Pro každou individuální končetina průměrného zvířete, kolik neuronů a jaké procento mozku je potřeba k ovládání této končetiny?

Myslím, že tam „v této otázce je falešný předpoklad podobný “ lidé používají pouze 10% svého mozku „. To má na mozek podobný pohled jako na nějaký počítač s obecným centrální procesorová jednotka, která zvládne pevné množství zpracování a pevné množství paměti. Mozek takto nefunguje.

Poznámka: vzhledem k tomu, že otázka je založena na falešném předpokladu, nemysli si, že je možné splnit běžné standardy hard-science tagu. Budu se snažit.

Místo toho mozek tvoří velmi specializované oblasti, které řídí určité věci .Říkat „používáte pouze X% svého mozku“ je jako říkat „používáte pouze X% svého domu“. To, že někdo sleduje televizi v obývacím pokoji, vám nepomůže vařit večeři v kuchyni.

Nezáleží na velikosti mozku nebo na celkové mozkové síle. Ale zda je nebo není část mozku pro ovládání končetin vyvinuta tak, aby zvládla koordinaci šesti končetin. Chcete-li znovu použít domácí analogii, nezáleží na tom, jak velká je, pokud je k dispozici pouze jedna toaleta, může ji používat najednou pouze jedna osoba.

Takže odpověď zní: pokud potřebujete k ovládání šesti končetin bude evoluce zajišťovat, aby část mozku pro ovládání šesti končetin byla dobře vyvinutá. To by mohlo být na úkor jiných částí mozku … nebo byste mohli mít jen hustěji zabalený mozek.

Proto na velikosti mozku nezáleží stejně jako hustota mozku a specializace. Mozky spotřebovávají hodně energie. Lidský mozek tvoří pouhá 2% vaší tělesné hmotnosti, ale spotřebuje 20% vaší energie. Složitější mozek znamená více energie. Lidský díky evoluci to na chvíli fungovalo, ale obvykle to není dobrý evoluční kompromis. Například koala má jednu z nejnižších hmotností mozku k tělu poměr jakéhokoli savce a je velmi hladké zmenšovat jeho povrchovou plochu a dále snižovat hustotu neuronů. Je tomu tak částečně proto, že jeho strava z listů eukalyptu má velmi nízký obsah kalorií a výživy. Koala nepotřebuje velkou sílu mozku, takže na ni neplytvá energií.

Stručně řečeno, neexistuje odpověď na „procento mozku na končetinu“, protože to není “ Jak funguje mozek. Místo toho by oblasti pro ovládání končetin byly … ne nutně více , ale jinak vyvinuté: primární motorická kůra , premotorická kůra , doplňková motorická oblast a další.

Skutečným důvodem, proč lidé nemají šest končetin, je to, že jsme pocházeli z tělesného plánu zavedeného nejméně před 500 miliony let sdíleného všemi obratlovci . Páteř, hlava a čtyři končetiny. I hadi, kteří zjevně nemají končetiny, mají čtyři zakrnělé končetiny. Tento základní plán těla se nemění, evoluce se musí postupně zvyšovat podle toho, co má . Může se přizpůsobovat a odstraňovat, ale jen zřídka přidává nebo provádí radikální změny.

Celá tato adaptace je také důvodem, proč je těžké odpovědět „kolik neuronů na končetinu“. Váš mozek, stejně jako váš tělo, je adaptace nahromaděné na adaptaci nahromaděné na adaptaci. A váš mozek, stejně jako vaše tělo, je velmi efektivní; to dělá s asi 20 W, co tradiční počítač, s jeho velmi organizovaným Struktura by potřebovala 10 megawattů . Ale tato účinnost znamená, že je velmi, velmi, velmi složitý a stejný neuron může být zapojen do mnoha funkcí. Je pochybné, že se můžete podívat na neuron a říct „toto je pouze pro ovládání končetiny „, protože se pravděpodobně účastní i něčeho jiného. Nerozumíme plně tomu, jak mozek koordinuje pohyb, nebo dělá většinu věcí.

