Каракатицы «носят» свои мысли на коже

Разработанная видеосистема позволяет отслеживать, как пигментные клетки моллюска, контролируемые нейронами, генерируют сложные узоры на теле животного. 

Каракатицы — мастера маскировки. Они изменяют свой окрас, за счет этого сливаясь с окружающей средой. Однако моллюски больше не смогут скрывать свои мысли благодаря методу, который влияет на работу мозга каракатицы, отслеживая постоянно изменяющиеся узоры на ее теле. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature, помогут ученым лучше понять, как мозг животного контролирует поведение.

Известно, что каракатица маскируется путем сокращения мышц вокруг крошечных пигментных клеток кожи, называемых хроматофорами. Клетки имеют несколько цветов и действуют подобно пикселям по всему телу каракатицы, изменяя свой размер и придавая животному разный окрас. При этом моллюск не всегда точно сливается с фоном: иногда рисунок содержит полосы, кольца, пятна или другие сложные узоры, позволяя скрываться от хищников. 

Чтобы лучше понять, как именно каракатицы изменяют свой окрас, нейробиолог Гилл Лоран (Gilles Laurent) в Институте мозга им. Макса Планка во Франкфурте (Германия) и его коллеги создали систему из 20 видеокамер для съемки каракатицы со скоростью 60 кадров в секунду. Они фиксировали, как меняется цвет каракатицы, когда она проплывает на фоне гравия и других распечатанных изображений, которые ученые поместили в резервуар с животными в качестве фона.

Запись начиналась сразу после появления каракатицы на свет и продолжалась несколько недель. Команда Лорана разработала технику видеообработки, которая идентифицировала десятки тысяч отдельных хроматофоров на каждой каракатице, включая те клетки, которые появлялись в процессе роста животного. Особое внимание ученые обращали на то, насколько синхронно действуют хроматофоры, изменяя рисунок на теле.

Предыдущие исследования показывали, что каждая пигментная клетка контролируется несколькими двигательными нейронами, которые идут от мозга к мышцам кожи, а каждый подобный нейрон контролирует несколько клеток. Они, в свою очередь, объединяются в более крупные двигательные системы, которые создают узоры по всему телу каракатицы.
 

Видеосъемка каракатиц/© nature video
 

Работа Лорана позволит увидеть, как животное связывает хроматофоры друг с другом, создавая узор, имитирующий окружение моллюска. Выводы должны позволить исследователям проследить обратную связь от рисунков на коже к нейронам в мозге каракатицы, которые формируют ее камуфляж. Кроме того, разработанная система видеосъемки освободит ученых от необходимости препарировать животное, подключать к нему электроды или дрессировать определенным образом. Сейчас связь между тем, что видит каракатица, и тем, что она посылает моторным нейронам, остается загадкой.

По мнению ученых, ответ нужно искать в мозге животного, который создает геометрический узор, имитирующий окружение каракатицы, поскольку именно там происходят процессы обработки как сигналов от глаз, так и сигналов хроматофорам. 

Лоран говорит, что его работа может вдохновить исследователей, создающих искусственные нейронные компьютерные сети. К ним также относятся программы, которые заполняют недостающую часть изображения, используя информацию от пикселей вокруг нее.