تفکر بدون مغز

بازدیدها: 5

: Physarum polycephalum ، یک  موجود فاقد مغز ، از بدن خود برای درک نشانه های شیمیایی در محیط خود استفاده می کند و محاسبات پیچیده ای شبیه آنچه انسان فکر می کند ، برای تعیین جهت رشد براساس اطلاعات ارائه شده را انجام می دهد.

اگر مغز نداشتید ، هنوز می توانستید بفهمید که کجا هستید و به محیط اطراف خود بروید؟

پاسخ ممکن است “بله” باشد. دانشمندان از انستیتوی ویس در دانشگاه هاروارد و مرکز کشف آلن در دانشگاه تافتس کشف کرده اند که یک موجود بدون مغز به نام Physarum polycephalum از بدن خود برای درک نشانه های مکانیکی در محیط اطراف خود استفاده می کند و محاسباتی مشابه آنچه ما “فکر” می نامیم انجام می دهد بر اساس آن اطلاعات تصمیم بگیرید که در کدام جهت رشد کند.

برخلاف مطالعات قبلی با Physarum ، این نتایج بدون دادن سیگنال های غذایی یا شیمیایی به ارگانیسم برای تأثیر بر رفتار آن بدست آمده است.

“مردم بیشتر به فیساروم علاقه مند می شوند زیرا مغز ندارد اما با این وجود می تواند بسیاری از رفتارهایی را که ما با تفکر مرتبط داریم مانند حل پیچ و خم ها ، یادگیری چیزهای جدید و پیش بینی وقایع” انجام دهد.

“کشف اینکه چگونه زندگی باهوش قادر به انجام این نوع محاسبات است ، به ما درک بیشتری از زمینه های شناخت و رفتار حیوانات ، از جمله رفتار خودمان می دهد.”

کپک های لجن ارگانیسم هایی شبیه آمیب هستند که می توانند تا چند فوت رشد کنند و به تجزیه مواد تجزیه شده در محیط مانند کنده های پوسیده و برگ های مرده کمک می کنند. یک موجود فیزاروم متشکل از غشایی است که حاوی بسیاری از هسته های سلولی شناور در یک سیتوپلاسم مشترک است و ساختاری به نام سنسیسیوم ایجاد می کند. Physarum با شات کردن سیتوپلاسم آبکی خود به عقب و جلو در تمام طول بدن خود در امواج منظم حرکت می کند ، این یک روند منحصر به فرد است که به جریان شاتل معروف است.

“در اکثر حیوانات ، هنگام تصمیم گیری حیوان ، نمی توانیم ببینیم چه چیزی در مغز تغییر می کند. Physarum یک فرصت علمی واقعاً هیجان انگیز ارائه می دهد ، زیرا ما می توانیم تصمیمات آن را در مورد مکان حرکت در زمان واقعی مشاهده کنیم و مشاهده کنیم که چگونه رفتار جابجایی شاتل تغییر می کند. “

در حالی که مطالعات قبلی نشان داده است که فیزاروم در پاسخ به مواد شیمیایی و نور حرکت می کند ، موروگان و تیم او می خواستند بدانند که آیا می تواند فقط بر اساس نشانه های فیزیکی در محیط خود در مورد محل تصمیم گیری تصمیم گیری کند یا خیر.

محققان نمونه های Physarum را در وسط ظروف پتری که با ژل آگار نیمه انعطاف پذیر پوشانده شده اند قرار داده و یک یا سه دیسک شیشه ای کوچک را کنار یکدیگر در بالای ژل در طرفین هر ظرف قرار دادند. آنها سپس به ارگانیسم ها اجازه دادند در طی 24 ساعت در تاریکی آزادانه رشد کنند و الگوهای رشد آنها را ردیابی کردند.

در 12 تا 14 ساعت اول ، Physarum به طور مساوی در همه جهات رشد کرد. پس از آن ، با این حال ، نمونه ها یک شاخه طولانی را گسترش دادند که مستقیماً از سطح ژل به سمت منطقه سه دیسک 70 درصد از زمان رشد می کرد.

نکته قابل توجه این است که Physarum ترجیح داد تا به سمت جرم بزرگتر رشد کند بدون اینکه ابتدا در منطقه مورد بررسی قرار گیرد تا تأیید کند که واقعاً جسم بزرگتری دارد.

چگونه این اکتشاف در محیط اطراف خود را قبل از رفتن فیزیکی به آنجا انجام داد؟ دانشمندان مصمم بودند که این موضوع را کشف کنند.

محققان چندین متغیر را آزمایش کردند تا ببینند چگونه آنها بر تصمیمات رشد Physarum تأثیر می گذارند و متوجه موارد غیرمعمولی شدند: وقتی آنها سه دیسک را روی هم قرار دادند ، به نظر می رسید که ارگانیسم توانایی تمایز بین سه دیسک و دیسک تک را از دست می دهد . علیرغم این واقعیت که سه دیسک انباشته هنوز هم جرم بیشتری دارند ، با سرعت تقریبی برابر به سمت دو طرف ظرف رشد می کند. واضح است که Physarum از عامل دیگری فراتر از جرم برای تصمیم گیری در مورد محل رشد استفاده می کرد.

