了解章鱼独特的生理和解剖结构，可对生物医学研究产生重大影响。本指南介绍了如何建立和维护适合该物种生存的海洋环境，并包含先进的成像与分析方法，以可视化章鱼神经系统的解剖结构与功能。
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摘要
摘要
生物医学研究领域的许多进展都源于对不同物种中支持特定功能的解剖学和细胞机制的发现。章鱼正是其中一种非凡的动物，它为科学家在神经科学、机器人学、再生医学和假肢学等领域提供了新的见解。对这类头足类动物的研究需要建立复杂的设施，并对章鱼及其生态系统进行精心护理，这对项目的成功至关重要。该系统需要多种机械和生物过滤系统，以提供安全、清洁的动物生存环境。除了控制系统外，还需进行专业的常规维护和清洁，以确保设施长期有效运行。建议通过改变水族箱的环境布局、引入多种猎物以及设置具有挑战性的任务，为这些高智商动物提供丰富的环境刺激。我们的研究成果包括磁共振成像（MRI）和全身体自发荧光成像，以及行为学研究，以更深入地理解其神经系统。章鱼具有独特的生理特性，可能影响生物医学研究的多个领域。为其提供可持续的生态系统，是揭示其独特能力的第一步关键举措。
引言
生物医学研究和生物医学工程中的许多新概念常常受到生物物种应对环境和生理条件及挑战的特定策略的启发。例如，了解萤火虫的荧光特性已促成了新型荧光传感器的发展，可用于报告其他模式生物中的细胞活动1；发现藻类中由光激活的离子通道推动了细胞和时间特异性的光调控神经技术的发展2,3,4,5；发现玻璃猫鱼中可依据地球磁场导航的蛋白质，促进了基于磁场的神经调控技术的发展6,7,8,9,10,11；对海兔（Aplysia）虹吸反射的理解，对于揭示行为的细胞基础起到了关键作用12,13,
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方案
所有动物实验均经密歇根州立大学机构动物护理和使用委员会（IACUC）批准。
1. 章鱼养殖箱设备设置
- 首先，获取将要并入海洋环境系统的水族箱所需的所有非生物材料，如图所示。 材料表尺寸以英寸为单位提供。
- 安装前，使用70%乙醇和去离子水清洗所有管路、管道和过滤系统部件。清洁时请勿使用肥皂或其他任何化学品。
- 放置一张 13 英寸 x 49 英寸 x ½ 英寸（部件编号#71），配四个由碳纤维制成的桌腿，尺寸为 2 英寸 × 2 英寸 × 23 英寸（部件编号#72）。将桌腿直接安装在桌面的四个角下方。
- 在台面下方，于每条桌腿之间安装2英寸×2英寸长（部件编号#72）的碳纤维稳定支架，支架固定在桌面底侧，并紧贴顶层搁板边缘。使用螺丝将另一件 与桌子正下方地面接触的、具有相同尺寸的架子。让泵（参见 材料表) 直接置于底层架表面，而水箱则放置在顶层表面。该系统如图所示 图1.
注意：水箱出水为重力驱动，除进出水箱的管道外，所有管路的位置均需低于水箱底部，以确保最大的排水静压头。
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结果
本研究中所有动物均采自野外，因此无法确定其确切年龄，且在实验室的饲养时间各不相同。每天观察章鱼的健康状况，未发现寄生虫、细菌感染、皮肤损伤或异常行为。动物的平均体重为 170.38 ± 77.25 g。每只动物单独饲养在40加仑的水族箱中。每周记录的水族箱参数平均值±标准差如下：pH 8.4 ± 0.0，盐度 34.06 ± 0.61 ppt，温度 18.7 ± 0.75 °C，氨浓度 0.11 ± 0.14 ppm，亚硝酸盐浓度 0.25 ± 0.14 ppm，硝酸盐浓度 1.43 ± 2.44 ppm。
双斑蛸（O. bimaculoides）的行为：为了理解章鱼的感知运动功能以及学习和记忆能力，拧开试管已被证明是一种有效的测试方法（图6）。该测试还可提供一种富集环境，有助于维持与神经退化相关的关键生理机制74。该实验每日进行，共涉及三只章鱼，平均需要4天时间学会打开试管。
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讨论
系统设置：
该水族生态系统的设计结合了机械和生物方法，用于过滤和增氧。系统的过滤组件采用滤袋、蛋白质分离器以及定期清洁，以维持氮和氧的水平。更重要的是，我们还依赖海洋微生物来消耗有害的含氮化合物及其他生物废物，并通过光合作用过程为水体充氧。除使用藻类外，还可通过外置增氧泵连接气石来增加水中氧气含量。在添加任何细菌之前，建议先加入活沙或碎珊瑚作为微生物生长的培养基质；若无基质，微生物群落将在系统中定植得更慢。该过程通常需要1至3周，才能有效分解生物废物，并使氮循环稳定在合适参数范围内。
环境丰富化：
认知和感觉运动方面的丰富化刺激有助于章鱼的神经发生及其整体健康75。丰富化环境可包括沙质基底、贝壳、石块及其他可提供藏身之处和遮蔽空间的结构。我们经常改变章鱼饲养缸内结构的布局，并引入具有有趣机械设计的新玩具，以激励章鱼进行探索。我们发现，使用底部带孔的花盆作为章鱼的居所效果最佳，因为单入口的居所可能在取出章鱼时造成创伤，而带孔设计可减少操作带来的应.......
