For hver individuelle lemmer i et gennemsnitligt dyr, hvor mange neuroner og hvilken procentdel af hjernen tager det at kontrollere det lem?

Jeg tror der “en falsk antagelse i dette spørgsmål svarende til ” mennesker bruger kun 10% af deres hjerne “. Dette har et syn på hjernen som nogle en computer med en generisk central processorenhed, der kan udføre en fast mængde forarbejdning og en fast mængde hukommelse. Hjernen fungerer ikke sådan.

Bemærk: da spørgsmålet er baseret på en falsk antagelse, jeg tror ikke, det er muligt at opfylde de normale standarder for det hårde videnskabelige mærke. Jeg vil gøre mit bedste.

I stedet består hjernen af meget specialiserede områder, der styrer bestemte ting .At sige “du bruger kun X% af din hjerne” er som at sige “du bruger kun X% af dit hus”. At have nogen, der ser tv i stuen, hjælper dig ikke med at lave mad i køkkenet.

Det er ikke hjernens størrelse eller en slags total hjernekraft, der betyder noget. Men hvorvidt den del af hjernen til lemmekontrol er udviklet til at håndtere koordinerende seks lemmer. For at bruge husets analogi igen betyder det ikke noget, hvor stort det er, hvis der kun er et toilet, kan kun én person bruge det ad gangen.

Så svaret er: hvis du har brug for for at kontrollere seks lemmer, vil evolution have sørget for, at den del af hjernen til at kontrollere seks lemmer er veludviklet. Denne kan være til skade for andre dele af hjernen … eller måske har du måske en mere tæt pakket hjerne.

Dette er grunden til, at hjernestørrelse ikke betyder noget som meget som hjernetæthed og specialisering. Hjerner bruger meget energi. En menneskelig hjerne er kun 2% af din kropsvægt, men bruger 20% af din energi. En mere kompleks hjerne betyder mere energi. evolution har fået det til at fungere i et stykke tid, men det er normalt ikke en god evolutionær kompromis. For eksempel en Koala har en af de laveste hjerne-til-kropsvægter forholdet mellem ethvert pattedyr , og det er meget glat, hvilket reducerer dets overfladeareal, hvilket yderligere reducerer neuronernes tæthed. Dette skyldes delvis, at dens diæt af eukalyptusblade har meget lavt kalorieindhold og ernæring. En koala behøver ikke meget hjernekraft, så den spilder ikke energien på den.

Kort sagt er der ikke noget svar på “procentdelen af hjernen pr. Lem”, fordi det ikke er ” t hvordan hjernen fungerer. I stedet ville områderne til kontrol af lemmer være … ikke nødvendigvis mere men anderledes udviklede: primær motorisk cortex , premotor cortex , supplerende motorområde og andre.

Den virkelige årsag til, at mennesker ikke har seks lemmer, er fordi vi er nedstammer fra en kropsplan, der blev indført for mindst 500 millioner år siden, delt af alle hvirveldyr . En rygsøjle, hoved og fire lemmer. Selv slanger, tilsyneladende uden lemmer, har fire vestigiale lemmer. Denne grundlæggende kropsplan ændrer sig ikke, evolution skal bygge trinvis med det, den har . Det kan tilpasse sig og fjerne, men sjældent tilføjer det eller foretager radikale ændringer.

Al denne tilpasning er også grunden til, at det er svært at svare på, hvor mange neuroner pr. Lem. Din hjerne, som din krop, er tilpasning stablet på tilpasning stablet på tilpasning. Og din hjerne, ligesom din krop, er meget effektiv; den gør med ca. 20 watt, hvad en traditionel computer med sin meget organiserede struktur, ville have brug for 10 Megawatt . Men effektiviteten betyder, at den er meget, meget, meget kompleks, og den samme neuron kan være involveret i mange funktioner. Det er tvivlsomt, om du kan se på en neuron og sige “dette er kun for at kontrollere et lem “fordi det sandsynligvis også er involveret i at gøre noget andet. Vi forstår ikke fuldt ud, hvordan hjernen koordinerer bevægelse eller gør de fleste ting.

