العلماء هم أول من سجل موجات دماغية من أخطبوط يتحرك بحرية

ملخص: من خلال زرع الأقطاب الكهربائية ومراقبة البيانات ، نجح الباحثون في التقاط نشاط الدماغ للأخطبوطات المتحركة بحرية. يمكن أن يعالج نشاط الدماغ المسجل العديد من الأسئلة حول سلوكيات الأخطبوط ، بما في ذلك القدرات الحركية والمعرفية والتعلم.

مصدر: OIST

نجح العلماء في تسجيل نشاط الدماغ من الأخطبوطات المتحركة بحرية ، والتي أصبحت ممكنة عن طريق زرع أقطاب ومسجل بيانات مباشرة في المخلوقات.

تم نشر الدراسة على الإنترنت علم الأحياء الحالي في 23 فبراير ، تم اتخاذ خطوة مهمة لاكتشاف كيف تتحكم أدمغة الأخطبوط في سلوكها.

قال المؤلف الأول والسابق: “إذا كنت تريد أن تفهم كيفية عمل الدماغ ، فإن الأخطبوطات هي الحيوان المثالي للمقارنة مع الثدييات. فهي تمتلك دماغًا كبيرًا ، وجسمًا فريدًا بشكل رائع ، وقدرات معرفية متقدمة تطورت بشكل مختلف تمامًا عن الفقاريات”. قالت الدكتورة تامار جوتنيك باحثة ما بعد الدكتوراه في قسم الفيزياء والأحياء في معهد أوكيناوا للعلوم. والتكنولوجيا (OIST).

لكن قياس الموجات الدماغية للأخطبوط أثبت أنه يمثل تحديًا تقنيًا حقيقيًا. على عكس الفقاريات ، فإن الأخطبوطات رخوة الجسم ، لذا فهي لا تمتلك جمجمة لتثبيت معدات التسجيل لمنعها من الخروج من مكانها.

قال الدكتور جوتنيك: “تمتلك الأخطبوطات ثمانية أذرع قوية ومرنة للغاية يمكن أن تصل إلى أي مكان في الجسم”. “إذا حاولنا ربط الأسلاك بهم ، فسوف يتمزقون على الفور ، لذلك كنا بحاجة إلى طريقة للوصول إليها بشكل كامل عن طريق وضع المعدات تحت جلودهم.”

استقر الباحثون على أجهزة تسجيل بيانات صغيرة وخفيفة الوزن ، صممت في الأصل لمراقبة نشاط الدماغ لدى الطيور أثناء الطيران. قام الفريق بتعديل الأجهزة لتكون مقاومة للماء ، ولكنها صغيرة بما يكفي لتناسب بسهولة داخل الأخطبوطات. البطاريات ، التي كان يجب أن تعمل في بيئات منخفضة الهواء ، سمحت بالتسجيل المستمر لمدة 12 ساعة.

اختار الباحثون سماوي الأخطبوط، المعروف باسم أخطبوط اليوم ، كحيوانهم النموذجي ، نظرًا لحجمه الكبير. قاموا بتخدير ثلاثة أخطبوطات وزرعوا خزانة في تجويف في جدار عضلات الوشاح.

ثم قام العلماء بزرع أقطاب كهربائية في الفص الرأسي لدماغ الأخطبوط ومنطقة تسمى الفص الجبهي العلوي المتوسط ​​، وهي المنطقة التي يسهل الوصول إليها. يُعتقد أن منطقة الدماغ هذه مهمة للتعلم البصري والذاكرة ، وعمليات الدماغ د. يهتم جوتنيك بشكل خاص بالفهم.

بعد الجراحة ، أعيد الأخطبوط إلى خزان منزلهم ومراقبته بالفيديو. بعد خمس دقائق ، تعافت الأخطبوطات وقضت الـ 12 ساعة التالية في النوم والأكل والتحرك حول حوضها حيث تم تسجيل نشاط الدماغ. ثم أزيل المسجل والأقطاب الكهربائية من الأخطبوط ، وتمت مزامنة البيانات مع الفيديو.

حدد الباحثون العديد من الأنماط المتميزة لنشاط الدماغ ، كان بعضها مشابهًا في الحجم والشكل لتلك التي شوهدت في الثدييات ، بينما كان البعض الآخر أكثر استدامة ، وتذبذبات أبطأ لم يتم وصفها من قبل.

