A maioria dos Moluscos, tais como Bivalves e lesmas, têm vários grupos de neurônios intercomunicantes chamados gânglios. O sistema nervoso da lebre-do-mar(Aplysia) tem sido utilizado extensamente em experimentos de neurociência por causa de sua simplicidade e capacidade de aprender associações simples.
Os cefalópodes, tais como lulas e polvos, possuem cérebros relativamente complexos. Estes animais também apresentam olhos sofisticados. Como em todos os invertebrados, os axônios dos cefalópodes carecem de mielina, o isolante que permite reação rápida nos vertebrados. Para obter uma velocidade de condução rápida o bastante para controlar músculos em tentáculos distantes, os axônios dos cefalópodes precisam ter um diâmetro avantajado nas grandes espécies de cefalópodes. Por este motivo, os axônios da lula gigante são usados por neurocientistas para trabalhar as propriedades básicas da ação potencial.
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