The Octopus: An Alien Among Us

Zelfreplicerend, bacterieel leven verscheen ongeveer 4 miljard jaar geleden voor het eerst op Aarde. Gedurende het grootste deel van de geschiedenis van de Aarde bleef het leven op het niveau van de eencelligen, en er bestond geen zenuwstelsel tot ongeveer 600 of 700 miljoen jaar geleden (MYA). In de aandachtschema-theorie is het bewustzijn afhankelijk van het zenuwstelsel dat informatie op een specifieke manier verwerkt. De sleutel tot de theorie, en ik vermoed de sleutel tot elke geavanceerde intelligentie, is aandacht – het vermogen van de hersenen om hun beperkte middelen te richten op een beperkt deel van de wereld op een bepaald moment om het in grotere diepte te verwerken.

Ik zal het verhaal beginnen met zeesponzen, omdat zij helpen om de evolutie van het zenuwstelsel te ondersteunen. Zij zijn de meest primitieve van alle meercellige dieren, zonder een algemeen lichaamsplan, zonder ledematen, zonder spieren en zonder behoefte aan zenuwen. Ze zitten op de bodem van de oceaan en filteren voedingsstoffen als een zeef. Toch delen sponzen een aantal genen met ons, waaronder minstens 25 die bij mensen helpen bij de opbouw van het zenuwstelsel. In sponzen kunnen dezelfde genen betrokken zijn bij eenvoudigere aspecten van de manier waarop cellen met elkaar communiceren. Sponzen lijken zich precies op de evolutionaire drempel van het zenuwstelsel te bevinden. Men denkt dat zij een laatste gemeenschappelijke voorouder met ons hebben gedeeld tussen ongeveer 700 en 600 MYA.

Een andere oeroude diersoort, de zeeprik, heeft daarentegen wel een zenuwstelsel. Zee-kwallen fossiliseren niet erg goed, maar door hun genetische verwantschap met andere dieren te analyseren, schatten biologen dat zij zich mogelijk al in 650 miljoen jaar na Christus van de rest van het dierenrijk hebben afgesplitst. Deze getallen kunnen veranderen door nieuwe gegevens, maar als aannemelijke, ruwe schatting lijkt het erop dat neuronen, de cellulaire basiscomponenten van een zenuwstelsel, voor het eerst in het dierenrijk verschenen ergens tussen sponzen en zee-egels, iets meer dan een half miljard jaar geleden.

Een neuron is, in essentie, een cel die een signaal doorgeeft. Een golf van elektrochemische energie gaat van het ene uiteinde van de cel naar het andere over het membraan, met een snelheid van ongeveer 200 meter per seconde, en beïnvloedt een ander neuron, een spier of een klier. De vroegste zenuwstelsels waren wellicht eenvoudige netwerken van neuronen die door het hele lichaam waren geregen en de spieren met elkaar verbonden. Hydra’s werken volgens dit zenuwnet-principe. Het zijn kleine waterwezens – doorzichtige, bloemachtige dieren met zakjes als lichamen die aan vele armen vastzitten – en ze behoren tot dezelfde oude categorie als zee-egels. Als je een hydra op één plaats aanraakt, verspreidt het zenuwnet de signalen zonder onderscheid, en de hydra beweegt als geheel.

Een zenuwnet verwerkt geen informatie – niet in enige zinvolle zin. Het zendt slechts signalen door het lichaam. Het verbindt de zintuiglijke prikkel (een por op de hydra) met een spieruitslag (een stuiptrekking). Na het ontstaan van het zenuwnet ontwikkelden de zenuwstelsels echter snel een tweede niveau van complexiteit: het vermogen om sommige signalen te versterken ten opzichte van andere. Deze eenvoudige maar krachtige truc van signaalversterking is een van de basismanieren waarop neuronen informatie manipuleren. Het is een bouwsteen van bijna alle berekeningen die we in de hersenen kennen.

Het oog van de krab is een van de best bestudeerde voorbeelden. De krab heeft een samengesteld oog met een array van detectoren, elk met een neuron erin. Als er licht op een detector valt, activeert dat het neuron binnenin. Tot zover alles goed. Maar als extra complexiteit is elk neuron verbonden met zijn naaste buren, en door die verbindingen concurreren de neuronen met elkaar. Wanneer een neuron in een detector actief wordt, heeft het de neiging de activiteit van de neuronen in de naburige detectoren te onderdrukken, zoals een persoon in een menigte die het hardst probeert te schreeuwen terwijl hij de mensen die het dichtst bij hem staan, het zwijgen oplegt.