Komentáře

• Možná jako příklad uvažujte u pavouků, kteří mají osm nohou, i když mohou být velmi malí. Dodal bych, že to bude také záviset na tom, jak složitý a vědomý je pohyb končetin, rukou a prstů.
• Bylo by zajímavé vědět o inteligenci věnované ocasu u druhů, jako jsou klokani ( ocas = třetí noha), opice nového světa (extrémně prehensilní ocas) a dokonce i lidé (zakrnělý vnitřní ocas je stále vybaven příliš mnoha neurony pro pohodlí!)
• Odpovědi, které vyvracejí otázku, jsou naprosto v pořádku . Mimochodem, hlasujte.
• To by mohlo přidat další diskusi. je to kousek National Geographic na Octopus, který musel pěstovat velké množství neuronů, aby ovládal každou končetinu zvlášť a využíval její změnu barvy. nationalgeographic.com/magazine/2016/11/…
• A co svalová paměť? Například když píšu, prsty intuitivně najdou ten správný klíč, aniž bych o tom přemýšlel. To mě vede k myšlence, že množství použitých neuronů se neomezuje pouze na počet končetin (prstů), ale také na počet “ manévrů “ které jsou v paměti. Řekněme desky 100 vs 200 kláves. Také: Plavání, jízda na kole, chůze atd.

Překvapivé množství výpočtů je nedělá se vůbec v mozku, ale v páteři! Velké množství našich pohybových schopností je ve skutečnosti spravováno v neurální síti naší páteře.

Jako úžasný příklad zvažte centrální generátory vzorů nalezené v páteři pro ovládání naší chůze.Pokud jdete a vaše pravá ruka se o něco opírá, ve skutečnosti upravíte pohyb levé nohy, abyste kompenzovali, než se signál vůbec dostane do mozku.

Konkrétní studie z roku 2007 používala kočky se sníženou sazbou. Jedná se o kočky, jejichž mozeček byl odstraněn ve jménu vědy. Pokud vás tato myšlenka obtěžuje, může to být dobrý bod, abyste přestali číst, a jen přijměte, že páteř je zodpovědná za pozoruhodnou část kontroly našich končetin.

Jednotlivé podrobnosti nejsou pro háklivý , ale naštěstí jsou dobře zakryty přesným vědeckým žargonem, takže je možné je zde reprodukovat a určit, jak málo z mozku po operaci zbývá:

Dále, provedli jsme pre-mamilární decerebraci. Mozkový kmen byl transekován rostrálně do superior colliculus, přibližně v úhlu 45 °, aby se zachovala mammilární těla a subtalamické jádro. Byla odstraněna veškerá mozková hmota rostrálně a laterálně od transekce.

Tyto kočky byly poté umístěny na běžecký pás, což způsobilo, že kočky chodily, přestože neměly vyšší funkce. Poté upravili úhel krku kočky, aby simulovaly chůzi nahoru a dolů při zachování úrovně hlavy.

Zjistili, že při chůzi naplocho se hodnoty EMG ukazující svalovou aktivitu shodovaly se vzory spojenými s normální chůzi kočky s mimořádnou přesností. Mozek ve skutečnosti pro tento pohyb vůbec nebyl vyžadován. Poté naklonili krk nahoru a dolů a zjistili, že to vede k pozoruhodně podobným výsledkům jako normální kočky, které kráčejí nahoru a dolů z kopce při zachování jejich hlavy. Propreceptory v krku byly ve skutečnosti integrovány do dat zpracovávaných páteří a chůze byla odpovídajícím způsobem upravena.

Takže bych řekl, že více končetin je naprosto platných, protože překvapivě velké množství toho, co jsme dělat s nimi je vlastně distribuční kapacita nalezená v páteři, ne mozek. Žonglování se 7 míčky se 6 pažemi může být stále obtížný úkol, ale pouhé ovládání těchto paži by nebylo.

