학습, 기억, 문제 해결과 같은 지성의 능력에 대해, 대부분의 과학자들은 5억 년 전에 "뇌"가 처음 태어나면서 초래되었다고 생각하는 한편으로, 일부 과학자들은 뇌를 높은 처리 능력이 있는 기관으로 인정하면서도, 사고나 인식과 같은 지성의 능력은 "세포"에 깃들어 있고, 뇌는 그것을 강화해 인지 능력을 높이고 있다고 지적하고 있다.
과학 잡지인 Scientific American에서 주로 생물학계의 기사를 투고하는 로완 제이콥슨 씨는, 플라나리아의 관찰을 통해, 인지 시스템에 관한 통찰을 해설하고 있는데, 플라나리아는 현저한 재생 능력을 가진 편형 동물로, 상하로 찢었다고 해도 머리 쪽에서는 새로운 꼬리가, 꼬리 쪽에서는 새로운 머리가 자라나, 2마리의 플라나리아로 움직이기 시작한다.
미국 터프츠대에서 주로 단세포 생물 연구를 하는 마이클 레빈 씨는, 머리를 완전히 잃어도 생존해 머리를 재생시키는 플라나리아에 주목하며 "생물의 지성은 어느 정도 뇌 바깥에 있지 않을까"라고 생각. 레빈 씨는 "모든 지성은 어떤 부품으로 구성된 인식 시스템을 가진 "집합지"입니다"라고 표현하고 있다.
레빈 씨는 연구에서, 퓌레 모양의 간을 접시 한가운데에 늘어뜨려, 거기에 맛있는 먹이가 있다는 것을 플라나리아에게 학습시켰고, 플라나리아는 바로 본래 서투른 파형의 접시에서도 능숙하게 극복하고 먹이 쪽으로 향하게 된다. 마찬가지로 플라나리아가 움직이기 쉬운 매끄러운 접시에서도 먹이의 위치를 학습시켜 "험한 파형의 접시에서 먹이를 외운 플라나리아 A"와 "매끄러운 접시에서 먹이를 외운 플라나리아 B"를 준비.
그 후, 훈련한 플라나리아의 목을 잘라내고, 꼬리에서 새로운 머리가 재생될 때까지 약 2주 동안 기다렸다. 결과적으로, 재생한 플라나리아 B는 파형의 접시에서는 지형을 무서워하여 움직이지 않았지만, 재생한 플라나리아 A는 험한 지형 끝에 먹이가 있는 것을 기억하고 있으며, 대부분의 개체가 먹이를 먹으러 향했다고 한다.
이를 통해 레빈 씨는, "플라나리아는 뇌를 완전히 잃었음에도 불구하고, 뇌를 잃기 전의 기억과 학습을 보유하고 있었습니다"라고 결론지었으며, 이 발견은 "기초적 인지"라고 불리는 새로운 분야로 이어졌고, 거기서 발전한 연구에서는, 뇌의 내부뿐만 아니라 외부에도 학습이나 기억, 문제 해결과 같은 지성의 특징이 있는 것으로 발견되었다. 즉, 기초적 인지의 연구자에 의하면, 뇌와 그 이외의 세포와의 차이는 "기억이나 학습을 할 수 있는가"라고 하는 차이가 아니라, "얼마나 고도로 기억이나 학습을 할 수 있는가"라고 하는 정도의 문제라고 한다.
뇌가 없는 생물이 기억과 학습을 하는 예로는 식물도 주목받고 있는데, 이탈리아 피렌체 대학에서 식물의 지능에 관한 연구를 하는 스테파노 만쿠소 씨는, "식물에서는 거의 모든 세포가 전기 신호를 생성할 수 있는 정상적인 능력을 가지고 있다"고 말한다.
