人類與恐龍的親緣關係比與章魚更近。我們的譜系在五億年前與頭足類動物（包括章魚、魷魚和墨魚的無脊椎動物綱）的譜系分離。章魚的大腦 缺乏任何脊椎動物大腦的主要解剖特徵，並且大多數動物的神經元分佈在它們的觸手上，而不是在頭部。
然而，章魚非常聰明，其大腦相對於身體大小而言，比除鳥類和哺乳動物以外的所有動物都大。它們能夠進行高階認知行為，包括工具使用和問題解決，甚至能弄清楚如何擰開罐子蓋以獲取食物。越來越多的研究人員認為，章魚的聰明才智以及與人類的巨大差異，可能使它們成為推斷複雜大腦功能通用規則的理想模型，此外還能揭示頭足類動物進化出的新型神經學變通方法。
科學家們經常求助於動物，其中包括果蠅、斑馬魚和秀麗隱杆線蟲線蟲，以獲得生物學見解和理解。但在所有廣泛研究的“模式物種”中，齧齒動物（如小鼠）對於理解大腦如何工作最為重要。
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約翰·霍普金斯大學的神經科學家 Gül Dölen 說：“小鼠的優勢在於它的大腦與人類大腦非常相似，而章魚的優勢在於它的大腦與人類大腦非常不同。” 她說，透過比較和對比這些系統與我們自己的系統，“可以讓你獲得還原的邏輯力量。” 她指出，線蟲和果蠅也與人類非常不同，但章魚在複雜性方面超越了這些無脊椎動物同類。 Dölen 和其他神經科學家認識到頭足類動物作為截然不同但高度複雜的生物所提供的獨特機會，他們正在支援頭足類動物成為該領域最新的模式生物。
早在 20 世紀 60 年代，神經生理學家 J. Z. Young 就提出了利用章魚來深入瞭解我們自身物種的想法。 2015 年，當科學家對加州雙斑章魚進行了首個章魚基因組測序時，這個想法變得觸手可及。 芝加哥大學的神經生物學家 Clifton Ragsdale 說：“整個基因組打開了你以前沒有的巨大資訊量。” 他是《自然》雜誌章魚基因組研究的合著者。
研究人員表示，正如其他模式物種的情況一樣，章魚基因組的釋出為關鍵的調查模式鋪平了道路。 這些包括使用基因工程來探索大腦的工作方式，放大特定基因表達的位置，以及透過計算章魚基因與其他物種基因之間的差異來探索進化。
伍茲霍爾海洋生物實驗室的進化發育生物學家、基因組研究的主要作者 Caroline Albertin 說：“對於研究這些非凡的動物來說，我們正處於一個非常激動人心的時刻。” “我們還有大量的研究和問題需要探索。”
為了實現這一目標，研究人員已開始開發頭足類動物版本的分子工具，而使用小鼠或果蠅的研究人員認為這些工具是理所當然的。 去年夏天在《當代生物學》雜誌上，Albertin 和她的同事描述了首個頭足類動物基因敲除（使基因失活以研究其功能）。 現在，同一個團隊正在研究基因敲入，例如，這將使科學家能夠將活性指示劑插入章魚細胞中。 海洋生物實驗室研究員 Joshua Rosenthal 說，這個過程將使他們能夠即時研究動物的神經活動，他也是敲除研究的合著者。 他說：“一旦我們完成下一步，我認為該領域將開始爆發式增長。”
研究已經在加速進行。 2018 年，Dölen 和合著者 Eric Edsinger 給章魚服用了 MDMA，發現儘管它們通常不善社交，但它們對藥物誘導的神經遞質血清素激增的反應與人類相同：它們放鬆並變得更善於交際。 透過基因組分析，科學家們還證實，章魚擁有與 MDMA 在脊椎動物中結合的相同血清素轉運蛋白。 正如《當代生物學》報道的那樣，這一發現表明，社交性可能涉及分子機制，而不是根植於特定的脊椎動物大腦區域。
其他實驗室正在研究章魚的觸手如何在幾乎沒有大腦輸入的情況下感知環境並與之互動。 去年秋天，研究人員在《細胞》雜誌上報道，章魚吸盤中的特殊受體可以檢測它們接觸的表面上的化學物質，使它們可以透過觸控來品嚐味道。 哈佛大學分子和細胞生物學家、細胞研究的資深作者 Nicholas Bellono 說：“這是一個例子，說明我們需要考慮研究各種形狀和大小的生命，才能真正瞭解分子和細胞適應如何產生獨特的生物體特徵和功能。”
科學家們很快將擁有更多資源可以利用。 2016 年，海洋生物實驗室啟動了一個頭足類動物繁殖計劃，以培育研究動物。 Albertin 和專案經理 Bret Grasse 現在正在與 Dölen 和其他同事合作，對小管蛸的基因組進行測序——這是一種高爾夫球到橘子大小的中美洲物種，是章魚模式生物的主要候選者。 小管蛸的小尺寸使其非常適合在實驗室飼養，並且與許多其他章魚物種不同，科學家們已經弄清楚如何繁殖它。
毫無疑問，頭足類動物將為基礎生物學帶來更多見解。 技術突破也可能隨之而來。 例如，材料研究人員對動物皮膚令人難以置信的偽裝能力感興趣，而計算機科學家有一天可能會利用章魚獨立的學習和記憶系統——一個用於視覺，一個用於觸覺——來開發新的機器學習方法。
章魚還可以激發生物醫學工程的進步。 Rosenthal 正在研究頭足類動物驚人的 RNA 編輯率，這有一天可能會帶來新技術，以消除人類基因組中編碼的不需要的突變。 Ragsdale 正在研究章魚如何快速再生它們的觸手、神經索和所有其他組織； 這可能有一天有助於治療失去肢體或患有腦或脊髓損傷的人類。 Rosenthal 說：“生物學幾乎已經找到了解決幾乎所有問題的方案。” “我們只需要找到它。”