Het mechanisme in het oog van een krab is aantoonbaar het eenvoudigste en meest fundamentele voorbeeld van aandacht. Onze menselijke aandacht is niet meer dan een uitgebreide versie ervan, gemaakt van dezelfde bouwstenen.

Het resultaat is dat als een wazige lichtvlek op het oog van de krab schijnt, waarbij het helderste deel van de vlek één detector raakt, het neuron in die detector zeer actief wordt, de competitie wint en zijn buren uitschakelt. Het patroon van activiteit over de reeks detectoren in het oog signaleert niet alleen een heldere vlek, maar ook een ring van duisternis eromheen. Het signaal wordt op deze manier versterkt. Het krabbenoog neemt een vage, grijs-schaal werkelijkheid en verscherpt die tot een contrastrijk beeld met overdreven, heldere pieken en donkere schaduwen. Deze signaalversterking is een direct gevolg van neuronen die hun buren remmen, een proces dat laterale remming wordt genoemd.

Het mechanisme in het oog van een krab is aantoonbaar het eenvoudigste en meest fundamentele voorbeeld – het model A geval – van aandacht. Signalen wedijveren met elkaar, de winnende signalen worden versterkt ten koste van de verliezende signalen, en die winnende signalen kunnen dan de bewegingen van het dier gaan beïnvloeden. Dat is de computationele essentie van aandacht. Onze menselijke aandacht is er slechts een uitgewerkte versie van, gemaakt van dezelfde bouwstenen. Je vindt de krab-oog methode van laterale remming in elk stadium van verwerking in het menselijk zenuwstelsel, van het oog tot de hoogste niveaus van denken in de hersenschors. De oorsprong van aandacht ligt diep in de evolutionaire tijd, meer dan een half miljard jaar geleden, bij een verrassend eenvoudige innovatie.

Krabben behoren tot een uitgebreide groep dieren, de geleedpotigen, waartoe spinnen en insecten en andere wezens met harde, beweegbare exoskeletten behoren en die zich ongeveer 600 MYA van andere dieren hebben afgetakt. De beroemdste uitgestorven geleedpotige, die tegenwoordig de grootste fanclub heeft, is de trilobiet, een langbenig beest met scharnieren dat wel wat weg heeft van een miniatuur hoefijzerkrab, die al in 540 miljoen jaar na Christus over de bodem van de zeeën van het Cambrium kroop. Toen trilobieten stierven en zonken in zeer fijn slib op de oceaanbodem, werden hun gefacetteerde ogen soms met verbazingwekkend detail gefossiliseerd. Als je naar een fossiel van een trilobiet kijkt en de uitpuilende ogen door een vergrootglas bekijkt, kun je vaak nog het geordende mozaïek van afzonderlijke detectoren zien. Te oordelen naar deze fossiele details, moet het oog van de trilobiet in zijn organisatie sterk hebben geleken op het oog van een moderne krab en zal het waarschijnlijk dezelfde truc van concurrentie tussen naburige detectoren hebben gebruikt om zijn zicht op de oude zeebodem te verscherpen.

Stel je een dier voor dat stukje bij beetje is gebouwd met “lokale” aandacht. In dat dier zou elk deel van het lichaam functioneren als een afzonderlijk apparaat, dat zijn eigen informatie filtert en de meest saillante signalen eruit pikt. Een van de ogen zou kunnen zeggen, “Deze specifieke plek is bijzonder helder. Laat de andere vlekken maar zitten.” Ondertussen, onafhankelijk van elkaar, zegt een van de benen, “Ik ben hier net hard geprikt. Negeer de lichtere aanrakingen in de buurt!” Een dier met alleen dit vermogen zou zich gedragen als een verzameling afzonderlijke agenten die toevallig fysiek aan elkaar zijn gelijmd, waarbij elke agent zijn eigen signalen uitroept en zijn eigen acties in gang zet. Het gedrag van het dier zou, op zijn best, chaotisch zijn.

Voor een coherente reactie op zijn omgeving, heeft het dier een meer gecentraliseerde aandacht nodig. Kunnen vele afzonderlijke bronnen van input – de ogen, het lichaam, de poten, de oren, de chemische sensoren – hun informatie samenvoegen op één plaats voor een globale sortering en een concurrentie tussen signalen? Die convergentie zou het dier in staat stellen het meest levendige object in zijn omgeving te selecteren, het object dat op dat moment het belangrijkst lijkt, en dan een enkele, zinvolle reactie te genereren.

