章鱼为什么特殊?

章鱼、墨鱼、鱿鱼、蜗牛、蛤都属于动物的类称为软体动物。章鱼、墨鱼和鱿鱼是软体动物的一组称为头足类动物。头足类动物的意思是“head-foot”在希腊,因为这些动物的头直接连接到他们的“腿”(图1)。与蜗牛和蛤蜊,头足类动物有异常发达中央大脑头足类动物可以表现出复杂的行为等于这些哺乳动物和鸟类的1]。简单的软体动物,如蜗牛,展览只有非常简单的行为。例如,一只饥饿的海螺将走向的气味最喜欢的藻类。有可能一只蜗牛,一种特定的气味来自一个特别美味的食物,然后它会选择这种气味在将来其他气味。但总的来说,蜗牛总是重复这些简单的行为来寻找食物。

蜗牛相比,章鱼的展品更复杂的行为。章鱼吃蛤蜊、螃蟹和鱼。这些猎物类型需要不同的狩猎行为:例如,蛤必须从它们的外壳,这不是一件容易的事!章鱼钻一个洞在shell中,注入毒液麻痹和放松蛤的肌肉,所以它可以退出。狩猎螃蟹,章鱼小心潜行了一只螃蟹,所以它没有逃跑,然后迅速章鱼袭击,伟大的技巧,以免被螃蟹夹。记得章鱼不仅学习和寻找不同类型的猎物,但它也可能记得的细节时,最好是每种猎物狩猎。

复杂的行为的另一个例子是,章鱼可以从观察中学习其他章鱼。例如,通过观察另一个章鱼打开一罐食物的盖子拧开,观察章鱼也学会这样做(视频1)打开罐子速度远远超过另一个的章鱼,必须学会打开罐子没有观察它被打开了。章鱼也非常好奇甚至好玩的(视频2)。这些例子清楚地表明,章鱼不是简单的蜗牛!

章鱼是什么让一个合适的模型动物神经科学吗?

主要的模型动物大脑科学家用来研究老鼠和老鼠。相比之下,章鱼、老鼠和老鼠更容易在实验室中生长和繁殖!为了帮助回答研究问题,科学家们也可以操纵基因的小鼠和大鼠。这些基因操作还不可能在章鱼。最重要的区别是,老鼠和老鼠是哺乳动物,像人类一样,因此与我们分享最相似时,大脑的结构和功能。那么,为什么研究章鱼理解大脑?

章鱼是什么使一个好的模型动物相似,但区别!哺乳动物比如老鼠和人类共同的祖先与章鱼十亿多年前(图2)。这种史前祖先是一种愚蠢的蠕虫,发达沿着两个不同的通路,导致哺乳动物的发展,,另一个导致章鱼的发展。章鱼以来开发的这样一个不同的方式,我们可以把章鱼的大脑结构和功能与其他动物,如老鼠和老鼠,并通过差异和相似之处我们可以学到一些重要的东西大脑(1]。

想象你是一个游客从过去,你从来没见过智能手机,你想了解它是如何工作的。方法之一就是比较两种类型的智能手机,比如苹果的iPhone和三星的星系。通过检查设备,你会发现,例如,都有触摸屏,一个基于图形界面的图标,一个连续的连接到互联网。由于这些特点是共享的,你可以得出这样的结论:他们是智能手机的必要部分。相比之下,你可能会注意到操作系统,充电电缆,和图标是不同的。你可以得出这样的结论:这些都不是关键特征,和同样的函数可以以不同的方式实现。同样的,比较的章鱼的大脑结构和功能的老鼠,我们可以发现基本生物学原理,需要哪些大脑结构等复杂的行为和高级学习。我们也可以检查章鱼的大脑中所开发的机制,但并不存在于简单的蜗牛,并假设这些“新”机制给章鱼能力像老鼠和老鼠。这种比较风格的动物研究比较生物学(1]。

从章鱼研究中有趣的发现

在简单的软体动物,如蜗牛,没有中央大脑学习和记忆发生在神经中心,分布在整个身体。例如,当一只蜗牛吃食物,燃烧嘴,神经系统的内存创建并保存控制口,和蜗牛将从食物下次它品味它。相反,在哺乳动物和人类一样,学习和记忆发生在大脑,而不是身体器官的神经系统。例如,香草的味道的记忆,当你看到一个白色的冰淇淋蛋卷发生在大脑中,而不是舌头或眼睛的紧张。哺乳动物的大脑也有一处叫做“海马体一起,将我们看到的细节,听到,气味,和感觉,某个事件的记忆。在章鱼的大脑,有一个区域类似海马体称为垂直叶(图2)。

