Para cada miembro individual en un animal promedio, ¿cuántas neuronas y qué porcentaje del cerebro se necesitan para controlar ese miembro?

Creo que hay «una suposición falsa en esta pregunta similar a » los humanos solo usan el 10% de su cerebro «. Esto tiene una vista del cerebro como una computadora con un genérico unidad central de procesamiento que puede realizar una cantidad fija de procesamiento y una cantidad fija de memoria. El cerebro no funciona así.

Nota: dado que la pregunta se basa en una suposición falsa, No crea que sea posible cumplir con los estándares normales de la etiqueta de ciencia dura. Haré mi mejor esfuerzo.

En cambio, el cerebro está formado por áreas muy especializadas que controlan ciertas cosas .Decir «solo usas el X% de tu cerebro» es como decir «solo usas el X% de tu casa». Tener a alguien mirando televisión en la sala de estar no te ayuda a preparar la cena en la cocina.

No es el tamaño del cerebro, o algún tipo de poder cerebral total, lo que importa. Pero si la porción del cerebro para el control de las extremidades está desarrollada o no para manejar la coordinación de seis extremidades. Para usar de nuevo la analogía de la casa, no importa qué tan grande sea, si solo hay un inodoro, solo una persona puede usarlo a la vez.

Entonces, la respuesta es: si necesita Para controlar seis extremidades, la evolución se habrá asegurado de que la porción del cerebro para controlar seis extremidades esté bien desarrollada. Esto podría ser en detrimento de otras partes del cerebro … o simplemente podría tener un cerebro más denso.

Esta es la razón por la que el tamaño del cerebro no importa tanto tanto como la densidad y especialización del cerebro. Los cerebros consumen mucha energía. Un cerebro humano es solo el 2% de tu peso corporal, pero consume el 20% de tu energía. Un cerebro más complejo significa más energía. La evolución ha hecho que eso funcione por un tiempo, pero generalmente no es una buena compensación evolutiva. Por ejemplo, un Koala tiene uno de los pesos cerebrales-corporales más bajos proporción de cualquier mamífero , y es muy suave reduciendo su área de superficie reduciendo aún más la densidad de neuronas. Esto se debe, en parte, a que su dieta de hojas de eucalipto es muy baja en calorías y nutrición. Un koala no necesita mucha capacidad cerebral, por lo que no desperdicia la energía en él.

En resumen, no hay respuesta al «porcentaje de cerebro por extremidad» porque eso no es » t cómo funciona el cerebro. En cambio, las áreas para controlar las extremidades serían … no necesariamente más , sino desarrolladas de manera diferente: la corteza motora primaria , la corteza premotora , la área motora suplementaria , y otras.

La verdadera razón por la que los humanos no tenemos seis extremidades es porque descendimos de un plan corporal establecido hace al menos 500 millones de años compartido por todos vertebrados . Una columna vertebral, cabeza y cuatro extremidades. Incluso las serpientes, aparentemente sin extremidades, tienen cuatro extremidades vestigiales. Este plan corporal básico no cambia, la evolución tiene que desarrollarse gradualmente con lo que tiene . Puede adaptarse y eliminar, pero rara vez agrega o realiza cambios radicales.

Toda esta adaptación también es la razón por la que es difícil responder «cuántas neuronas por extremidad». Su cerebro, como su cuerpo, es adaptación apilada sobre adaptación apilada sobre adaptación. Y tu cerebro, como tu cuerpo, es muy eficiente; hace con unos 20 Watts lo que una computadora tradicional, con su muy organizado estructura, necesitaría 10 megavatios . Pero esa eficiencia significa que es muy, muy, muy complejo, y la misma neurona podría estar involucrada en muchas funciones. Es dudoso que pueda mirar una neurona y decir «esto es sólo para controlar una extremidad «porque probablemente también esté involucrado en hacer otra cosa. No entendemos completamente cómo el cerebro coordina el movimiento, o hace la mayoría de las cosas.