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披露
所有作者均声明不存在利益冲突。
致谢
本工作由美国国立卫生研究院（NIH）资助项目UF1NS115817（G.P.）支持。G.P. 还部分获得NIH资助项目R01NS072171和R01NS098231的支持。我们感谢Emit Imaging的Patrick Zakrzewski和Mohammed Farhoud在Xerra成像平台上进行数据采集与可视化方面的帮助与支持。密歇根州立大学与布鲁克生物自旋公司（Bruker Biospin）存在研究合作协议。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 1-3/4 英寸钻头 | 家得宝 | 204074205 | 玻璃切割工具 部件编号：1 |
| 1" 流传感器 | Neptune Systems | 本地经销商 | 带传感器的管道，用于测量水流 部件编号：2 |
| 1" 滑动舱壁滤网 | Bulk Reef Supply | 207113 | 水箱出水过滤器 部件编号：3 |
| 10加仑水箱 | 普鲁斯宠物 | 本地经销商 | 招潮蟹暂养池 部件编号：4 |
| 4 英寸 × 12 英寸 200 微米尼龙单丝网滤袋（带塑料环） | AQUAMAXX | UJ41171 | 过滤集水坑中的大型有机物 部件编号：5 |
| 40加仑水族箱 | 普鲁斯宠物 | 本地经销商 | 4 个饲养水族箱 部件编号：6 |
| 60克聚丙烯矩形容器 | 普鲁斯宠物 | 本地经销商 | 2 水储存（盐水和淡水） 部件编号：7 |
| Active Aqua 1/10 马力水培或水族箱冷水机 2018 型号 | WayWe | 719574198463 | 用于持续冷却水 部件编号：8 |
| ALAZCO 2 软握柄重型瓷砖填缝刷 | ALAZCO | B06W2FT5V5 | 水箱清洁 部件编号：9 |
| 氨测试试剂盒 | Aquarium Pharmaceuticals | 33D | 用于水质检测 部件编号：10 |
| Apex 系统 WiFi | Neptune Systems | 本地经销商 | 远程监控系统连接 部件编号：11 |
| API 水族箱测试套装 | 亚马逊 | B001EUE808 | 用于水质检测 部件编号：12 |
| API 铜测试试剂盒 | 亚马逊 | B0006JDWH8 | 用于水质检测 部件编号：13 |
| Aqua Ultraviolet Classic UV 25 瓦系列装置 | Aqua Ultraviolet | A00028 | 用于去除离开集水系统的细菌 部件编号：14 |
| AquaClear 50 泡沫滤芯，3 个装 | Aquaclear | A1394 | Food Tank 活性炭过滤器滤芯 部件编号：15 |
| Aqueon QuietFlow LED PRO 水族箱动力过滤器 30 | Aqueon | 100106082 | 食物罐过滤装置 部件编号：16 |
| 自动补水套件（ATK）（每套包含1个FMM模块、2个光学传感器和1个浮球） | Neptune Systems | 本地经销商 | 用于淡水水族箱 部件编号：17 |
| 自动补充反渗透去离子水（RODI，LLC） | Neptune Systems | 本地经销商 | 从储水系统到章鱼养殖箱 部件编号：18 |
| 带纹 trochus 蜗牛 | LiveAquaria | CN-112080 | 用于藻类培养箱 部件编号：19 |
| 刺松藻，人工养殖 | LiveAquaria | BVJ-76354 | 用于藻类容器 部件编号：20 |
| 蛤蜊 - 活体，硬壳，小圆蛤，野生，美国产，一打 | 富尔顿鱼市 | N/A | 活体饲料 部件编号：21 |
| 经典海盐混合物 - Tropic Marin | Bulk Reef Supply | 211813 | 水箱用水盐 部件编号：22 |
| 透明 Masterkleer 软质 PVC 塑料管，适用于空气和水，3/4" ID， 1" OD | McMaster | 5233K71 | 清洁工具 部件编号：23 |
| Continuum Aquablade-P 丙烯酸安全除藻刮刀（带塑料刀片）— 15 英寸 | 海洋仓库 | 4C31001 | 清洁工具 部件编号：24 |
| 铜检测试剂盒 | Aquarium Pharmaceuticals | 65L | 用于水质检测 部件编号：25 |
| Curve Refugium CREE LED 水族灯 | Eshopps | 6500K | 藻类培养箱灯光 部件编号：26 |
| Eheim 1262 回流泵 | EHEIM | 1250219 | 储水罐用泵 部件编号：27 |