Niemand weet wanneer dat type gecentraliseerde aandacht voor het eerst verscheen, deels omdat niemand zeker weet welke dieren het hebben en welke niet. Gewervelde dieren hebben een centrale aandachtsprocessor. Maar de mechanismen van aandacht zijn niet zo grondig bestudeerd bij ongewervelde dieren. Veel diersoorten, zoals gesegmenteerde wormen en naaktslakken, hebben geen centrale hersenen. In plaats daarvan hebben zij clusters van neuronen, of ganglia, verspreid over hun lichaam om lokale berekeningen uit te voeren. Zij hebben waarschijnlijk geen gecentraliseerde aandacht.

Arthropoda, zoals krabben, insecten en spinnen, zijn betere kandidaten voor gecentraliseerde aandacht. Zij hebben een centraal brein, of althans een aggregaat van neuronen in de kop, dat groter is dan alle andere in hun lichaam. Dat grote ganglion kan gedeeltelijk geëvolueerd zijn door de vereisten van het gezichtsvermogen. Aangezien de ogen zich in het hoofd bevinden en het gezichtsvermogen het meest gecompliceerde en informatie-intensieve zintuig is, krijgt het hoofd het grootste deel van de neuronen. Sommige aspecten van reuk, smaak, gehoor en tastzin komen ook samen in dat centrale ganglion.

Insecten zijn slimmer dan mensen denken. Als je naar een vlieg slaat en hij weet te ontsnappen – wat hij bijna altijd doet – schiet hij niet zomaar weg door een reflex. Hij heeft waarschijnlijk iets wat we centrale aandacht kunnen noemen, of het vermogen om zijn verwerkingsbronnen snel te richten op het deel van zijn wereld dat op dat moment het belangrijkst is, om zo een gecoördineerde reactie te genereren.

Octopussen, inktvissen en sepia’s zijn echte buitenaardse wezens ten opzichte van ons. Geen enkel ander intelligent dier staat zo ver van ons af in de boom des levens.

Octopussen zijn de supersterren onder de ongewervelden vanwege hun verbazingwekkende intelligentie. Ze worden tot de weekdieren gerekend, net als mosselen of slakken. Weekdieren verschenen waarschijnlijk voor het eerst rond 550 MYA en bleven, althans wat de organisatie van hun zenuwstelsel betreft, gedurende honderden miljoenen jaren betrekkelijk eenvoudig. Eén tak, de koppotigen, ontwikkelde uiteindelijk een complex brein en verfijnd gedrag en kan rond 300 MYA iets hebben bereikt dat in de buurt komt van de moderne vorm van een octopus.

Octopussen, inktvissen en sepia’s zijn echte aliens ten opzichte van ons. Geen enkel ander intelligent dier staat zo ver van ons af in de boom des levens. Zij laten ons zien dat slimheid met grote hersenen geen eenmalige gebeurtenis is, omdat zij ten minste twee keer onafhankelijk van elkaar is geëvolueerd – eerst onder de gewervelde dieren en daarna nog eens onder de ongewervelde dieren.

Octopussen zijn uitstekende visuele roofdieren. Een goed roofdier moet slimmer en beter gecoördineerd zijn dan zijn prooi, en het gebruik van het gezichtsvermogen om een prooi te lokaliseren en te herkennen is bijzonder rekenintensief. Geen enkel ander zintuiglijk systeem heeft zo’n brandslang van gevarieerde informatie die binnenstroomt en zo’n behoefte aan een intelligente manier om zich te concentreren op bruikbare deelverzamelingen van die informatie. Aandacht is daarom de naam van het spel voor een visueel roofdier. Misschien heeft die levensstijl iets te maken met de uitbreiding van de intelligentie van de octopus.

Wat de reden ook is, de octopus heeft een buitengewoon zenuwstelsel ontwikkeld. Hij kan gereedschap gebruiken, problemen oplossen en onverwachte creativiteit aan de dag leggen. In een nu klassieke demonstratie kunnen octopussen leren om een glazen pot te openen door de bovenkant los te draaien om zo bij een smakelijk hapje te komen. De octopus heeft een centraal brein en ook een onafhankelijke, kleinere processor in elke arm, waardoor hij een unieke mengeling heeft van gecentraliseerde en gedistribueerde commando’s.

De octopus heeft waarschijnlijk ook zelfmodellen-rijke, voortdurend bijgewerkte bundels informatie om zijn lichaam en gedrag te controleren. Vanuit een technisch perspectief zou hij zelfmodellen nodig hebben om effectief te functioneren. Hij zou bijvoorbeeld een vorm van een lichaamsschema kunnen hebben dat de vorm en structuur van zijn lichaam bijhoudt om bewegingen te coördineren. (Misschien heeft elke arm zijn eigen armschema.) In die zin zou je kunnen zeggen dat een octopus over zichzelf weet. Hij beschikt over informatie over zichzelf en over de buitenwereld, en die informatie resulteert in complex gedrag.

