Les chercheurs qui étudient le comportement et les neurosciences des poulpes soupçonnent depuis longtemps que les bras des animaux peuvent avoir leur propre esprit.

Un nouveau modèle présenté ici est la première tentative de représentation complète du flux d'informations entre les drageons de la pieuvre, bras et cerveau, basé sur des recherches antérieures en neurosciences et comportement du poulpe, et de nouvelles observations vidéo réalisées en laboratoire.

La nouvelle recherche soutient les découvertes précédentes selon lesquelles les drageons de poulpe peuvent initier une action en réponse aux informations qu'ils acquièrent de leur environnement, coordination avec les ventouses voisines le long du bras. Les bras traitent alors les informations sensorielles et motrices, et mobiliser l'action collective dans le système nerveux périphérique, sans attendre les commandes du cerveau.

"Les bras de la pieuvre ont un anneau neural qui contourne le cerveau, et ainsi les bras peuvent s'envoyer des informations sans que le cerveau s'en aperçoive, " dit Sivitilli. " Ainsi, même si le cerveau ne sait pas exactement où se trouvent les bras dans l'espace, les bras savent où se trouvent les uns les autres et cela permet aux bras de se coordonner lors d'actions comme la locomotion rampante."

Le résultat est une approche ascendante, ou bras levé, mécanisme de décision plutôt que le mécanisme cérébral typique des vertébrés, comme les humains, selon Dominique Sivitilli, un étudiant diplômé en neurosciences comportementales et astrobiologie à l'Université de Washington à Seattle qui présentera la nouvelle recherche le 26 juin à la Conférence scientifique sur l'astrobiologie 2019 (AbSciCon 2019).

Les chercheurs veulent finalement utiliser leur modèle pour comprendre comment les décisions prises localement dans les bras s'inscrivent dans le contexte de comportements complexes comme la chasse, qui nécessitent également la direction du cerveau.

"L'une des grandes questions que nous nous posons est de savoir comment un système nerveux distribué fonctionnerait, surtout quand il essaie de faire quelque chose de compliqué, comme se déplacer dans un fluide et trouver de la nourriture sur un fond océanique complexe. Il y a beaucoup de questions ouvertes sur la façon dont ces nœuds du système nerveux sont connectés les uns aux autres, " a déclaré David Gire, neuroscientifique à l'Université de Washington et conseiller de Sivitilli pour le projet.

Longtemps une inspiration pour la science-fiction, des extraterrestres tentaculaires venus de l'espace, la pieuvre est peut-être une intelligence aussi extraterrestre que nous pouvons rencontrer sur Terre, dit Sivitilli. Il pense que comprendre comment la pieuvre perçoit son monde est aussi proche que possible de se préparer à rencontrer une vie intelligente au-delà de notre planète.

"C'est un modèle alternatif pour l'intelligence, " a déclaré Sivitilli. " Cela nous donne une compréhension de la diversité de la cognition dans le monde, et peut-être l'univers."

La pieuvre présente de nombreux comportements similaires aux vertébrés, comme les humains, mais son architecture du système nerveux est fondamentalement différente, parce qu'il a évolué après que les vertébrés et les invertébrés se soient séparés des voies évolutives, il y a plus de 500 millions d'années.

Les vertébrés ont organisé leur système nerveux central en une corde le long de la colonne vertébrale, conduisant à un traitement hautement centralisé dans le cerveau. Céphalopodes, comme la pieuvre, évolué de multiples concentrations de neurones appelés ganglions, disposés en un réseau réparti dans tout le corps. Certains de ces ganglions sont devenus plus dominants, devenir un cerveau, mais l'architecture distribuée sous-jacente persiste dans les bras de la pieuvre, et dans tout son corps.

Sur les 500 millions de neurones de la pieuvre, plus de 350 millions sont dans ses huit bras. Les bras ont besoin de toute cette puissance de traitement pour gérer les informations sensorielles entrantes, de se déplacer et de garder une trace de leur position dans l'espace. Le traitement des informations dans les bras permet au poulpe de réfléchir et de réagir plus rapidement, comme les processeurs parallèles dans les ordinateurs.

Sivitilli travaille avec la plus grosse pieuvre du monde, la pieuvre géante du Pacifique, ainsi que le plus petit rouge du Pacifique Est, ou rubis, poulpe. Les deux espèces sont originaires de Puget Sound au large de la côte de Seattle et de la mer des Salish, et avoir des capacités d'apprentissage et de résolution de problèmes analogues à celles étudiées chez les corbeaux, perroquets et primates.

Pour divertir les poulpes et étudier leurs mouvements, Sivitilli et ses collègues ont donné des poulpes intéressants, de nouveaux objets à explorer, comme des parpaings, roches texturées, Legos et labyrinthes élaborés avec de la nourriture à l'intérieur. Son groupe de recherche recherche des modèles qui révèlent comment le système nerveux de la pieuvre se délègue entre les bras lorsque l'animal s'approche d'une tâche ou réagit à de nouveaux stimuli, rechercher des indices sur lesquels les mouvements sont dirigés par le cerveau et qui sont gérés à partir des bras.

Sivitilli a utilisé une caméra et un programme informatique pour observer la pieuvre alors qu'elle explorait des objets dans son réservoir et cherchait de la nourriture. Le programme quantifie les mouvements des bras, suivre comment les bras travaillent ensemble en synchronie, suggérant la direction du cerveau, ou de manière asynchrone, suggérant une prise de décision indépendante dans chaque appendice.

"Vous voyez beaucoup de petites décisions prises par ces ganglions distribués, juste en regardant le bras bouger, donc l'une des premières choses que nous faisons est d'essayer de décomposer à quoi ressemble ce mouvement, d'un point de vue informatique, " Gire a dit. " Ce que nous regardons, plus que ce qui a été regardé dans le passé, est la façon dont les informations sensorielles sont intégrées dans ce réseau pendant que l'animal prend des décisions compliquées."