| Eshopps R-100 藻缸集水槽 GEN 3 | Eshopps | 15000 | 集水系统 部件编号：28 |
| 乙醇，200 Proof | Sigma-Aldrich | 64-17-5 | 麻醉 部件编号：29 |
| Extech DO600 ExStik II 溶解氧测定仪 | Extech | DO600 | 氧气测量 部件编号：30 |
| 招潮蟹；活体；一打 | 东北卤水虾 | N/A | 活体饲料 部件编号：31 |
| 滤芯 | Aqueon | 100106087 | 食物罐过滤器 部件编号：32 |
| 佛罗里达碎珊瑚干砂 - CaribSea | Bulk Reef Supply | 212959 | 水箱底部用沉积物 部件编号：33 |
| FMM模块 | Neptune Systems | 本地经销商 | apex 系统控制器 部件编号：34 |
| Fritz-Zyme TurboStart 900 - Fritz | Bulk Reef Supply | 213036 | 细菌开始 部件编号：35 |
| 手动操作鼓泵，虹吸管，带出液口的基本泵，适用于桶型容器 | Grainger | 38Y789 | 手动水泵 部件编号：36 |
| 高 pH 测试试剂盒 | Aquarium Pharmaceuticals | 27 | 用于水质检测 部件编号：37 |
| Imagitarium 虾类用细网 | Petco | 2580993 | 虾和鱼转移网 部件编号：38 |
| 泄漏检测套件（LDK）— 包含 FMM 模块及 2 个 ALD 传感器 | Neptune Systems | 本地经销商 | 放置于地面以检测漏水 部件编号：39 |
| Lee氏大型藻类清洁刷垫 - 玻璃用 | 海洋仓库 | LE12007 | 清洁工具 部件编号：40 |
| 活石 | 普鲁斯宠物 | 本地经销商 | 章鱼栖息环境 部件编号：41 |
| 长瓶清洗刷 17" 超长 | 海猫猫 | B07FS7J7PN | 水箱清洁 部件编号：42 |
| 氯化镁 | Sigma-Aldrich | M1028-100ML | 安乐死 部件编号：43 |
| 磁性探针架 | Neptune Systems | 本地经销商 | 用于固定顶端传感器探头 部件编号：44 |
| 海洋幽灵虾 | 东北卤水虾 | N/A | 活体饲料 部件编号：45 |
| Marineland C系列罐式碳袋滤材，2个装 | 有嚼劲的 | 98331 | 铜含量升高时 部件编号：46 |
| Nitra-Zorb 袋 | Aquarium Pharmaceuticals | AP2213 | 吸收氮化合物 部件编号：47 |
| 硝酸盐检测试剂盒 | Aquarium Pharmaceuticals | LR1800 | 用于水质检测 部件编号：48 |
| 亚硝酸盐检测试剂盒 | Aquarium Pharmaceuticals | 26 | 用于水质检测<许多生物医学研究的进展都源于对不同物种中支持特定功能的解剖学和细胞机制的发现。章鱼就是其中一种非凡的动物，它为科学家在神经科学、机器人学、再生医学和假肢领域的研究提供了新的见解。对这类头足类动物的研究需要建立复杂的设施，并对章鱼及其赖以生存的生态系统进行精心维护，这对项目的成功至关重要。该系统需要配备多种机械和生物过滤装置，以为动物提供安全且洁净的生活环境。此外，还需配备控制系统，并进行专业的日常维护和清洁，以确保设施长期稳定运行。建议为这些高智商动物提供丰富化的环境，例如定期改变水族箱内的布局、引入多种猎物以及设置具有挑战性的任务供其完成。我们的研究成果包括磁共振成像（MRI）、全身体自发荧光成像以及行为学研究，以更深入地理解其神经系统。章鱼具有独特的生理特性，可能对多个生物医学研究领域产生重要影响。为它们构建可持续的生态系统，是揭示其独特能力的第一步。> 部件编号：49 |
| Pawfly 2 英寸圆柱形气石 6 件装 气泡扩散器 水族箱鱼缸泵用气石 蓝色 | 亚马逊 | B076S56XWX | 曝气处理水 部件编号：50 |
| Penn Plax 水族馆专用 airline 管 –透明且柔韧，不易折弯，标准长度8英尺 | 亚马逊 | B0002563MM | 连接气泵与气石的软管 部件编号：51 |
| 带活接/阀门的管道，外径 3/4" 柔性软管 | 普鲁斯宠物 | 本地经销商 | 水体运输 部件编号：52 |
| PM1 模块 | Neptune Systems | 本地经销商 | 顶端电源控制模块 部件编号：53 |
| 蛋白质分离器 | 礁石章鱼 | AC20284 | 清除系统中的生物废弃物 部件编号：54 |
| PVC 顶点安装板、衬套、电线支架 | Neptune Systems | 本地经销商 | 有助于确保系统内电线和管路的有序排列 部件编号：55 |
