El sistema nervioso típico de los bivalvos está formado por 3 ganglios y un par de largos cordones nerviosos; el primer ganglio es el cerebropleural, el segundo el pedio y el tercero el visceral. Los dos primeros inervan el pie y el músculo aductor anterior, mientras que el último controla los músculos de los sifones y el músculo aductor posterior. Existen numerosos órganos de los sentidos en el borde del manto, como tentáculos con células sensoriales y quimiorreceptores y es posible la presencia de ocelos. En el pie existen estatocistos. Es típico también la presencia de un osfradio, en la parte posterior, en la cámara exhalante, que "detecta" la calidad del agua que circula por el interior del animal.
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El sistema nervioso de los moluscos está muy diferenciado, y muy evolucionado en determinados grupos, como los cefalópodos. Está compuesto por una anillo de ganglios situados alrededor del esófago, que incluyen dos ganglios cerebroides y dos pleurales. De esta cadena de ganglios nacen cuatro cordones, dos hacia el pie y otros dos hacia la masa visceral. Los sentidos están compuestos por ojos cefálicos (situados en la cabeza), o extracefálicos (situados o esparcidos por el manto); células sensoriales de estabilización llamados estatocistos; y órganos de función quimiorreceptora (terminaciones nerviosas sensitivas) llamados osfradios. En los cefalópodos (como los pulpos) todos los ganglios están fusionados formando una importante masa cerebral, esto les imprime una alta capacidad de aprendizaje y de sofisticado comportamiento.