在无脊椎动物中，章鱼的脑算大的了，大约有胡桃大小，和非洲灰鹦鹉（African gray parrot）的脑差不多大。

　　鹦鹉有多聪明呢？伊莲．佩帕博格（Irene Pepperberg）博士训练了一只鹦鹉，叫做亚历克斯（Alex），让它学到了百来个英文单字的意义，它也能够展现出对于形状、大小和材质概念的理解，甚至能够算数学和提出问题。它还会故意欺骗训练人员，被逮个正着时还会道歉。不过并非所有的事情都和脑部大小有关，毕竟所有的东西迷你化之后，都可以维持原来的功用，看看电脑科技就能够了解我的意思。

　　科学家用来计算脑力的依据是神经元的数量，脑部处理资讯的能力来自于神经元。从这点来看，章鱼还是不简单。章鱼有三亿个神经元，魟鱼有二亿个，蛙类可能有一千六百万个。同为软体动物的淡水田螺最多只有一万一千个。

　　看起来拥有大头的章鱼，长跟大家想像中的外星人颇相似。相较之下，人类的脑中有一千亿个神经元，但是人类的脑和章鱼的脑是不可以放在一起比较的。

　　芝加哥大学的神经科学家克里夫．雷格戴尔（Cliff Ragsdale）说：「既然地球上没有出现火星人让科学家研究，那么头足类是脊椎动物之外，唯一能够说明复杂又聪明的脑部是如何形成的动物。」雷格戴尔研究的是章鱼脑部的神经回路，他想知道章鱼神经回路的运作方式是否和人类的一样。

　　举例来说，人的大脑分成四个脑叶，各负责不同的功能。章鱼的脑部依照种类不同以及计算的方式，可以有五十到七十个脑叶。而且，章鱼的神经元，大多数不在脑中，而是在腕足内。

　　章鱼得同时进行多项工作，包括协调所有腕足的动作、改变颜色与形状、学习与思考、记忆与下决定，在此同时还得处理从全身皮肤涌来的味觉，这样的神经系统可能是多工下适应的结果，这也能解释，章鱼的视觉系统有着和人类类似、发展完善的眼睛。

　　人类的眼睛功能，大概就是可以痴痴地望着你？不过章鱼的脑和眼睛演化得如此复杂，和人类的演化过程完全不同。人类和章鱼的共同祖先是一种原始的管状生物，非常古老，脑部和眼睛都还没有演化出来，但是章鱼的眼睛和人类的依然非常相似。

　　两者都使用水晶体聚焦，都具有透明的眼角膜，以虹膜调整进入眼睛的光量，在眼睛后方都有视网膜能够把光转换成神经讯号让脑部处理。

　　但也有不同之处。章鱼的眼睛可以感受偏光，人类的没有办法。章鱼的眼睛没有盲点（人类的视神经连接在眼睛视网膜的后面，所以有盲点。章鱼的视神经围绕在视网膜外侧）。

　　人类的眼睛产生的是双眼视觉，直接看到前方（移动方向）的景物。章鱼的眼睛是广角的，能够看到全景，而且和变色龙的眼睛一样可以各自转动。人类的视力可以远看到地平线，章鱼的视力范围不到三公尺。人眼和章鱼眼之间，还有另一个重要的差异。人类的眼睛中有三种视觉色素，所以人类能够看到彩色。但是章鱼的眼睛只有一种色素，所以这种伪装大师严格来说其实是色盲。

　　那么章鱼要怎样决定该改变成什么颜色呢？新的证据指出，它们能够用皮肤感知颜色。伍兹霍尔海洋研究所和华盛顿大学的研究人员发现，在章鱼的近亲欧洲乌贼（Sepia officinalis）身上，有些通常只在眼睛视网膜表现的基因，也表现在皮肤中。

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