Komentáře

• Druhou stranou je to, co přesně znamená “ limb „. Mají lidé mozkovou oblast ovládající 2 paže nebo 2 paže a 10 prstů – pokud se dotknete dotyku nebo hrajete na klavír, ‚ si uvědomíte, že je lze ovládat nezávisle. Je oblast mozku stejná pro chodidla & prsty na nohou? A co nohy koně a jeho citlivé & mobilní rty? Nebo nohy slona vs kmene?
• @jamesqf Z toho, co jsem ‚ viděl, je zajímavá otázka, zda existují oblasti pro paže, prsty na rukou a nohou, nebo zda existují oblasti pro chůzi, hru na klavír a tanec. Čím víc se dívám, tím víc přemýšlím, jestli je to ‚ to druhé. Otázka, na kterou se stále ptám, je “ ovládá žonglér 2 ruce, nebo žonglér jednoduše žongluje? “
• Extrémním příkladem je možná skutečnost, že kuřata jsou schopna chodit a po určitou dobu po úplné dekapitaci se obecně chovají poměrně pravidelně. V jednom notoricky známém případě bylo kuře schopné přežít bez hlavy několik let, IIRC.
• V těchto souvislostech je pozoruhodné, že chobotnice používá ‚ hierarchický motorický systém: mozek vysílá příkazy do končetin, které provádějí akce v podstatě nezávisle na centrálním ovládání – viz news.nationalgeographic.com/news/2001/09/0907_octoarm .html pro další podrobnosti.
• @Cort Ammon: ‚ si myslím, že je velmi nepravděpodobné, že by mozek vyvinul speciální oblast pro hraní klavír 🙂 Místo toho mám ‚ podezření na obecnou oblast motoriky, snad s podoblastí související s rukou. Zajímavostí je, že počet různých dovedností, které lze uložit, se zdá být omezen pouze časem, který je musíte získat. Hraní na klavír (připouštím špatně) mi ‚ neruší psaní, ani nic jiného, co dělám s rukama & prsty.

Ve skutečnosti nejde o „průměrné“ zvíře, ale domnívám se, že střední zvíře s končetinami je krill, který má asi tucet končetin a malou nervovou soustavu.

Jedním z největších zvířat na světě je obří chobotnice, která má deset končetin, které se mohou pohybovat mnohem složitějšími způsoby než kloubní kostra končetin, takže omezení velikosti tvorů s více končetinami má zjevné protiklady.

Mozek chobotnice je poměrně malý ve srovnání s velikostí Místo toho jsou hlavonožce končetiny ovládány více distribuovanou sítí ganglií.Pokud má velké zvíře výhodu v tom, že má mnoho končetin, pak si evoluce najde způsob, jak toho dosáhnout.

Komentáře

• +1 – můžete udělat překvapivě velké množství rutinní koordinační práce s překvapivě několika neurony. Například Aplysia nemusí mít žádné skutečné končetiny, ale stále má poměrně širokou škálu pohybů a schopnost získávat naučené chování a zvládá to pouze s 20 000 neurony.

Mohu odpovědět pouze o lidech. Ptáte se, co je potřeba k ovládání končetiny … Předpokládám, že mluvíte pouze o vědomých motorických funkcích .

1. „Vědomé“ znamená, že musíme vyloučit vše, co souvisí s periferními nervy, které inervují končetiny, a také reflexy (ty se nacházejí v míše)
2. “ Motorické znamená, že musíme vyloučit vše, co souvisí se „smyslovými“ neurologickými procesy.

Tato vyloučení jsou umělá, protože pohyby končetin neodmyslitelně integrují tyto neurologické procesy. Například bez periferních nervů by neexistoval způsob, jak přenést pokyny z mozku do svalů. Také bez smyslových procesů by byl pohyb obtížnější … takže například propriocepce umožňuje mozku vědět, kde se každá část končetiny nachází v prostoru, a proto, jak se může končetina pohybovat, aby dosáhla požadovaného Účinek.

Aby se však moje odpověď zjednodušila, a protože se zdá, že to je to, na co se ptáte, omezím se pouze na vědomé motorické funkce.

Schwern má pravdu, když odpovídá, že mozek takhle nefunguje. Nejde ani tak o procento mozku, ani o počet neuronů … důležitý je počet neurologických spojení (synapsí) účast na funkci a složitost těchto spojení.

Ale i tak se pokusím odpovědět na otázku „Jaké procento mozku je potřeba ovládat tuto končetinu?

Náš mozek je pokryt povrchovou vrstvou, která se nazývá mozková c ortex . Právě v této vrstvě jsou naše neurologické spoje nejsložitější … a proto se v této vrstvě nacházejí ty nejlepší mozkové funkce.

Takže kde v mozkové kůře jsou motorické funkce nachází?

Pokud sledujete mozek shora, uvidíte prasklinu, která rozděluje mozek na polovinu – levou polovinu a pravou polovinu. To jsou hemisféry . Levá hemisféra mozku ovládá motorické funkce v pravé polovině těla a pravá hemisféra ovládá motorické funkce v levé polovině těla.

