章鱼非常迷人。它们的八条手臂在水中优雅地摆动，可以完成使用工具和打开罐子等非凡任务。虽然人类的大脑连接着一条脊髓，但章鱼的每条手臂几乎都有自己的脊髓(没有实际的脊柱)和神经系统。这些手臂甚至可以在不咨询大脑的情况下发起反应。

章鱼触手如何在细胞层面上实现所有这些功能在很大程度上仍是神经科学的谜团——由于技术限制和研究成本，这一问题很难研究。但现在旧金山州立大学的研究人员开始给出答案。

为了克服先前的局限性，旧金山州立大学的研究人员绘制了章鱼腕足内部神经回路的三维分子和解剖图。他们最近的研究成果发表在《当代生物学》杂志上的两篇科学论文中。

“[这两篇论文]同时发表意味着，我们可以从任何单个实验中学到的东西数量要高得多，”旧金山州立大学生物学副系主任兼助理教授RobynCrook谈到她实验室的研究时说道。“我想说，这些论文确实以新的方式促进了发现。”

传统的二维观察章鱼腕足就像从水果面包中间切下薄片。很难知道那片水果和坚果的分布是否代表了整个面包的分布和相互作用。相反，博士后研究员GabrielleWinters-Bostwick和研究生DianaNeacsu沿章鱼腕足切了多个切片，分别创建了细胞分布和大体解剖结构的3D重建。

温特斯-博斯特维克在研究中使用分子标签来突出不同类型的神经元。通过3D重建观察这些神经元，她发现章鱼触手末端的细胞与靠近大脑中枢的底部细胞有所不同。

“这让我们开始假设并提出新的问题，思考细胞如何相互沟通，”她解释道。“这基本上是在建立我们的武器库和工具包，以便更好地了解章鱼的行为和生理。”

Neacsu使用不同的成像方法(3D电子显微镜)进行了一个平行项目，创建了3D重建图，映射了章鱼腕足神经系统各组成部分的结构组织。她的图显示，神经节的组织具有对称性，神经分支、血管等具有重复模式。

其中一些图案与章鱼臂吸盘相对应，它们排列成六边形网格，就像一排排蜂巢。克鲁克解释说，这种重复的图案是他们无法用两个吸盘看到的，这凸显了对大型组织进行3D重建的必要性。

“看到[神经系统结构]与吸盘的联系如此紧密，真是令人惊讶，”Neacsu说。“但这也很合理，因为吸盘在章鱼的生态位中发挥着如此重要的作用，帮助它们捕猎、感知等等。”

Crook自豪地说，她的团队能够在旧金山州立大学内部完成大部分工作。特别重要的是该校校园细胞和分子成像中心(CMIC)最近购置的显微镜(LeicaSTELLARIS)，该中心已培训了1,000多名学生。

“很多大学都没有这样的显微镜。我们能有这样的显微镜来做这项工作，真是太不可思议了，”克鲁克说。“如果没有这台显微镜，[温特斯-博斯特维克的]论文就不可能存在。”

克鲁克的指导对Neacsu来说至关重要，她现在是比利时鲁汶天主教大学的博士生。在克鲁克实验室的两年里，Neacsu获得了先进的技术技能，并与更多资深研究人员建立了联系和合作，现在她正在准备更多科学研究论文。

“在遇到她之前，我从未真正理解过导师的概念，”内克苏谈到克鲁克时说道。“我只是以为[导师]就是上班时间可以辅导的老师。”

Neacsu和Winters-Bostwick的论文为Crook实验室内外带来了大量研究机会。其他实验室已经表现出使用这些工具进行头足类神经科学研究的兴趣。

旧金山州立大学的研究团队正在观察活体组织，观察它们对化学和机械刺激的反应，试图了解神经元的实时放电情况。借助新的3D地图，他们可以对章鱼手臂内部发生的事情做出现实的预测，从而产生这些反应。Crook的实验室也渴望解答许多进化问题。

“为什么这种动物如此复杂，却似乎不遵循与我们的另一个例子——人类——相同的规则，而人类拥有非常复杂的神经系统?”克鲁克问道。“有很多假设。它可能是功能性的。章鱼手臂所执行的任务可能存在根本性差异。但这也可能是进化的意外。”