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標題: 為什麼章魚的每隻手臂都有自己的想法﹖ [打印本頁]

作者: jiunn36 時間: 2025-1-20 11:16 AM 標題: 為什麼章魚的每隻手臂都有自己的想法﹖

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　　章魚有很多非凡之處。它們以聰明著稱﹐有三顆心﹐眼球像稜柱一樣工作﹐可以隨意改變顏色﹐可以用皮膚「看到」光。然而﹐這些生物最引人注目的一點是﹐它們的八隻手臂中的每一隻似乎都有自己的想法﹐這使得章魚能夠以人類只能夢想的方式進行多任務處理。
　　每條手臂的中心都有一個稱為軸向神經脊髓(ANC)的結構﹐1月15日發表在《自然通訊》上的一項新研究探討了這條脊髓的結構是如何讓手臂發揮作用的。研究人員解釋說﹐理解ANC對於理解章魚手臂的工作原理至關重要﹔「你可以把ANC看作是沿著每條手臂中心延伸的脊髓。」。
　　研究人員解釋說﹐「(ANC和脊椎動物的脊髓之間)有許多明顯的相似之處﹐有一個細胞體區域﹑一個神經丘區域和連接手臂和大腦的長管道。」這意味著章魚的手臂與人類四肢或其他脊椎動物的四肢非常不同﹔研究人員說﹐如果說有什麼不同的話﹐那就是它們最類似於一些脊椎動物中發現的可抓握尾巴﹔「從運動的角度來看﹐我(經常)想到脊椎動物尾巴和章魚手臂之間的相似之處。」。
　　然而﹐與尾巴不同﹐章魚的手臂是無骨的。從技術上講﹐它們是一種稱為「肌肉靜液壓器」的結構﹐僅由肌肉﹑結締組織和神經組織組成。(這種結構的另一個例子是人類的舌頭。)這為它們提供了比尾巴更大的運動自由﹐並使章魚表現出非凡的靈巧性。當然﹐每隻手臂上都鑲嵌著吸盤﹐章魚可以獨立控制所有吸盤﹐根據需要改變單個吸盤的形狀﹐所有吸盤都可以嗅覺﹑味覺和觸覺。
　　因此﹐章魚的手臂上充滿了神經元也就不足為奇了。事實上﹐分佈在章魚八隻手臂上的神經元比大腦中的神經元多。這為每隻手臂提供了一定程度的自主權﹐使章魚可以使用一些手臂執行一項任務﹐同時也可以用其他手臂執行另一項完全不同的活動。例如﹐看到一隻章魚用幾隻手臂在海底移動﹐同時與另外兩隻章魚一起打開一個外殼﹐這種情況並不罕見。每隻手臂也可以獨立地對刺激做出反應﹐而不涉及中樞大腦。
　　研究人員說﹐每隻手臂顯示的自主程度「表明… …基本運動的大部分電路都包含在ANC本身中。」然而﹐這種電路的確切分佈方式尚不清楚﹐這項新研究的關鍵發現是ANC被分成沿手臂縱向延伸的段。研究人員說﹐正是這種模塊化結構﹐允許將控制手臂運動的一些工作委託給這些部分的神經元﹐而不是由章魚的大腦控制一切。研究人員說﹔「我們在ANC的細胞體層看到的分割可以被認為是沿著ANC的重複處理單元。」。「這為手臂運動控制提供了局部處理的好處﹐細分為更小的單元﹐而不是通過一束神經纖維從大腦發送的中央命令。」。
　　雖然這種分段結構並非章魚所獨有﹐研究人員說﹐章魚臂和蠕蟲等生物之間的一個關鍵區別是「我們在頭足類動物臂中描述的分段主要與神經系統有關。」章魚手臂的內部運作似乎與日常人類生活相去甚遠﹐但這項研究在現實世界中有著驚人的實用性。「軟機器人」領域從章魚身上汲取了很多靈感﹐該領域涉及用柔軟﹑柔韌的物質而不是大眾想像中的鉻拋光鋼建造機器人。該領域的設計師經常對類似章魚手臂的結構使用分段設計﹐研究人員說﹐在自然界中找到這樣一個計劃的例子有可能改進和改進這樣的機器人﹔「我們的研究為章魚ANC如何控制手臂和吸盤提供了一個電路框架﹐可用於試圖模仿章魚手臂的軟機器人設計。」。
　　特別是研究小組發現的所謂「吸吮性」的證據﹐這是一種通過參考單個吸吮器上的神經位置在ANC中創建的吸吮器位置的空間圖。這種神經連接「讓人聯想到環形吸引子結構」﹐這是一種充當陀螺儀的神經結構﹐允許動物(或機器人)在空間中定位自己。這些已被用於創建手臂和吸盤的生物物理模型﹐一個現實生活中的例子可以提供改進這些設計的新方法。
　　研究人員說﹐還有更多這樣的見解等待著我們去發現﹐因為我們對章魚生物學還有很多不瞭解的地方。正是因為頭足類動物的身體和神經系統與我們自己的非常不同﹐它們有可能提供意想不到的見解。研究人員說﹐這就是為什麼這些動物既具有挑戰性又令人著迷。「研究頭足類動物的神經系統是令人興奮的。章魚在數百萬年前從脊椎動物中分化出來﹐有著非常不同的身體結構﹐所以對於神經系統的結構和功能﹐問什麼仍然相似﹐什麼不同是很有趣的。」。

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