在哺乳动物的海马神经细胞的排列、章鱼发达国家模式的交错,这可能是至关重要的制造所需的许多连接形成一个记忆。因为哺乳动物和章鱼开发一个特定的大脑区域创建的记忆,我们可以得出结论,这样的大脑结构的神经网络交叉安排,是必要的对于复杂的学习,不同的智能手机也有类似的组件一样,像一个触摸屏。海马中的神经细胞可以快速有效地改变他们的连接来创建新的记忆,例如,通过连接神经细胞与某首歌与另一组神经细胞代表的歌手。章鱼的垂直叶的神经细胞可以快速有效地改变他们的力量连接,但这些变化发生的机理是不同的机制在哺乳动物中找到。从这一发现,我们得出这样的结论:能力变化连接在海马是学习的关键,但连接可以改变以不同的方式在不同的动物2,3]。

章鱼的另一个有趣的和独特的特点是发展的两个海马区域创建基于视觉和记忆另一个创建记忆与味觉和触觉。我们在实验室中,我们进行了一项研究发现,大脑中的一种叫血清素化学物质加强连接在垂直叶,章鱼“海马”负责创建基于记忆章鱼看到,但在第二个海马像大脑结构,创建了基于触觉和味觉记忆,5 -羟色胺削弱了连接。现在我们想了解如果5 -羟色胺的不同的影响在这两个领域与他们不同的功能。

章鱼和哺乳动物的另一个重要区别是存在一个非常成熟的章鱼身体神经系统(图2)。不像我们的手,章鱼的武器可以独立执行各种各样的操作,没有大脑的依赖。例如,如果我们断开章鱼的手臂从身体和捏边缘,手臂很快就会离开。相反,如果一个人的手在某种程度上脱离身体,摸热的东西,它会保持不动。章鱼的身体神经系统的复杂性表明,类似于简单的软体动物和蜗牛一样,记忆从简单的学习可能会形成内手本身,所以在学习上的表现也不同,即使是与大脑!

总结

老鼠目前主要的动物用于研究大脑,因为它们容易房子和品种在实验室里,科学家可以操纵他们的基因。然而,章鱼有行为能力类似于哺乳动物的像老鼠,但是章鱼有非常不同的大脑,开发在一个独特的路线在进化的过程中。这些特性使得章鱼好比较生物学研究的动物模型。比较章鱼和哺乳动物的大脑可以帮助我们理解不同的大脑结构和机制的重要性和功能,同时也教我们有趣的事情关于章鱼的独特而迷人的大脑1]。

术语表

模型动物:↑实验室动物,而不是野生动物(研究领域)或农场动物,具有某些特性允许研究的结果创建一般动物的生物学的理解。

比较生物学:↑生物之间的差异的研究,了解生活模式和生物的角色在一个生态系统。

海马体:↑一个大脑区域位于两边的人类大脑。海马体在导航和记忆的作用。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

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引用

[1]↑施耐尔,a K。,医生,P。,Boeckle, M. and Clayton, N. S. 2021. How intelligent is a cephalopod? Lessons from comparative cognition.杂志牧师。96:162 - 78。doi: 10.1111 / brv.12651

[2]↑Shomrat, T。,Turchetti-Maia, A. L., Stern-Mentch, N., Basil, J. A., and Hochner, B. 2015. The vertical lobe of cephalopods: an attractive brain structure for understanding the evolution of advanced learning and memory systems.j . Comp。杂志。Neuroethol。神经Behav参议员。杂志。201:947-56。doi: 10.1007 / s00359 - 015 - 1023 - 6

[3]↑Shomrat, T。,Graindorge, N., Bellanger, C., Fiorito, G., Loewenstein, Y., and Hochner, B. 2011. Alternative sites of synaptic plasticity in two homologous “fan-out fan-in” learning and memory networks.咕咕叫。医学杂志。21:1773 - 82。doi: 10.1016 / j.cub.2011.09.011