Maar al deze werkelijk prachtige eigenschappen betekenen niet dat een octopus bewust is.

Onderzoekers van bewustzijn gebruiken soms de term objectief bewustzijn om aan te geven dat de informatie is binnengekomen en wordt verwerkt op een manier die de gedragskeuze beïnvloedt. In die nogal lage definitie zou je kunnen zeggen dat een magnetron zich bewust is van de tijdsinstelling en dat een zelfrijdende auto zich bewust is van het opdoemende obstakel. Ja, een octopus is zich objectief bewust van zichzelf en van de voorwerpen om hem heen. Hij bevat de informatie.

Maar is hij ook subjectief bewust? Als hij kon praten, zou hij dan beweren dat hij een subjectieve, bewuste ervaring heeft, net zoals u of ik?

Laten we het de octopus vragen. Stel je een ietwat onwaarschijnlijk gedachte-experiment voor. Stel dat we een gek science fiction apparaat hebben bemachtigd, laten we het Speechinator 5000 noemen, dat dient als een informatie-naar-spraak vertaler. Het heeft een poort die kan worden aangesloten op het hoofd van de octopus, en het verbaliseert de informatie die in de hersenen wordt gevonden.

Het zou dingen kunnen zeggen als “Er is een vis” als het visuele systeem van de octopus informatie bevat over een vis in de buurt. Het apparaat zou kunnen zeggen: “Ik ben een entiteit met een heleboel ledematen die op deze en die manier bewegen.” Het zou kunnen zeggen: “Om een vis uit een pot te krijgen moet je aan dat ronde gedeelte draaien.” Het zou veel dingen zeggen, die de informatie weerspiegelen waarvan we weten dat die zich in het zenuwstelsel van de octopus bevindt. Maar we weten niet of hij zou zeggen: “Ik heb een subjectieve, persoonlijke ervaring – een bewustzijn – van die vis. Ik verwerk het niet alleen. Ik ervaar het. Het zien van een vis voelt als iets.” We weten niet of zijn hersenen dat soort informatie bevatten, omdat we niet weten wat de zelfmodellen van de octopus hem vertellen. Misschien beschikt hij niet over de machines om te modelleren wat bewustzijn is of om die eigenschap aan zichzelf toe te schrijven. Bewustzijn zou voor het dier irrelevant kunnen zijn.

Het octopus raadsel is een leerzaam voorbeeld van hoe een dier complex en intelligent kan zijn, en toch zijn we, tot nu toe, niet in staat om de vraag naar zijn subjectieve ervaring te beantwoorden, of zelfs maar of de vraag enige betekenis heeft voor dat schepsel.

Ja, een octopus is zich objectief bewust van zichzelf en van de objecten om hem heen. Maar is hij subjectief bewust? Als hij kon praten, zou hij dan beweren dat hij een subjectieve, bewuste ervaring heeft, net zoals u of ik dat hebben?

Misschien is een bron van verwarring hier de automatische en krachtige menselijke drang om bewustzijn toe te schrijven aan de voorwerpen om ons heen. We zijn geneigd bewustzijn te zien in poppen en andere, nog minder waarschijnlijke voorwerpen. Mensen geloven soms dat hun kamerplanten bij bewustzijn zijn. Een octopus, met zijn rijkelijk complex gedrag en zijn grote ogen vol geconcentreerde aandacht, is als het ware een veel dwingender inktvlek-test, die bij ons een sterke sociale waarneming teweegbrengt. Niet alleen weten we, intellectueel, dat hij objectieve informatie verzamelt over zijn wereld, maar we kunnen ons niet aan de indruk onttrekken dat hij ook een subjectief bewustzijn moet hebben dat uit die zielsvolle ogen straalt.

Maar de waarheid is, dat we het niet weten, en het gevoel dat we krijgen van zijn bewuste geest zegt meer over ons dan over de octopus. De deskundigen die octopussen bestuderen lopen het risico de minst betrouwbare waarnemers te worden op dit punt, omdat zij degenen zijn die het meest in vervoering raken van deze wonderbaarlijke wezens.

Voor alle duidelijkheid, ik zeg niet dat octopussen niet bij bewustzijn zijn. Maar het zenuwstelsel van de octopus is nog zo onvolledig begrepen dat we de organisatie van zijn hersenen nog niet kunnen vergelijken met de onze en nog niet kunnen raden hoe vergelijkbaar het zou kunnen zijn in zijn algoritmen en zelfmodellen. Om dat soort vergelijkingen te kunnen maken, zullen we dieren van onze eigen afstamming, de gewervelde dieren, moeten onderzoeken.

__________________________________