لم يتمكن الباحثون بعد من ربط أنماط نشاط الدماغ هذه بسلوكيات معينة من مقاطع الفيديو. ومع ذلك ، فإن هذا ليس مفاجئًا تمامًا ، كما أوضح الدكتور جوتنيك ، حيث لا يُطلب من الحيوانات أداء مهام تعليمية محددة.

“هذا مجال متعلق بالتعلم والذاكرة ، لذلك لاستكشاف هذه الدوائر نحتاج إلى القيام بمهام ذاكرة متكررة باستخدام الأخطبوطات. ونأمل أن نفعل ذلك قريبًا!”

يعتقد الباحثون أن طريقة تسجيل نشاط الدماغ من أخطبوط يتحرك بحرية يمكن تطبيقها على أنواع أخرى من الأخطبوط وتساعد في معالجة الأسئلة في العديد من مجالات إدراك الأخطبوط. .

قال البروفيسور مايكل جوبا ، الذي قاد المشروع في قسم الفيزياء والبيولوجيا OIST ويستمر الآن في جامعة نابولي فيديريكو الثاني ، “هذه دراسة مهمة للغاية.

“الأخطبوطات ذكية للغاية ، لكن في الوقت الحالي ، لا نعرف سوى القليل جدًا عن كيفية عمل أدمغتها. تمنحنا هذه التقنية القدرة على النظر في أدمغتها أثناء قيامهم بمهام محددة. إنه أمر مثير وقوي للغاية.

تضمنت الدراسة تعاونًا دوليًا بين باحثين في اليابان وإيطاليا وألمانيا وأوكرانيا وسويسرا.

شاهد المزيد

حول هذا أخبار أبحاث علم الأعصاب

مؤلف: تومومي أوكوبو
مصدر: OIST
اتصال: تومومي أوكوبو – OIST
صورة: يُنسب الفيلم إلى Keishu Asada

البحث الأصلي: وصول مغلق.
“تسجيل النشاط الكهربائي من دماغ أخطبوط يتصرفتمار كوتنيك وآخرون. علم الأحياء الحالي

ملخص

تسجيل النشاط الكهربائي من دماغ أخطبوط يتصرف

تعتبر الأخطبوطات واحدة من أكثر اللافقاريات ذكاءً ، حيث تفتقر إلى هيكل عظمي وثمانية أذرع عالية المرونة ، ووظائفها الحسية والحركية مستقلة في نفس الوقت ومنسقة بواسطة نظام عصبي مركزي معقد.

يحتوي دماغ الأخطبوط على عدد كبير جدًا من الخلايا العصبية ، منظمة في عدة فصوص مميزة ، غالبًا ما تم اقتراح وظائفها بناءً على نتائج التجارب المؤلمة. في الأنواع الأخرى ، يتم ربط نشاط الدماغ بالسلوك عن طريق زرع أقطاب كهربائية وربط النشاط الكهربائي مباشرة بسلوك الحيوانات المرصودة.

ومع ذلك ، نظرًا لأن الأخطبوط ليس له بنية صلبة يمكنه تثبيت معدات التسجيل عليه ، ويستخدم أذرعه الثمانية المرنة لإزالة أي جسم غريب متصل بالجزء الخارجي من جسمه ، فقد سجل النشاط الكهربائي داخل الجسم الحي من الأخطبوطات العاملة. ليس ممكنا بعد.

نحن هنا نصف تقنية جديدة لإدخال مسجل بيانات محمول في الأخطبوط وتركيب الأقطاب الكهربائية في نظام رفرف رأسي ، بحيث يمكن تسجيل نشاط الدماغ لمدة تصل إلى 12 ساعة من الأخطبوطات غير المخدرة وغير المقيدة ومزامنتها مع تسجيلات الفيديو المتزامنة للسلوك . . حددنا العديد من الأنماط الفريدة في نشاط الدماغ التي ظهرت باستمرار عبر جميع الحيوانات. على الرغم من تشابه أنماط النشاط في بعض الأنسجة العصبية في الثدييات ، إلا أنه لم يتم الإبلاغ عن أنواع أخرى ، مثل 2 هرتز ، والسعة الكبيرة ، والتذبذبات.

تقدم الدراسة أول نظرة ثاقبة لوظيفة الدماغ للأخطبوطات ، وتمثل خطوة مهمة نحو فهم كيف يتحكم الدماغ في سلوك هذه الحيوانات الرائعة.