دانشمندان برای کشف قطعه گمشده پازل ، از مدل سازی رایانه ای برای ایجاد شبیه سازی آزمایش خود برای کشف چگونگی تغییر جرم دیسک ها بر میزان تنش (نیرو) و تغییر شکل (کرنش)وارد شده بر نیمه استفاده کردند. ژل انعطاف پذیر و فیزاروم متصل شده در حال رشد.

همانطور که انتظار داشتند ، توده های بزرگتر میزان  تغییر شکل را افزایش می دهند ، اما شبیه سازی نشان داد که الگوی تغییر شکل جرم های تولید شده ، بسته به نوع آرایش دیسک ها تغییر می کند.

“تصور کنید که شب هنگام در بزرگراه رانندگی می کنید و به دنبال شهری برای توقف در آن هستید. شما دو آرایش مختلف نور را در افق مشاهده می کنید: یک نقطه واحد منفرد ، و یک گروه از نقاط کم نور. گرچه نقطه واحد روشن تر است ، خوشه نقاط منطقه وسیع تری را روشن می کند که به احتمال زیاد نشان دهنده یک شهر است ، بنابراین شما به آنجا می روید.

الگوهای نور در این مثال با الگوهای کرنش مکانیکی تولید شده توسط آرایش های مختلف جرم در مدل ما مشابه است. آزمایش ها تأیید کرد که Physarum می تواند آنها را از نظر جسمی حس کرده و بر اساس الگوها تصمیم بگیرد نه اینکه صرفاً بر اساس شدت سیگنال باشد.

تحقیقات این تیم نشان داد که این موجود بی مغز به سادگی به سمت سنگین ترین چیزی که می تواند احساس کند رشد نمی کند – بلکه در حال تصمیم گیری محاسبه شده در مورد محل رشد براساس الگوهای نسبی سویه ای است که در محیط خود تشخیص داده است.

اما چگونه این الگوهای فشار شناسایی شده است؟ دانشمندان گمان کردند که این مسئله با توانایی فیزاروم در انقباض ریتمیک و کشیدن بستر آن ارتباط دارد ، زیرا پالس زدن و احساس تغییرات ناشی از تغییر شکل بستر به ارگانیسم امکان می دهد تا اطلاعات مربوط به محیط اطراف خود را بدست آورد.

حیوانات دیگر دارای پروتئین های کانال ویژه در غشای سلول خود به نام پروتئین های TRP مانند هستند که کشش را تشخیص می دهند و یکی از این پروتئین های TRP واسطه حس مکانیکی در سلولهای انسانی است .

وقتی تیم تحقیقاتی داروی مسدود کننده کانال TRP قوی ایجاد کرد و آن را روی Physarum استفاده کرد ، ارگانیسم توانایی تمایز بین توده های بالا و پایین را از دست داد ، فقط در 11٪ آزمایشات منطقه با توده بالا را انتخاب کرد و هم بالا و هم پایین را انتخاب کرد(مناطق 71-٪ از آزمایشات).

“کشف ما از استفاده از بیومکانیک در این موجود برای کاوش و واکنش به محیط اطراف آن ، تأکید می کند که این توانایی در ارگانیسم های زنده چگونه زودرس است و هوش ، رفتار و مورفوژنز چه ارتباط نزدیکی دارند. در این ارگانیسم ، که رشد می کند تا با جهان تعامل کند ، تغییر شکل آن رفتار آن است.

“تحقیقات دیگر نشان داده است که استراتژیهای مشابهی توسط سلولها در حیوانات پیچیده تر ، از جمله سلولهای عصبی ، سلولهای بنیادی و سلولهای سرطانی استفاده می شود. این کار در Physarum مدل جدیدی را ارائه می دهد که در آن می توان روش هایی را که تکامل از فیزیک برای پیاده سازی شناخت ابتدایی استفاده می کند ، شکل و عملکرد هدایت می کند ، کشف کرد. “

تیم تحقیقاتی کار خود را در مورد Physarum ادامه می دهد ، از جمله بررسی اینکه در چه زمانی تصمیم می گیرد الگوی رشد خود را از نمونه برداری عمومی از محیط خود به رشد مستقیم به سمت هدف تغییر دهد. آنها همچنین در حال بررسی چگونگی تأثیر سایر عوامل فیزیکی مانند شتاب و انتقال مواد مغذی بر رشد و رفتار Physarum هستند.

“این مطالعه یک بار دیگر تأیید می کند که نیروهای مکانیکی به اندازه مواد شیمیایی و ژنها در کنترل رفتار سلول و رشد آنها نقش مهمی دارند و روند مکانیزاسیون حسی کشف شده در این ارگانیسم ساده مغز به طرز حیرت انگیزی شبیه آنچه در همه گونه ها دیده می شود، است.

“بنابراین ، درک عمیق تری از نحوه استفاده ارگانیسم ها از اطلاعات بیومکانیکی برای تصمیم گیری به ما کمک می کند تا بدن و مغز خود را بهتر درک کنیم و حتی شاید بینشی در مورد اشکال جدید الهام گرفته از زیست محاسباتی ارائه دهیم.”

Mechanosensation Mediates Long-Range Spatial Decision-Making in an Aneural Organism” by Nirosha Murugan et al. Advanced Materials

مطالب مرتبط

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *