被推入MRI的頭足類動物，有牠們大腦平滑的夥伴。
大家好，我是菜編，兩週前牆編私訊我：「軟絲仔MRI ，要不要來寫一下？」身為一名在臺灣屈指可數頭足類實驗室中的大學生，去年這篇文章剛發表的時候就曾看過，但因為太多新東西，資訊也很多，一時間難以歸納出科普文章，應著牆編詢問，今天就來跟大家介紹「頭足類照MRI」究竟是什麼回事。
醫院裡的高能工具，前端研究的大幫手
MRI（Magnetic resonance imaging，磁共振成像）是一種成像技術，透過外加磁場的方式影響質子，並偵測回復原狀時所發出的電磁波，因為不同組織發出的電磁波訊號相異，依此可以重建樣本影像，原理其實跟NMR（Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy，核磁共振光譜法）一樣，只是因為大眾對「核」強烈的恐懼，所以才變名成「磁共振」。這個技術早在醫療診斷上帶來不容忽視的益處，也在各式嶄新研究突破上扮演舉足輕重的角色，然而在頭足類的應用卻仍付之闕如。
不過，最近事情開始出現了變化，去年文松博士以MRI掃描軟絲神經系統發表研究後，今年竟然又出產了一篇熱騰騰的章魚大腦研究！文松博士目前為澳洲昆士蘭大學的博士後研究員，也是臉書粉專Cephanews @ Taiwan的W編，時常分享型態各異的頭足類生物，還有新穎的相關研究，致力於頭足類研究跟科普推廣的他，在此領域有不容忽視的貢獻。現在就來讓我們來看看，頭足類的大腦究竟有什麼奧秘吧！
絢爛奪目，MRI重建五彩的軟絲大腦
頭足綱包含有烏賊、章魚跟軟絲等軟體動物，因為有複雜且多樣化的行為表現，逐漸成為研究認知行為的模式動物，儘管如此，但目前對牠們神經間的連結關係所知依舊不足，難以建構神經與行為間的關係。除了鸚鵡螺外，牠們都擁有圍繞食道的大腦，解析神經系統的方法約可分為五個面向，分別是解碼基因組序列、體內分子變化與突觸活性關係、電生理學研究、神經解剖與組織學，最後則是大腦磁共振造影。
這些軟絲們是首批被送入MRI研究神經連結的頭足類先驅，從上圖可以看到掃描後重建的精美大腦，這類中樞神經系統可分為四個大區塊：Vertical lobe complex專責學習與記憶、Optic lobes負責處理視覺相關工作、Supraoesophageal mass（食道上方）協調感官輸入控制運動中樞與行為反應、Suboesophageal mass（食道下方）則執行簡單的鰭和腕，還有呼吸運動控制，集中在上圖B的Op、V跟Pv區塊，而Bu則是咀嚼肌肉，在快炒店能吃到的龍珠就是這個部位。
章魚哥又有你的事？四種章魚腦袋大不同！
接續著MRI在軟絲大腦研究的成功經驗，文松博士在前幾天於國際期刊《Current Biology》上發表了章魚哥的大腦研究，而這篇論文最讓我咋舌的並非換個物種成像造影，而是在神經研究中看到了生態與演化意義。
該研究選擇了四個生活模式不同，且系統發育關係相異類群的物種，分別是棲居深海的吸血章魚（Vampyroteuthis infernalis），晝伏夜出的藍紋章魚（Hapalochlaena fasciata），還有兩種日行性的珊瑚礁居民，藻類章魚（Abdopus capricornicus）跟藍章（Octopus cyanea）。
什麼！真的有光滑的氣球腦？
來看於VL（vertical lobe）跟OPL（optic lobe）腦區的研究結果，大家還記得這兩個地方各負責什麼嗎？一個負責記憶與學習，另一個則負責執行視覺相關任務。研究團隊將兩區的腦迴指數（gyrification index，GI）進行量化，此指數代表大腦的折疊程度，擁有較多皺褶，每單位大腦可處理的訊息就能較多，一般會認為棲息於較複雜環境，或能表現較多樣化行為的動物會有較多腦皺褶，而此研究發現棲居深海的吸血章魚的VL跟OPL腦區較為平滑，就有可能是因為深海裡的資訊複雜性較低，不須處理太多樣的資訊所致，大腦整體構造可以參照上圖。
除了比較兩個腦區的皺褶程度外，OPL腦區的外型也根據生活環境的光源有相當不同的適應結果，從下圖可以看到生活於低光源環境下的章魚擁有豆狀的OPL（A & B），而白天行動的章魚則演化出了羊角麵包狀的OPL（C & D），這個造型的OPL 比較大，且有較多皺褶，能在有限的空間中擴大表面積，從這邊就看得出生活光源亮度不同，確實會造成相異的演化結果，紅色跟綠色箭頭分別指出大腦皺褶的位置。
另外一件有意思的事，儘管吸血鬼章魚生活於光源極低的環境，但牠的眼睛大小卻相當驚人，而且OPL的相對大小也這四個物種裡也名列前茅，原因很可能是要在極低的背景光源下，找到會自體發光的生物，不管是獵物，或是配偶，才能適應環境、生存下來，所以需要較大的眼睛接收光源，也要有相應的大腦空間處理資訊，不過前面有提到，因為環境複雜性很低，牠依舊保持簡單平滑的氣球腦。
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資料來源：
- Toward an MRI-Based Mesoscale Connectome of the Squid Brain. Chung, Wen-Sung et al. iScience, Volume 23, Issue 1, 100816.
- Wen-Sung Chung, Nyoman D. Kurniawan, N. Justin Marshall. Comparative brain structure and visual processing in octopus from different habitats. Current Biology. 2021. ISSN 0960-9822.
- Cephalopod Brain Terminology: http://tolweb.org/accessory/Cephalopod_Brain_Terminology?acc_id=1944
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