带有人工智能的高分辨率相机显示墨鱼的伪装比之前想象的更复杂

墨鱼以及章鱼和鱿鱼等其他头足类动物都是伪装大师，它们会改变皮肤的颜色和纹理以融入水下环境。

现在，在6月28日发表在《自然》杂志上的一项研究中，冲绳科学技术研究所(OIST)和马克斯·普朗克脑研究所的研究人员表明，乌贼产生伪装图案的方式比之前想象的要复杂得多。

墨鱼通过精确控制数百万个微小的皮肤色素细胞(称为色素细胞)来创造令人眼花缭乱的皮肤图案。每个色素细胞都被一组肌肉包围，这些肌肉在大脑神经元的直接控制下收缩和放松。当肌肉收缩时，色素细胞扩张，当肌肉放松时，色素细胞隐藏。色素细胞共同发挥作用，就像细胞像素一样，生成整体皮肤图案。

OIST计算神经行为学部门负责人SamReiter教授表示：“之前的研究表明，乌贼只有有限的模式成分选择，它们可以用来实现与环境的最佳匹配。但我们最新的研究表明，它们的伪装能力响应要复杂和灵活得多——我们只是无法检测到它，因为以前的方法没有那么详细或定量。”

为了实现这一发现，研究小组使用一系列超高分辨率相机放大了常见的欧洲乌贼(乌贼)的皮肤。科学家们向墨鱼展示了一系列不同的背景。当乌贼在伪装图案之间转换时，摄像机捕捉到了数万到数十万个色素细胞的实时扩张和收缩。

来自大约200,000个皮肤图案图像的数据随后由OIST的超级计算机进行处理，并通过一种称为神经网络的人工智能进行分析。神经网络全面审视皮肤图案图像的不同元素，包括粗糙度、亮度、结构、形状、对比度和更复杂的图像特征。然后，每个图案都被放置在“皮肤图案空间”中的特定位置，这是科学家创造的一个术语，用于描述乌贼产生的全谱皮肤图案。

总体而言，研究人员发现乌贼能够表现出丰富多样的皮肤图案，并且能够敏感而灵活地改变其皮肤图案以匹配自然和人工背景。当同一只动物多次出现在相同的背景下时，所产生的皮肤图案会出现细微的差异，而人眼无法区分。

墨鱼到达每个皮肤图案的路径是间接的。乌贼会变换一系列不同的皮肤图案，并在其间暂停，每次图案变化都会改善伪装能力，直到乌贼稳定在它们似乎满意的图案上。即使在相同的两个背景之间，这些路径也永远不会相同，这强调了墨鱼行为的复杂性。

该研究的联合第一作者、马克斯·普朗克脑研究所的研究生TheodosiaWoo表示：“乌贼经常会超出其目标皮肤模式，暂停，然后回来。”“换句话说，墨鱼不会简单地检测背景并直接进入设定的模式，相反，它们很可能不断接收有关其皮肤模式的反馈，并用它来调整它们的伪装。它们到底是如何接收反馈的——他们是否使用眼睛，或者是否能感觉到每个色素细胞周围肌肉的收缩程度——我们还不知道。”

研究人员还检查了另一种皮肤模式显示，称为变白，当墨鱼因受到威胁而变得苍白时就会发生这种情况。“与伪装不同，漂白是快速而直接的，这表明它使用了不同的、可重复的控制系统，”马克斯·普朗克脑研究所团队的博士后研究员多米尼克·埃文斯博士说。

当研究人员拍摄变白显示的高分辨率图像时，他们意识到之前的迷彩图案的一些元素仍然存在，而变白图案叠加在顶部。之后，乌贼会缓慢但可靠地恢复显示其漂白前的皮肤图案。

“这表明有关最初伪装的信息以某种方式保留了下来。变白更像是一种暂时覆盖大脑伪装信号的反应，并且可能是由大脑中完全不同的神经回路控制的，”联合研究组的梁希同博士解释道。该研究的第一作者、马克斯·普朗克脑研究所团队的前博士后研究员。“下一步是捕获乌贼大脑的神经记录，这样我们就可以进一步准确地了解它们如何控制其独特而迷人的皮肤图案能力。”