[논문] AI 쇼 오징어 위장이 이전에 생각했던 것보다 더 복잡한 고해상도 카메라

갑오징어는 문어나 오징어와 같은 다른 두족류와 함께 피부색과 질감을 변경하여 수중 환경과 조화를 이루는 위장의 달인입니다.

이제 6월 28일에 발표된 연구에서 자연오키나와 과학 기술 연구소(OIST)와 막스 플랑크 뇌 연구 연구소의 연구원들은 오징어가 위장 패턴을 생성하는 방식이 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 복잡하다는 것을 보여주었습니다.

갑오징어는 색소포라고 불리는 수백만 개의 작은 피부 색소 세포를 정밀하게 제어하여 눈부신 피부 패턴을 만듭니다. 각 색소포는 일련의 근육으로 둘러싸여 있으며, 이 근육은 신경 세포의 직접적인 통제 하에 수축 및 이완됩니다. 뇌. 근육이 수축하면 색소 세포가 확장되고 근육이 이완되면 색소 세포가 숨겨집니다. 함께, 색소포는 전체 피부 패턴을 생성하기 위해 세포 픽셀처럼 작동합니다.

OIST의 전산 신경행동학 유닛을 이끌고 있는 Sam Reiter 교수는 “이전 연구에서는 갑오징어가 환경에 가장 잘 어울리는 패턴 구성 요소를 제한적으로 선택했을 뿐이라고 제안했습니다. 그러나 우리의 최근 연구는 그들의 위장 기능이 응답은 훨씬 더 복잡하고 유연합니다. 이전 접근 방식이 상세하거나 정량적이지 않았기 때문에 감지할 수 없었을 뿐입니다.”

발견을 위해 연구팀은 초고해상도 카메라 어레이를 사용하여 일반적인 유럽 갑오징어인 Sepia officinalis의 피부를 확대했습니다. 과학자들은 오징어에게 다양한 배경을 제시했습니다. 갑오징어가 위장 패턴 사이를 전환할 때 카메라는 수만에서 수십만 개의 색소포의 실시간 팽창과 수축을 포착했습니다.

약 200,000개의 피부 패턴 이미지 데이터는 OIST의 슈퍼컴퓨터에 의해 크런치되고 일종의 인공 지능으로 분석되었습니다. 신경망. 신경망은 거칠기, 밝기, 구조, 모양, 대비 및 더 복잡한 이미지 특징을 포함하여 피부 패턴 이미지의 다양한 요소를 전체적으로 살펴보았습니다. 그런 다음 각 패턴은 오징어에 의해 생성된 피부 패턴의 전체 스펙트럼을 설명하기 위해 과학자들이 만든 용어인 “피부 패턴 공간”의 특정 위치에 배치되었습니다.

연구원들은 배경 환경의 이미지를 분석하기 위해 동일한 프로세스를 사용했으며 피부 패턴이 환경과 얼마나 잘 일치하는지 살펴보았습니다.

전반적으로 연구원들은 오징어가 다양한 피부 패턴을 표시할 수 있고 자연 배경과 인공 배경 모두에 맞게 피부 패턴을 민감하고 유연하게 변경할 수 있음을 발견했습니다. 같은 동물에게 같은 배경을 여러 번 제시했을 때, 결과 피부 패턴은 인간의 눈으로 구별할 수 없는 방식으로 미묘하게 달랐습니다.

갑오징어가 각각의 피부 패턴에 도달하는 경로는 간접적이었습니다. 갑오징어는 다양한 피부 패턴을 거치며 그 사이에 일시 중지하고 패턴이 바뀔 때마다 위장이 개선되어 만족스러운 패턴으로 안정될 때까지 이어졌습니다. 같은 두 배경 사이에서도 그러한 경로는 결코 같지 않았으며 오징어 행동의 복잡성을 강조했습니다.

“갑오징어는 종종 목표 피부 패턴을 지나치고 잠시 멈췄다가 다시 돌아옵니다. “즉, 갑오징어는 단순히 배경을 감지하고 설정된 패턴으로 바로 이동하는 것이 아니라, 지속적으로 피부 패턴에 대한 피드백을 받고 위장을 ​​조정하는 데 사용할 가능성이 있습니다. 정확히 그 피드백을 받는 방법은— 그들이 눈을 사용하는지 또는 각 색소포 주변의 근육이 얼마나 수축되어 있는지에 대한 감각을 가지고 있는지 여부는 아직 알 수 없습니다.”

연구원들은 또한 갑오징어가 위협에 반응하여 창백해질 때 발생하는 블랜칭(blanching)이라고 하는 또 다른 피부 패턴 표시를 조사했습니다. 막스 플랑크 연구소 뇌 연구 팀의 박사후 연구원인 도미닉 에반스 박사는 “위장과 달리 블랜칭은 빠르고 직접적이어서 다른 반복 제어 시스템을 사용한다는 것을 시사한다”고 말했다.

연구원들이 희미한 디스플레이의 고해상도 이미지를 촬영했을 때, 그들은 희미한 패턴이 위에 겹쳐진 상태에서 이전 위장 패턴의 일부 요소가 남아 있음을 깨달았습니다. 그 후 갑오징어는 느리지만 안정적으로 미리 데친 피부 패턴을 표시하는 것으로 돌아갑니다.

“이것은 초기 위장에 대한 정보가 어떻게든 남아 있음을 시사합니다. 창백함은 뇌의 위장 신호를 일시적으로 무시하는 반응과 비슷하며 뇌의 완전히 다른 신경 회로에 의해 제어될 수 있습니다.”라고 관절의 Xitong Liang 박사는 설명했습니다. Max Planck Institute for Brain Research 팀의 연구 제1저자이자 전 박사후 연구원입니다. “다음 단계는 신경 기록을 캡처하는 것입니다. 오징어 그래서 우리는 그들이 독특하고 매혹적인 피부 패터닝 능력을 어떻게 제어하는지 정확히 더 이해할 수 있습니다.”