Kommentarer

• Måske tænke som et eksempel i edderkopper, der har otte ben, selvom de kan være meget små. Jeg vil tilføje, at det også afhænger af, hvor kompleks og bevidst bevægelsen af lemmer, hænder og fingre er.
• Det ville være interessant at vide om hjernekraft dedikeret til halen i arter som kænguruer ( hale = tredje ben), nye verdensaber (ekstremt prehensil hale) og endda mennesker (vestigial intern hale stadig udstyret med alt for mange neuroner til komfort!)
• Svar, der afviser spørgsmålet er helt fint . Forresten har en opstemning.
• dette kan tilføje nogle yderligere diskussioner. det er et National Geographic-stykke om blæksprutte, der var nødt til at dyrke et stort antal neuroner for at kontrollere hvert lem separat og udnytte dets farveændring. nationalgeographic.com/magazine/2016/11/…
• Hvad med muskelhukommelse? For eksempel når jeg skriver, finder mine fingre intuitivt den rigtige nøgle uden at jeg tænker på det. Dette får mig til at tro, at mængden af anvendte neuroner ikke kun skaleres med mængden af ekstremiteter (fingre), men også med antallet af ” manøvrer ” der er i hukommelsen. Lad os sige 100 vs 200-nøgle boards. Også: Svømning, cykling, gå osv. S.

En overraskende mængde beregninger er slet ikke gjort i hjernen, men i rygsøjlen! En stor del af vores bevægelsesfunktioner styres faktisk inden for det neurale netværk i vores rygsøjle.

Som et forbløffende eksempel, overvej centrale mønstergeneratorer findes i rygsøjlen til kontrol af vores gangart.Hvis du går, og din højre hånd børster op mod noget, justerer du faktisk bevægelsen af venstre ben for at kompensere, før signalet endda har nået hjernen.

En bestemt undersøgelse i 2007 anvendte decerebate katte. Disse er katte, hvis lillehjernen blev fjernet i videnskabens navn. Hvis denne idé generer dig, kan dette være et godt punkt at stoppe med at læse og bare acceptere, at rygsøjlen er ansvarlig for en bemærkelsesværdig del af kontrollen med vores lemmer.

De særlige detaljer er ikke for den skæve , men er heldigvis godt tilsløret af den præcise videnskabelige jargon, så det kan gengives her for at specificere, hvor lidt af hjernen der var tilbage efter operationen:

Næste, vi udførte en præ-mammillær decerebration. Hjernestammen blev overført rostral til den overlegne colliculus i en vinkel på ca. 45 ° for at bevare brystkroppe og subthalamisk kerne. Alt hjernemateriale rostralt og lateralt til transektionen blev fjernet.

Disse katte blev derefter sat på et løbebånd, som fik kattene til at gå, på trods af at de ikke havde nogen højere funktioner. De justerede derefter vinklen på kattens hals for at simulere at gå op og ned, mens man holdt hovedet i niveau.

De fandt ud af, at EMG-aflæsningerne, der viste muskelaktivitet, matchede mønstrene forbundet med en, når de gik fladt. normal kat går med ekstraordinær præcision. Hjernen var faktisk slet ikke påkrævet for denne bevægelse. De vippede derefter nakken op og ned og fandt ud af, at det førte til bemærkelsesværdigt ens resultater, som normale katte gik op og ned ad bakke, mens de holdt hovedet i niveau. Propreceptorerne i nakken blev faktisk integreret i de data, der blev behandlet af rygsøjlen, og gangen blev justeret i overensstemmelse hermed.

Så jeg siger, at flere lemmer er helt gyldige, fordi en overraskende stor mængde af det, vi gøre med dem er faktisk en distribueringskapacitet, der findes i rygsøjlen, ikke hjernen. At jonglere med 7 kugler med 6 arme kan stadig være en vanskelig opgave, men det er ikke bare at betjene disse arme.