| PVC 普通胶粘剂和 4 盎司 NSF 紫色底涂剂 | 亚马逊 | Oatey - 30246 | 用于连接PVC管 部件编号：56 |
| RODI 仪 | Neptune Systems | 本地经销商 | 反渗透水 部件编号：57 |
| 盐度探针 | HANNA探针 | HI98319 | 测量水的盐度 部件编号：58 |
| Seachem Pristine 水族箱处理剂 | Seachem | 1438 | 提供可分解多余食物、废物和碎屑的细菌 部件编号：59 |
| Seachem Stability 鱼缸稳定剂 | Seachem | 116012607 | Seachem Stability 可快速且安全地在淡水和海水系统中建立水族箱生物过滤器 部件编号：60 |
| Lexan 顶盖组件 | 普鲁斯宠物 | 本地经销商 | 水族箱盖 部件编号：61 |
| 各种延长长度的 Aquabus 电缆套装 | Neptune Systems | 本地经销商 | Apex 系统用电缆 部件编号：62 |
| SLSON 水族箱藻类刮除器 双面海绵刷清洁工具 长柄玻璃水族箱 scrubber | 亚马逊 | B07DC2TZCJ | 清洁工具 部件编号：63 |
| 标准壁厚 PVC 水管管件，45度弯头异径接头，3/4 英寸内螺纹母接头 x 3/4 英寸外螺纹公接头 | McMaster | 4880K189 | PVC 管 部件编号：64 |
| 标准壁 用于水的PVC管件，90度 肘部 适配器 1 个母头插座 x 1 个公头插座 | McMaster | 4880K773 | PVC 管 部件编号：65 |
| 标准壁 用于水的 PVC 管件，异径接头， 1 Socket-Connect 雌性 × 1 带刺雄性 | McMaster | 4880K415 | PVC 管 部件编号：66 |
| 标准壁 用于水的PVC管接头，直通型 减速器 2 孔雌性连接器 x 3/4 插座母头 | McMaster | 4880K008 | PVC 管 部件编号：67 |
| 标准壁 用于水的 PVC 管件，三通连接器 怀特， 1 大小 Socket-Connect 雌性 | McMaster | 4880K43 | PVC 管 部件编号：68 |
| 标准壁 用于水的无螺纹刚性PVC管，1英寸管径，10英尺长 | McMaster | 48925K13 | PVC 管 部件编号：69 |
| 用于水的标准化壁厚无螺纹刚性PVC管，管径3/4，长5英尺 | McMaster | 48925K92 | PVC 管 部件编号：70 |
| 结构型 FRP 玻璃钢板，48" 宽 x 96" 长，1/2" 厚 | McMaster | 8537K15 | 台面材料 部件编号：71 |
| 结构型 FRP 玻璃钢方形管，10 英尺长，2" 宽 x 2" 高外部，1/8" 壁厚 | McMaster | 8548K33 | 结构表材料 部件编号：72 |
| 水箱沉积物 | TopDawg 宠物用品 | 8479001207 | 招潮蟹养殖缸底部用沉积物 部件编号：73 |
| 温度探头 | Neptune Systems | 本地经销商 | 水族箱温度探头 部件编号：74 |
| Tetra TetraMarine 大型海水鱼 flakes 饲料，适用于所有海水鱼类 | 亚马逊 | B00025K0US | 鱼、虾和蟹饲料 部件编号：75 |
| Tetra Whisper 10加仑水族箱气泵 | Petco | 2335234 | 小型水族箱用气泵 部件编号：76 |
| 厚壁穿墙管件，用于水，PVC 连接器，1 个插口连接母头 | McMaster | 36895K843 | PVC 管 部件编号：77 |
| Vectra s2 泵 | Bulk Reef Supply | 212141 | 水族箱泵 部件编号：78 |
| 水泵 | TACKLIFE | GHWP1A | 用于清洁水箱的泵 部件编号：79 |
| Wyze Cam v2 1080p高清室内WiFi智能家用摄像头（含夜视功能） | 亚马逊 | B076H3SRXG | DeepLabCut 录制 部件编号：80 |
参考文献
- Wet, J. R., Wood, K. V., DeLuca, M., Helinski, D. R., Subramani, S. Firefly luciferase gene: structure and expression in mammalian cells. Molecular and Cellular Biology. 7 (2), 725-737 (1987).
- Han, X., Boyden, E. S.
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