章鱼有很多令人瞩目的地方——它们以聪明著称，有三颗心脏，它们的眼球像棱镜一样工作，它们可以随心所欲地变色，它们甚至能用皮肤“感知”光线。然而，这些生物最引人注目的地方之一是，它们的八条触手几乎都像是拥有自己的思想，这使得章鱼能够以人类只能梦想的方式进行多任务处理。
每条触手的核心是一种被称为轴神经索（ANC）的结构，1月15日发表在《自然·通讯》杂志上的一项新研究，探讨了该神经索的结构如何对其触手的运作方式至关重要。该研究的第一作者Cassady Olson向《大众科学》解释说，理解ANC对于理解章鱼触手的工作原理至关重要：“你可以把ANC想象成相当于一条脊髓，贯穿于每一条触手的中心。”
Olson解释说，“ANC与脊椎动物的脊髓之间有很多宏观上的相似之处——有细胞体区域、神经网区域，以及连接每条触手和大脑的长神经束。”这意味着章鱼的触手与人类的肢体或其他脊椎动物的肢体截然不同；Olson说，如果说有什么相似之处，那它们最类似于一些脊椎动物的抓握性尾巴：“从运动的角度来看，我[经常]想到脊椎动物的尾巴和章鱼触手之间的相似之处。”
然而，与尾巴不同的是，章鱼的触手没有骨头。技术上来说，它们属于一种被称为“肌肉水力骨骼”的结构，仅由肌肉、结缔组织和神经组织构成。（Olson指出，人舌是另一种这种结构的例子。）这使得它们的活动自由度比尾巴大得多，并使章鱼能够展现出惊人的灵活性。当然，每条触手上都布满了吸盘，章鱼可以独立控制所有吸盘——甚至可以根据需要改变单个吸盘的形状——并且所有吸盘都能闻、尝以及感知。
因此，章鱼触手上布满神经元也就不足为奇了——事实上，正如论文指出的那样，“分布在[章鱼]八条触手上的神经元数量比大脑中的还多。”这赋予了每条触手一定的自主性，使章鱼能够用一些触手执行一项任务，同时用其他触手进行另一项完全不同的活动。例如，人们经常看到章鱼用几条触手在海底移动，同时用另外几条触手打开贝壳。每条触手也能独立地对刺激做出反应，而不涉及中枢大脑。（有一个相当令人毛骨悚然的证明：Olson说，“被截肢的章鱼触手仍然会自己移动，而无需大脑的指令。”）
Olson说，每条触手所表现出的自主程度“表明……基本运动的大部分电路就包含在ANC本身之中。”然而，这些电路究竟是如何分布的，此前并不清楚，而这项新研究的关键发现是，ANC被分为沿着触手长度方向延伸的各个节段。
Olson说，正是这种模块化结构，使得控制触手运动的一些工作可以委托给这些节段中的神经元，而不是所有的事情都由章鱼的大脑控制。“我们看到ANC细胞体层中的分段，可以被认为是沿着ANC的重复处理单元，”她说。“这提供了局部处理触手运动控制的好处，被划分为更小的单元，而不是通过一束神经纤维从中枢大脑发送的中央指令。”
虽然这种分段结构并非章鱼独有——例如，蠕虫的身体是完全分段的——但Olson说，章鱼触手与蠕虫等生物的一个关键区别是，“我们在头足类动物触手中描述的分段主要涉及[神经]系统。”
章鱼触手的内部运作似乎离我们日常生活很遥远，但这项研究却具有意想不到的实际应用价值。所谓的“软体机器人学”领域，其特点是用柔软、可弯曲的材料而非人们想象中抛光过的钢制成的机器人，从章鱼身上获得了许多灵感。该领域的工程师们经常使用分段设计来构建类似于章鱼触手的结构，Olson说，在自然界中找到这样的结构范例，有潜力改进和优化这类机器人：“我们的研究为章鱼ANC如何控制触手和吸盘提供了一个电路框架，这可用于模仿章鱼触手的软体机器人设计。”
特别是，她引用了团队发现的“吸盘拓扑”证据，这是一个在ANC中根据个体吸盘上神经的位置而创建的吸盘位置的空间图。她说，这种神经连接“让人想起环状吸引器结构”，这是一种神经结构，就像一个陀螺仪，允许动物（或机器人）在空间中进行自我定位。这些已被用于创建触手和吸盘的生物物理模型，而一个现实世界的例子可以提供新的方法来完善这些设计。
Olson说，还有许多类似的见解等待着我们去发现，因为我们对章鱼生物学仍然有很多不了解的地方——正是因为头足类动物的身体和神经系统与我们自身如此不同，它们才有可能提供意想不到的见解。Olson说，这使得这些动物的研究既具有挑战性又引人入胜。“研究头足类动物的神经系统令人兴奋。章鱼在数百万年前就与脊椎动物分道扬镳，拥有非常不同的身体构造，因此在神经系统的结构和功能方面，询问哪些仍然相似，哪些不同，是很有趣的。”
