章魚在黑暗的海洋裂縫中漫遊，尋找水下閃爍的光芒，這可能預示著它的下一頓美餐。它會留意掠過其視野的小魚和沿著海底爬行的螃蟹。與此同時，章魚警惕地注視著上方滑過的陰影——也許是一條抹香鯨，章魚及其獵物的常見捕食者。對於像章魚這樣柔軟、靈活的頭足類動物來說，尋找食物和保持安全需要一套不同於我們人類在熒光燈照射的美食廣場中尋找下一頓飯時所使用的視覺敏感性和技能。
章魚、墨魚和魷魚——蛸亞綱或軟體頭足類動物——與人類相似，它們嚴重依賴它們的視覺系統來指導它們的日常活動。但是它們的大腦已經進化出一種完全不同的觀察周圍環境的方式，以幫助它們進行水生活動。科學家們仍在試圖弄清楚這些動物的大腦是如何使它們擁有獨特的視覺方式的。
俄勒岡大學視覺神經科學家克里斯·尼爾說：“它們的眼睛和我們的一樣，它們也有很大的大腦，但是大腦的組織方式完全不同，因為它們的進化方式不同。” “而且，對於它知之甚少——作為一名視覺神經科學家，我只是被迷住了。”
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視覺對於頭足類動物來說至關重要，以至於它們將中央大腦超過三分之二的部分用於視覺處理，略高於人類大腦的相應衡量標準。它們的視覺系統與人類的不同，儘管頭足類動物和我們人類都具有某種不尋常的類似照相機的眼睛，可以透過孔徑接收光線並用晶狀體聚焦光線。
與人類不同，頭足類動物對黑暗的大物體和明亮的小物體格外敏感。尼爾在將章魚帶入他的實驗室時發現了這一點。他在那裡發現，當看到螢幕上的小光圈和大黑圈時，它們的神經活動更多，這是透過動物視葉的鈣成像測量的。這可能是因為章魚的小獵物在大的黑暗背景下往往顯得明亮，而上方逼近的大型物體（如捕食者）在明亮的背景下可能顯得黑暗。
其他實驗表明，章魚也傾向於比對角視覺輸入更易於檢測水平和垂直刺激。這一發現最早可以追溯到1957年。這種“直線”偏好可能有助於章魚挑出水平方向遊動的獵物或向下移動的捕食者。
雖然許多其他水下生物已經適應看到比人類更廣泛的色譜，但頭足類動物的適應卻走了另一條路。值得注意的是，除了少數深海物種外，這些動物似乎都是色盲。“這有點讓我們震驚，因為幾乎所有生物都能看到顏色，”杜克大學的視覺生態學家索恩克·約翰森說。
與我們的視網膜光感受器（如幫助我們看到顏色的視錐細胞）不同，頭足類動物的光感受器可以感知來自不同方向的偏振光。它們的光感受器細胞以水平和垂直交替的方向模式覆蓋眼睛後部的視網膜，這使它們能夠檢測來自不同角度的偏振光。許多其他水生動物可以感知偏振光，但不如頭足類動物那樣詳細。
因為人類對偏振光不敏感，所以很難想象這會是什麼樣子。偏振視覺使動物能夠清晰地透過水觀察，而不會使物體因反射而變形，這類似於偏光太陽鏡如何幫助我們避免看到眩光。
在水下，偏振影像比顏色更可靠，可以準確描繪周圍的海景，因為水可以過濾掉色譜上的某些波長的光，但不會影響遠處偏振光的感知。因此，到達頭足類動物眼睛的偏振光可以為在所有深度看到物體提供有用的線索。然而，科學家們仍在試圖瞭解頭足類動物如何使用這些偏振影像。
儘管偏振視覺有助於頭足類動物看到東西，但科學家們仍然對章魚在沒有色彩視覺的情況下如何偽裝感到困惑。如果動物看不到顏色，它們如何根據顏色進行偽裝？頭足類動物，尤其是墨魚和章魚，會瞬間改變皮膚的圖案和紋理，以與周圍環境融為一體，避免被發現。有時它們甚至會偽裝成其他東西，如藻類或岩石。
哥倫比亞大學的神經科學家苔莎·蒙塔古解釋說，研究人員對這如何成為可能主要有兩種理論。第一種是一個有趣的觀點，即頭足類動物瞳孔的形狀可能有助於分離光波長，並使原本是色盲的動物能夠檢測到顏色。當然，這不會發生在任何瞳孔上。頭足類動物的瞳孔形狀往往允許不同的波長在距晶狀體不同距離的位置聚焦，就在瞳孔後面。還需要更多的實驗來闡明動物是否真的使用這些訊號將光波長分類為顏色。
第二個不那麼令人驚訝的觀點是，也許海水的深綠藍色調充當了一種過濾器，減少了頭足類動物需要顯示的顏色範圍。動物潛入水下的深度越深，水過濾掉的紅色和橙色波長就越多。約翰森贊同這種觀點，他說色盲偽裝“並非每個人都認為的難題”。
一些頭足類動物不僅使用顏色來偽裝，還用於物種間交流。蒙塔古解釋說：“它們使用整套視覺詞彙來進行社會交流。”
例如，許多墨魚使用引人注目的黑白條紋圖案來表達對同類物種的攻擊性。它們有時也會在皮膚上創造出斑點或波浪狀圖案。“我們[實驗室]的物種經常會看向水箱外面，當它們看著我們並觀察我們時，它們會開始製造波浪，”蒙塔古說。“所以我認為這是一種注意力形式——就像它們在關注周圍環境並保持警惕一樣。” 但是，墨魚中許多這些圖案的含義仍然是個謎。
關於偽裝和色盲如何在不同物種之間變化，仍然存在更大的問題。德國羅斯托克大學的動物學家弗雷德里克·漢克說：“我認為最好是用章魚進行偽裝[研究]，同時用墨魚進行色彩視覺的行為實驗。” 最新的基因、神經影像和行為分析技術可能會使此類研究成為可能。
重要的是，不同的頭足類動物生活在不同的深度，它們使用視覺進行狩獵和偽裝等活動，因此將單一的頭足類動物視覺系統稱為一個整體是極大的簡化。像漢克和蒙塔古這樣的科學家對章魚和墨魚之間的視覺能力和系統有何不同特別感興趣。
尼爾說：“我一直試圖傳達的是這件事有多麼神秘——不僅僅是因為章魚是奇怪的生物……而是因為這是一個設計與我們完全不同的大腦，卻在做著這些非凡的事情。” “我發現有這片未開發的領域真是太神奇了。”