
只要科学家想在它们身上安装电线,它们就能⽴刻把线扯下来。但就在最近,⼀组科学家已经成功记录下了⾃由移动的章⻥的脑活动。这项发表于《当代⽣物学》的研究,为弄清章⻥的脑是如何控制它的⾏为⽅⾯迈出了关键⼀步,并可能为智⼒和认知的发⽣所需的共同原则提供了线索。为了应对章⻥独特的⽣理结构,研究⼈员需要⼀种⽅法,能把设备放置在章⻥的⽪肤之下,让它们完全触碰不到。
团队最终选择了⼜⼩⼜轻的数据记录器作为解决⽅案,这些数据记录器最初被设计⽤来追踪⻦类在⻜⾏过程中的脑活动。他们对这些设备进⾏了改造,让设备在防⽔的同时,仍然⾜够⼩到可以轻松装⼊章⻥体内。这些设备需要能在低⽓环境中⼯作的电池,可以进⾏⻓达12⼩时的连续记录。研究⼈员选择了⼀个名为蓝章(Octopus cyanea)的物种作为模型动物,因为这种章⻥的体型⽐较⼤。
他们麻醉了三只蓝章,并将⼀个记录器植⼊胴部肌⾁壁的⼀个空洞中。然后,科学家将电极植⼊章⻥脑中被称为垂直叶和中上额叶的区域,这是最容易接触到的区域。这个脑区被认为对视觉学习和记忆也很重要,这也是研究⼈员⾮常想了解的⼤脑过程。⼿术完成后,章⻥被送回它们的⽔箱中,并通过视频继续监控。⼤约5分钟后,章⻥已经恢复了知觉,并在接下来的12个⼩时⾥睡觉、吃东⻄,在它们的⽔箱⾥活动,同时记录着它们的脑活动。
最后,研究⼈员从章⻥身上取下记录器和电极,并将数据与视频同步。他们确定了⼏种不同的脑活动模式,其中⼀些在⼤⼩和形状上和在哺乳动物中看到的很相似,另⼀些则是先前从未描述过的⾮常持久⽽缓慢的振荡。这些特征似乎是章⻥特有的。研究⼈员⽬前暂时还⽆法将这些脑活动模式与视频中的具体⾏为联系起来,因为他们还没有要求动物进⾏具体的学习任务。
这是⼀个与学习和记忆有关的区域,想要探索这个回路,需要让章⻥进⾏重复性的记忆任务。这是研究计划的下⼀步。研究⼈员还认为,这种记录⾃由移动的章⻥的脑活动的⽅法,可以⽤于其他章⻥物种,并能帮助解决有关章⻥认知的其他领域的问题,包括它们如何学习、社交、控制身体和肢端的运动。这是⼀项⾮常关键的研究,但还只是第⼀步。章⻥太聪明了,但现在对它们的脑如何⼯作依旧知之甚少。