피렌체 대학 연구팀은, 만지면 접혀서 시들어 버리는 것으로 먹지 못하게 하는 방어 반응을 가진 식물에 대해, 손상 없이 자극을 줌으로써 곧 그 자극을 무시하게 된다는 것을 발견. 그리고 그 식물을 한 달 방치한 후에 같은 자극을 주었더니, 식물은 그 경험을 기억하고 있었다고 한다.
제이콥슨 씨는 "식물의 가장 주목할 만한 행동은, 우리가 매일 보는 것이기 때문에 과소평가되는 경향이 있습니다"라고 말하며, 식물은 자신이 어떤 형태를 하고 있는지 정확히 파악하고 있으며, 주위의 광경이나 소리, 냄새 등을 민감하게 받고 있다고 한다. 여기에서 뇌가 없는 한정된 세포만 있어도 세계를 인식하고 기억하며 문제를 해결하는 확실한 능력을 가지고 있다고 생각된다.
기억에 대한 전통적인 견해는 "기억은 뇌 안의 뉴런 간 시냅스 연결의 안정된 네트워크로 저장된다"는 것이지만, 레빈 씨는 "그 견해는 분명히 무너지고 있습니다"라고 말하고, 기억 능력은 뉴런 뿐만이 아니라, 모든 세포가 가지고 있을 가능성이 있고, 게다가 세포내 뿐만이 아니라 생물의 몸을 흐르는 미세한 생체 전류에도 보존되고 있다고 볼 수 있다고 한다.
레빈씨가 2000년대에 실시한 연구에서는, 플라나리아의 머리측과 꼬리측에서 다른 전압을 발견해, 꼬리측의 전압을 머리측과 같게 변화시킨 후 꼬리를 떼어 냈더니, 머리로부터 꼬리가 아닌 2번째의 머리가 재생. 또한 계속되는 연구에서는, 올챙이에 특정 전압을 부여함으로써 눈과 다리의 생성을 유도하는 데 성공했다는 것.
레빈 씨는 이를 프로그래밍에 비유해 "서브루틴 호출"이라고 호칭하며, 눈과 다리의 세밀한 구조를 세밀하게 관리하지 않아도 생체전기 차원에서 제어함으로써 세포가 연계해 기관 생성을 제어할 수 있다고 밝혔다.
기초적 인지의 연구나 생체 전기에 의해 세포에 접근하는 발견은, 인간의 의학에도 중대한 의미를 가져올 가능성이 생각되고 있으며, 암은 몸의 일부가 다른 부분과 협력하지 않게 되었을 때 발생하기 때문에, 생체 전기에 의해 세포에 직접 "말을 거는 것"으로, 암 치료에 도움이 될 가능성을 레빈씨는 지적. 게다가 세포에 올바른 패턴으로 성장을 시작하도록 지시하는 생체전기를 과학자가 해독할 수 있다면, 기능부전에 빠진 신장이나 심장 등의 재생에도 도움이 될 수 있다.
그 외, 기초적 인지는 다양한 분야에서도 응용이 생각되고 있는데, 제이콥슨 씨는 "기초적 인지 연구는 인공지능 과학자들에게 "미래의 인공지능은 뇌 중심의 인간 모델을 모방하는 것이 틀림없다"는 믿음에서 벗어나는 수단이 됩니다"라고 말하고, 또, 철학적인 사고에 대해서도, 기초적 인지의 연구에 의해 뇌라는 제한으로부터 해방됨으로써, 새로운 아이디어로 이어질 가능성이 있다.
레빈 씨와 자주 공동연구를 하는 버몬트대 로봇공학자인 조쉬 본가드 씨는, 로봇의 형상(신체)이 세계와 어떻게 상호작용하는지에 초점을 맞춰 로봇을 설계하는 "신체적 인지"의 선구자이다. 봉가트씨는 "AI는 머리가 너무 좋기 때문에, 계산 능력은 높지만, 로봇등을 움직여 세계와 관계되는 것은 좋지 않습니다. 기초적 인지 연구에서 왜 몸이 필요한가 하는 시스템에 대해 이해가 진행될 것입니다"라고 말한다.