章鱼很迷人。它们的八条手臂优雅地在水中舞动，可以完成一些非凡的任务，比如使用工具和打开罐子。人类的大脑只有一条脊髓，而章鱼的每条手臂几乎都有自己的脊髓（除了真正的脊柱）和神经系统。这些手臂甚至可以在不征求大脑意见的情况下发起反应。

　　章鱼臂是如何在细胞水平上做到这一切的，这在很大程度上仍然是神经科学的一个谜——由于技术限制和研究费用的限制，这个问题很难研究。但现在旧金山州立大学的研究人员开始提供答案。

　　为了克服以前的限制，旧金山州立大学的研究人员创建了章鱼臂内神经回路的三维分子和解剖图。他们最近的发现发表在《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一个实验中学到的东西都是天文数字，”SF州立生物学副系主任兼助理教授罗宾·克鲁克（Robyn Crook）谈到她实验室的研究时说。“我想说，这些论文确实以新的方式促进了发现。”

　　这项研究得到了艾伦杰出研究者奖的支持，保罗·g·艾伦前沿小组建议保罗·g·艾伦家庭基金会的资助。Crook是加州州立大学（CSU）系统自2010年拨款成立以来的第一位Allen杰出研究者（ADI）赠款获得者。

　　从传统的二维角度看章鱼的手臂，就像从水果面包中间切下薄片一样。很难知道水果和坚果在这片面包中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Gabrielle Winters-Bostwick和研究生Diana Neacsu分别沿着章鱼手臂拍摄了多个部分，分别创建了细胞分布和大体解剖结构的3D重建。

　　在她的研究中，Winters-Bostwick使用分子标签来突出不同类型的神经元。看到这些神经元的3D重建显示，章鱼手臂尖端的细胞与靠近中央大脑的底部的细胞不同。

　　她解释说：“这使我们能够开始假设并提出新的问题，思考细胞如何相互沟通。”“它基本上建立了我们的武器库和工具包，以更好地了解章鱼的行为和生理。”

　　使用不同的成像方法（3D电子显微镜），Neacsu做了一个平行的项目，创建了章鱼手臂神经系统组件结构组织的3D重建图。她的地图显示，神经节的组织结构是对称的，神经分支、血管等也有重复的模式。其中一些图案与章鱼手臂上的吸盘相对应，它们被组织成六边形晶格，就像一排排的蜂巢。克鲁克解释说，这种重复的图案是他们只用两个吸盘无法看到的，他强调了对大型组织进行3D重建的必要性。

　　Neacsu说：“看到[神经系统结构]与吸盘的关系如此密切，真是令人惊讶。”“但这是有道理的，因为吸盘在章鱼的生态位中扮演着如此重要的角色，帮助它们捕猎、感知等等。”

　　克鲁克很自豪地说，她的团队能够在SF州立大学内部完成大部分项目。特别重要的是最近在大学校园细胞和分子成像中心（CMIC）获得的显微镜（徕卡STELLARIS），该中心已培训了1000多名学生。“有很多大学没有这样的显微镜。对我们来说，有一个人在这里做这项工作有点令人兴奋，”克鲁克说。“如果没有那台显微镜，（Winters-Bostwick的）论文就不会存在。”

　　研究的主要限制因素之一——尤其是像克鲁克这样的尖端项目——是设备和计算工具的高昂价格。克鲁克指出：“ADI的资助具有变革性，它让我有资金在我的实验室里做一些我无法做到的事情，并让学生们真正大规模地参与进来。”“作为一名PI，这对我来说是一种变革，对我实验室的学生也是如此。”

　　目前，Neacsu是比利时鲁汶天主教大学（KU）的博士生，ADI项目和Crook的指导对Neacsu很有帮助。在克鲁克实验室的两年里，Neacsu获得了先进的技术技能，并与更多的资深研究人员建立了联系和合作，现在她有更多的科研论文正在准备中。

　　“在遇到她之前，我从来没有真正理解过导师的概念，”尼阿克苏谈到克鲁克时说。“我只是认为（导师）是在办公时间有空的老师。”

　　Neacsu和Winters-Bostwick的论文为Crook的实验室内外提供了无数的研究机会。其他实验室已经表现出对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小组正在观察活体组织，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。有了新的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。克鲁克的实验室也渴望回答许多进化问题。

　　“为什么有一种如此复杂的动物，它似乎不遵循与我们的另一个例子——人类——非常复杂的神经系统相同的规则？”骗子问。“有很多假设。它可能是功能性的。章鱼手臂所要完成的任务可能有一些根本性的不同。但这也可能是进化上的意外。”