Мышление без мозга: исследования слизевиков показывают, что они используют физические сигналы для принятия решений о росте

Ученые из Висс-института Гарвардского университета и Алленовского центра открытий Университета Тафтса обнаружили, что лишенный мозга слизевик Physarum polycephalum использует свое тело для восприятия механических сигналов окружающей среды и выполняет вычисления, аналогичные «мышлению», чтобы решить, в каком направлении расти. Исследование опубликовано в Advanced Materials.

Как слизевик исследует среду

Physarum polycephalum — синцитий, организм без разделения на отдельные клетки, перемещающийся за счет ритмичного перетекания цитоплазмы (shuttle streaming). Ученые помещали образцы в центр чашек Петри с полугибким агаровым гелем и клали на гель с противоположных сторон либо одно, либо три стеклянных диска.

В течение 12–14 часов слизевик рос равномерно во все стороны, но затем в 70% случаев направлял длинный отросток именно в сторону трех дисков, хотя не исследовал эту область физически заранее.

Относительные паттерны, а не просто масса

Когда три диска складывали в стопку, организм терял способность отличать эту область от области с одним диском, хотя общая масса оставалась больше. Это указывало, что решение принимается не просто по массе.

Компьютерное моделирование показало, что разное расположение масс создает различные паттерны механической деформации (strain) в геле. Physarum способен их ощущать и принимать решение на основе паттерна, а не просто интенсивности сигнала.

Механизм механочувствительности

Ученые предположили, что слизевик ритмично сокращается и «ощупывает» субстрат, определяя его деформацию. Ключевую роль играют канальные белки TRP, отвечающие за механочувствительность (аналогичные есть у человека). Когда действие TRP-каналов блокировали препаратом, слизевик терял способность различать области с разной массой: в 71% испытаний он рос в обе стороны, и только в 11% — в сторону большей массы.

Значение открытия

Исследование показывает, что способность использовать биомеханику для исследования среды и принятия решений возникла очень рано в эволюции. Изменение формы у этого организма и есть его поведение. Аналогичные стратегии используют клетки более сложных животных, включая нейроны, стволовые и раковые клетки.

Работа предлагает новую модель для изучения того, как эволюция использует физику для реализации примитивного познания, определяющего форму и функцию. Понимание этого поможет лучше понять наши собственные тела и мозг, а также может вдохновить новые биоинспирированные формы вычислений.