Pokud sledujete stejný mozek ze strany uvidíte další rýhu, která rozděluje mozek na dvě části – přední část a zadní část. Tato drážka se nazývá centrální sulcus . Funkce motoru jsou umístěny v přední části, čelním laloku , přímo v sousedství tohoto centrálního sulku … to je motorická kůra .

Pokud vezmete tuto část mozku a rozdělíte ji na pravo-levý směr, uvidíte mozkovou kůru obklopující mozek. Nyní, když na sebe vložíte každý část motorické kůry části těla, které ovládá, budete moci nakreslit „kortikální homunculus“ .

Jak jasně vidíte, motorická kůra, která ovládá ruku, je mnohem větší než motorická kůra, která ovládá zbytek paže. Také motorická kůra, která ovládá nohu, je mnohem menší než motorická kůra, která ovládá obličej. Je to proto, že ruka má mnohem jemnější a jemnější pohyby než paže … a všechny naše výrazy obličeje vyžadují mnohem jemnější ovládání motoru než jednoduché pohyby potřebné k pohybu nohy (které spočívají téměř výlučně v pohybu vpřed nebo vzad) . Množství nervových spojení potřebných k ovládání všech pohybů rukou a obličeje tedy vyžaduje více prostoru pro mozek než noha.

Takže nejde o to, kolik končetin vaše bytost má … ale o jak jemné jsou pohyby potřebné pro uvedené končetiny.

Vezměte prosím na vědomí, že se jedná o zjednodušenou odpověď …Abych byl přesnější, musel bych podrobně popsat mnoho dalších mozkových center, jmenovitě odpovědných za motorickou koordinaci. Motorická kůra, kterou jsem podrobně popsal výše, je zodpovědný pouze za pohyb končetin, nikoli za koordinaci těchto pohybů s ostatními částmi těla. Pokud tedy elektricky stimulujete „část nohy“ motorické kůry, vaše noha podle toho trhne, ale tento pohyb může být pro jakýkoli cíl (vg: kopání do míče) extrémně nepřesný.

PS: Zde je další obrázek kortikálního homunculus, tj. Reprezentace těla, ve kterém má každá část těla velikost přímo úměrnou příslušnému množství motorické kůry.

Komentáře

• Musím říci, že kortikální homunculus není úplně ‚ zcela týkající se “ ovládání motoru “ (např. : prsty nemají svaly, ale mnoho receptorů)
• @albert: prsty nemají (téměř) žádné svaly, ale mají spoustu šlach, které jsou odpovědné za pohyblivost prstů. Tyto šlachy jsou taženy svaly na paži a ty jsou ovládány motorickou kůrou připisovanou každému prstu.
• @albert: Také jsem právě hovořil o motorickém kortikálním homunculus a vyloučil jsem somatossensory kortikální homunculus, který se nachází v temenním laloku. Somatossensory homunculus má také spoustu prostoru věnovaného receptorům pro ruce, ale o tom nehovořím. i id

Nemohu dát definitivní odpověď, ale chtěl bych poukázat na některé experimenty s rozhraními mozek-počítač u opic a dokonce i u lidí ukazují, že mozek se mohou naučit ovládat další končetinu (skutečnou, virtuální nebo dokonce jen kurzor na obrazovce).

Lidské pokusy (hlavně čip „Braingate“) byly omezeny na lidi, kteří nebyli schopni přesunout své skutečné končetiny na začátek, takže je těžké tvrdit, že umělá končetina se počítá jako „doplňková“ místo pouhé náhrady.

Ale experimenty na opicích (hlavně práce Miguela Nicolelise z Duke University) ukázaly kontrolu nad další končetina nezávisle na skutečných končetinách opice. I když nastavení začíná opicí ovládající joystick a BCI je naprogramován tak, aby reagoval na vzorce z této činnosti, eventua Opice je schopna ovládat BCI bez pohybu joysticku nebo jeho skutečných paží.

https://www.sciencedaily.com/releases/2005/05/050511073108.htm

Chci říct, že i když nemohu vyčíslit zdroje potřebné pro ovládání motoru, jsem přesvědčen, že to, co již máme, je snadno dostačující pro ovládání několika dalších končetin. Míra obratnosti a koordinace pravděpodobně závisí hlavně na praxi a ne na kapacitě mozku. Plastickost mozku je neuvěřitelná, dokáže se přizpůsobit velmi neočekávaným podmínkám.