Kommentarer

• Den anden side af dette er hvad der præcist menes med ” lem “. Har mennesker et hjerneområde, der kontrollerer 2 arme eller 2 arme og 10 fingre – hvis du rører ved eller spiller klaver, vil du ‘ indse, at de kan styres uafhængigt. hjerneområdet det samme for fødderne & tæer? Hvad med hestens ben versus dens følsomme & mobile læber? Eller benene af en elefant i forhold til bagagerummet?
• @jamesqf Fra hvad jeg ‘ har set, er det interessante spørgsmål, om der er områder til arme, fingre og tæer, eller om der er områder til at gå, spille klaver og dans. Jo mere jeg ser på, jo mere tænker jeg på, om det ‘ faktisk er sidstnævnte. Det spørgsmål, jeg bliver ved med at stille, er ” kontrollerer en jonglør med to hænder, eller jonglerer en jonglør simpelthen? > Et ekstremt eksempel er måske det faktum, at kyllinger er i stand til at gå rundt og generelt opføre sig på en forholdsvis regelmæssig måde i nogen tid efter at være blevet fuldstændig halshugget. I et berygtet tilfælde var en kylling i stand til at overleve uden hovedet i flere år, IIRC.
• På denne måde er det ‘ bemærkelsesværdigt, at blæksprutten bruger et hierarkisk motorisk system: hjernen sender kommandoer til lemmerne, som udfører handlingerne i det væsentlige uafhængigt af den centrale kontrol – se news.nationalgeographic.com/news/2001/09/0907_octoarm .html for flere detaljer.
• @Cort Ammon: Jeg ‘ Jeg synes det er meget usandsynligt, at hjernen har udviklet et specielt område til at spille klaveret 🙂 I stedet for har jeg ‘ mistanke om et generelt motorisk område med måske et håndrelateret underområde. Det interessante er, at antallet af forskellige færdigheder, der kan lagres, kun synes at være begrænset af den tid, du har til at erhverve dem. At spille klaver (dårligt, indrømmer jeg) forstyrrer ikke ‘ min skrivning, eller noget andet jeg gør med hænder & fingre.

Der er ikke rigtig et “gennemsnitligt” dyr, men jeg formoder, at medianen med lemmer er krill, som har et dusin eller deromkring lemmer og et lille nervesystem.

Et af de største dyr i verden er den gigantiske blæksprutte, der har ti lemmer, der kan bevæge sig på langt mere komplekse måder end ledled. lemmer, så det er åbenlyse modeksempler at sætte en grænse for størrelsen på multilemmede skabninger.

Blækspruttehjerner er ret små sammenlignet med størrelsen på I stedet styres blækspruttebenene af et mere distribueret netværk af ganglier.Hvis der er en fordel for et stort dyr at have mange lemmer, vil evolution finde en måde at opnå det på.

Kommentarer

• +1 – du kan udføre en overraskende stor mængde rutinemæssigt koordineringsarbejde med overraskende få neuroner. For eksempel Aplysia har muligvis ikke nogen egentlige lemmer, men den har stadig en lang række bevægelser og evnen til at tilegne sig lært adfærd og styrer dette med kun 20.000 neuroner.

Jeg kan kun svare om mennesker. Du spørger, hvad der er nødvendigt for at kontrollere et lem … Jeg antager, at du kun taler om bevidste motorfunktioner .

1. “Bevidst” betyder, at vi skal udelukke alt relateret til de perifere nerver, der inververer lemmerne, såvel som reflekser (disse er placeret i rygmarven)
2. ” Motor “betyder, at vi skal udelukke alt relateret til de” sensoriske “neurologiske processer

Disse udelukkelser er kunstige, da lemmernes bevægelser iboende integrerer disse neurologiske processer. For eksempel, uden de perifere nerver, ville der ikke være nogen måde at overføre instruktionerne fra hjernen til musklerne. Uden sensoriske processer ville bevægelse også være vanskeligere … så for eksempel giver proprioception hjernen mulighed for at vide, hvor hver del af lemmen er placeret i rummet, og derfor hvordan lemmerne kan bevæge sig for at opnå det ønskede effekt.

For at forenkle mit svar, og da det ser ud til at være det, du beder om, vil jeg begrænse mig til de nævnte bevidste motorfunktioner.

Schwern har ret i at svare, at hjernen simpelthen ikke fungerer sådan. Det handler ikke så meget om procentdel af hjernen eller antallet af neuroner … hvad der er vigtigt er antallet af neurologiske forbindelser (synapser) involveret i en funktion og kompleksiteten af disse forbindelser.

Men alligevel vil jeg prøve at besvare spørgsmålet “Hvilken procentdel af hjernen tager det at kontrollere det lem?

Vores hjerne er dækket af et overfladisk lag, der kaldes cerebral c ortex . Det er i dette lag, at vores neurologiske forbindelser er de mest komplekse … og derfor er det i dette lag, at de mest overlegne hjernefunktioner er placeret.

Så hvor i hjernebarken er motorfunktionerne lokaliseret?

Hvis du ser en hjerne ovenfra, vil du “se en revne, der deler hjernen i halvdelen – en venstre halvdel og en højre halvdel. Det er halvkugler . Hjernens venstre hjernehalvdel styrer motorfunktionerne i højre halvdel af kroppen og højre halvkugle styrer motorfunktionerne i venstre halvdel af kroppen.

