Каракатицы помогают создавать нейронную сеть

Учёные учатся читать мысли каракатицы по рисунку на её коже. Разработанная ими уникальная видеосистема отслеживает, как пигментные клетки моллюска, контролируемые нейронами, производят сложные узоры на теле животного. Уже на этом этапе работа нейробиологов, их техника визуализации вдохновляет своей перспективностью тех ученых и инженеров, которые занимаются созданием искусственных нейронных компьютерных сетей.

Каракатицы — мастера изменения внешнего вида, профессионалы камуфляжа. Они маскируются за счет 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 картинки на коже животного. При этом моллюск не всегда досконально копирует окружающий фон: иногда узоры содержат кольца, пятнышки или другие сложные рисунки, но в любом случае все эти преобразования позволяют скрыться от хищников.

Чтобы лучше понять, как каракатицы создают эти узоры, нейробиологи из Института мозга им. Макса Планка во Франкфурте (Германия) построили систему из 20 видеокамер для съемки моллюска со скоростью 60 кадров в секунду. Они фиксировали, как меняется цвет каракатицы, когда она проплывала на фоне разнообразных распечатанных изображений, которые учёные заранее разместили в резервуар. Запись начиналась сразу после рождения каракатицы и продолжалась в течение нескольких недель. Команда учёных разработала методы обработки видео, чтобы определить десятки тысяч отдельных хроматофоров на каждой каракатице, включая те клетки, которые появились в процессе роста моллюска. Нейробиологи также использовали статистические инструменты, чтобы определить, как различные хроматофоры действуют синхронно, чтобы изменить рисунок на теле.

В итоге исследователи смогли увидеть, как животное связывает хроматофоры друг с другом, создавая узор, имитирующий окружающую среду, каким образом получается всегда неповторимый камуфляж. Правда, остаётся загадкой связь между тем, что видит каракатица, и тем, что она посылает нейронам, поэтому предстоит дальнейшее изучение этого уникального животного. В данном эксперименте ещё важно то, что разработанная система видеосъёмки, техника визуализации освободила учёных от необходимости препарировать животное, подключать к нему электроды или дрессировать определенным образом.

Сегодня головоногие больше не смогут скрыть свои «мысли» от учёных благодаря их уникальной технике визуализации. Новое исследование поможет понять, как мозг животного управляет его поведением и впоследствии использовать открытие для создания нейронных сетей, сообщает Nature. Кроме того, техника визуализации поможет компьютерщикам работать с программами, которые заполняют недостающую часть изображения, используя информацию от пикселей вокруг неё. То есть, умное животное подскажет незаурядным профессионалам множество решений «мозговых» проблем.