人类与恐龙的亲缘关系比与章鱼更近。我们的谱系在五亿年前与头足类动物（包括章鱼、鱿鱼和墨鱼的无脊椎动物纲）的谱系分离。章鱼的大脑 缺乏任何脊椎动物大脑的主要解剖特征，并且大多数动物的神经元分布在它们的触手上，而不是在头部。
然而，章鱼非常聪明，其大脑相对于身体大小而言，比除鸟类和哺乳动物以外的所有动物都大。它们能够进行高阶认知行为，包括工具使用和问题解决，甚至能弄清楚如何拧开罐子盖以获取食物。越来越多的研究人员认为，章鱼的聪明才智以及与人类的巨大差异，可能使它们成为推断复杂大脑功能通用规则的理想模型，此外还能揭示头足类动物进化出的新型神经学变通方法。
科学家们经常求助于动物，其中包括果蝇、斑马鱼和秀丽隐杆线虫线虫，以获得生物学见解和理解。但在所有广泛研究的“模式物种”中，啮齿动物（如小鼠）对于理解大脑如何工作最为重要。
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约翰·霍普金斯大学的神经科学家 Gül Dölen 说：“小鼠的优势在于它的大脑与人类大脑非常相似，而章鱼的优势在于它的大脑与人类大脑非常不同。” 她说，通过比较和对比这些系统与我们自己的系统，“可以让你获得还原的逻辑力量。” 她指出，线虫和果蝇也与人类非常不同，但章鱼在复杂性方面超越了这些无脊椎动物同类。 Dölen 和其他神经科学家认识到头足类动物作为截然不同但高度复杂的生物所提供的独特机会，他们正在支持头足类动物成为该领域最新的模式生物。
早在 20 世纪 60 年代，神经生理学家 J. Z. Young 就提出了利用章鱼来深入了解我们自身物种的想法。 2015 年，当科学家对加州双斑章鱼进行了首个章鱼基因组测序时，这个想法变得触手可及。 芝加哥大学的神经生物学家 Clifton Ragsdale 说：“整个基因组打开了你以前没有的巨大信息量。” 他是《自然》杂志章鱼基因组研究的合著者。
研究人员表示，正如其他模式物种的情况一样，章鱼基因组的发布为关键的调查模式铺平了道路。 这些包括使用基因工程来探索大脑的工作方式，放大特定基因表达的位置，以及通过计算章鱼基因与其他物种基因之间的差异来探索进化。
伍兹霍尔海洋生物实验室的进化发育生物学家、基因组研究的主要作者 Caroline Albertin 说：“对于研究这些非凡的动物来说，我们正处于一个非常激动人心的时刻。” “我们还有大量的研究和问题需要探索。”
为了实现这一目标，研究人员已开始开发头足类动物版本的分子工具，而使用小鼠或果蝇的研究人员认为这些工具是理所当然的。 去年夏天在《当代生物学》杂志上，Albertin 和她的同事描述了首个头足类动物基因敲除（使基因失活以研究其功能）。 现在，同一个团队正在研究基因敲入，例如，这将使科学家能够将活性指示剂插入章鱼细胞中。 海洋生物实验室研究员 Joshua Rosenthal 说，这个过程将使他们能够实时研究动物的神经活动，他也是敲除研究的合著者。 他说：“一旦我们完成下一步，我认为该领域将开始爆发式增长。”
研究已经在加速进行。 2018 年，Dölen 和合著者 Eric Edsinger 给章鱼服用了 MDMA，发现尽管它们通常不善社交，但它们对药物诱导的神经递质血清素激增的反应与人类相同：它们放松并变得更善于交际。 通过基因组分析，科学家们还证实，章鱼拥有与 MDMA 在脊椎动物中结合的相同血清素转运蛋白。 正如《当代生物学》报道的那样，这一发现表明，社交性可能涉及分子机制，而不是根植于特定的脊椎动物大脑区域。
其他实验室正在研究章鱼的触手如何在几乎没有大脑输入的情况下感知环境并与之互动。 去年秋天，研究人员在《细胞》杂志上报道，章鱼吸盘中的特殊受体可以检测它们接触的表面上的化学物质，使它们可以通过触摸来品尝味道。 哈佛大学分子和细胞生物学家、细胞研究的资深作者 Nicholas Bellono 说：“这是一个例子，说明我们需要考虑研究各种形状和大小的生命，才能真正了解分子和细胞适应如何产生独特的生物体特征和功能。”
科学家们很快将拥有更多资源可以利用。 2016 年，海洋生物实验室启动了一个头足类动物繁殖计划，以培育研究动物。 Albertin 和项目经理 Bret Grasse 现在正在与 Dölen 和其他同事合作，对小管蛸的基因组进行测序——这是一种高尔夫球到橘子大小的中美洲物种，是章鱼模式生物的主要候选者。 小管蛸的小尺寸使其非常适合在实验室饲养，并且与许多其他章鱼物种不同，科学家们已经弄清楚如何繁殖它。
毫无疑问，头足类动物将为基础生物学带来更多见解。 技术突破也可能随之而来。 例如，材料研究人员对动物皮肤令人难以置信的伪装能力感兴趣，而计算机科学家有一天可能会利用章鱼独立的学习和记忆系统——一个用于视觉，一个用于触觉——来开发新的机器学习方法。
章鱼还可以激发生物医学工程的进步。 Rosenthal 正在研究头足类动物惊人的 RNA 编辑率，这有一天可能会带来新技术，以消除人类基因组中编码的不需要的突变。 Ragsdale 正在研究章鱼如何快速再生它们的触手、神经索和所有其他组织； 这可能有一天有助于治疗失去肢体或患有脑或脊髓损伤的人类。 Rosenthal 说：“生物学几乎已经找到了解决几乎所有问题的方案。” “我们只需要找到它。”