Hvis du ser på den samme hjerne fra siden ser du en anden rille, der deler hjernen i to dele – en forreste del og en bageste del. Denne rille kaldes den centrale sulcus . Motorfunktionerne er placeret på den forreste del, frontlappen , lige ved siden af den centrale sulcus … dette er motor cortex .

Hvis du tager denne del af hjernen og skærer den i højre-venstre retning, vil du være i stand til at se hjernebarken omslutte hjernen. Nu, hvis du lægger hinanden på hver en del af motorbarken de kropsdele, den styrer, vil du kunne tegne en “kortikal homunculus” .

Som du tydeligt kan se, er motorbarken, der styrer hånden, meget større end motorbarken, der styrer resten af armen. Den motoriske cortex, der styrer benet, er også meget mindre end den motoriske cortex, der styrer ansigtet. Dette skyldes, at hånden har meget mere nuancerede og fine bevægelser end armen … og alle vores ansigtsudtryk har brug for en meget finere motorisk kontrol end de enkle bevægelser, der er nødvendige for at bevæge et ben (som næsten udelukkende består i at bevæge det frem eller tilbage) . Så mængden af neurale forbindelser, der er nødvendige for at kontrollere alle hånd- og ansigtsbevægelser, har brug for mere hjerneplads end benet.

Så det er ikke et spørgsmål om, hvor meget lemmer dit væsen har … men af hvor fine de nødvendige bevægelser til de nævnte lemmer er.

Vær opmærksom på, at dette er et forenklet svar …For at være mere præcis bliver jeg nødt til at specificere mange andre hjernecentre, nemlig ansvarlig for motorisk kohordination. Motorbarken, som jeg detaljerede ovenfor, er kun ansvarlig for at bevæge lemmerne, ikke for at samordne disse bevægelser med de andre dele af kroppen. Så hvis du elektrisk stimulerer “bendelen” af motorbarken, rykker dit ben i overensstemmelse hermed, men den bevægelse kan være ekstremt upræcis for ethvert mål (vg: at sparke en fodbold).

PS: Her er et andet billede af en kortikal homunculus, dvs. en gengivelse af kroppen, hvor hver kropsdel har en størrelse, der er direkte proportional med den respektive mængde motorisk cortex.

Kommentarer

• Jeg må sige, at den kortikale homunculus ikke er ‘ t helt angående ” motorstyring ” : fingrene har ingen muskler, men mange receptorer)
• @ albert: fingre har (næsten) ingen muskler, men de har masser af sener, som er ansvarlige for fingerens bevægelighed. Disse sener trækkes af muskler i armen og dem styres af den motoriske cortex, der tilskrives hver finger.
• @albert: Jeg har lige netop talt om motorisk kortikal homunculus, og jeg har udelukket den somatossensoriske kortikale homunculus, der er placeret i parietallappen. Den somatossensoriske homunculus har også meget plads til håndreceptorer, men det er ikke det, jeg ‘ taler om.

Kan ikke give et endeligt svar, men jeg vil gerne påpege nogle eksperimenter med hjerne-computer-grænseflader hos aber og endda mennesker viser, at hjernen kan lære at kontrollere et ekstra lem (ægte, virtuel eller endda bare en markør på en skærm).

Menneskelige forsøg (Hovedsageligt “Braingate” -chippen) har været begrænset til folk, der ikke er i stand til at flytte deres rigtige lemmer til begynde med, så det er svært at hævde, at den kunstige lemmer tæller som “yderligere” i stedet for kun en erstatning.

Men eksperimenter med aber (primært Miguel Nicolelis arbejde ved Duke University) har vist kontrol over en ekstra lem uafhængigt af abens virkelige lemmer. Selvom opsætningen starter med at apen styrer et joystick og BCI er programmeret til at reagere på mønstre fra den aktivitet, eventua lly aben er i stand til at kontrollere BCI uden at bevæge joysticket eller dens rigtige arme.

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

Min pointe er, at selvom jeg ikke kan kvantificere de nødvendige ressourcer til motorstyring, er jeg overbevist om, at det, vi allerede har, er let nok til at kontrollere flere yderligere lemmer. Mængden af fingerfærdighed og koordination afhænger sandsynligvis mest af praksis og ikke så meget af hjernens kapacitet. Hjernens plasticitet er ret utrolig, den kan tilpasse sig meget uventede forhold.