Comentarios

• Tal vez, como ejemplo, piense en arañas que tienen ocho patas aunque pueden ser muy pequeñas. Yo añadiría que también dependerá de cuán complejo y consciente sea el movimiento de las extremidades, manos y dedos.
• Sería interesante conocer la capacidad intelectual dedicada a la cola en especies como los canguros ( cola = tercera pata), monos del nuevo mundo (cola extremadamente prensil) e incluso humanos (¡la cola interna vestigial todavía está equipada con demasiadas neuronas para su comodidad!)
• Las respuestas que refutan la pregunta son perfectamente bien . Por cierto, tenga un voto positivo.
• Esto podría agregar más discusión. es una pieza de National Geographic sobre Octopus que tuvo que desarrollar una gran cantidad de neuronas para controlar cada extremidad por separado y utilizar su cambio de color. nationalgeographic.com/magazine/2016/11/…
• ¿Qué hay de la memoria muscular? Por ejemplo, cuando escribo, mis dedos encuentran intuitivamente la tecla correcta sin que yo lo piense. Esto me lleva a pensar que la cantidad de neuronas utilizadas no solo se escala con la cantidad de extremidades (dedos) sino también con la cantidad de » maniobras » que están en la memoria. Digamos tableros de 100 vs 200 teclas. Además: nadar, andar en bicicleta, caminar, etc. págs.

Una sorprendente cantidad de cálculos son no se hace en el cerebro, sino en la columna vertebral. Una gran cantidad de nuestras capacidades de movimiento se gestionan en realidad dentro de la red neuronal de nuestra columna vertebral.

Como ejemplo asombroso, considere los generadores de patrones centrales se encuentra en la columna vertebral para controlar nuestro paso.Si está caminando y su mano derecha roza algo, en realidad ajustará el movimiento de la pierna izquierda para compensar antes de que la señal llegue al cerebro.

Un estudio particular realizado en 2007 utilizó gatos descerebatos. Estos son gatos cuyo cerebelo se eliminó en nombre de la ciencia. Si esa idea le molesta, este puede ser un buen punto para dejar de leer y simplemente aceptar que la columna vertebral es responsable de una parte notable del control de nuestras extremidades.

Los detalles particulares no son para los aprensivos , pero afortunadamente están bien ocultos por la jerga científica precisa, por lo que se pueden reproducir aquí para especificar qué tan poco del cerebro quedó después de la cirugía:

A continuación, realizamos una descerebración premamilar. El tronco encefálico se seccionó en sentido rostral al colículo superior, en un ángulo de aproximadamente 45 °, con el fin de preservar los cuerpos mamilares y el núcleo subtalámico. Se eliminó toda la materia cerebral rostral y lateral a la sección.

Estos gatos fueron colocados en una cinta de correr, lo que hizo que los gatos caminaran, a pesar de no tener funciones superiores. Luego ajustaron el ángulo del cuello del gato para simular caminar hacia arriba y hacia abajo manteniendo la cabeza nivelada.

Descubrieron que, al caminar en posición horizontal, las lecturas de EMG que mostraban actividad muscular coincidían con los patrones asociados con un gato normal caminando con extraordinaria precisión. El cerebro, de hecho, no era necesario en absoluto para este movimiento. Luego inclinaron el cuello hacia arriba y hacia abajo y descubrieron que al hacerlo, se obtienen resultados notablemente similares a los de los gatos normales que suben y bajan colinas mientras mantienen la cabeza nivelada. Los propreceptores en el cuello en realidad se estaban integrando en los datos procesados por la columna vertebral y la marcha se ajustó en consecuencia.

Así que diría que más extremidades es totalmente válido, porque una cantidad sorprendentemente grande de lo que hacer con ellos es en realidad una capacidad de distribución que se encuentra en la columna vertebral, no en el cerebro. Hacer malabarismos con 7 pelotas con 6 brazos puede ser una tarea difícil, pero simplemente operar esos brazos no lo sería.

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• El otro lado de esto es lo que se entiende exactamente por » limb «. ¿Los humanos tienen un área del cerebro que controla 2 brazos o 2 brazos y 10 dedos? Si tocas el piano o tocas el teclado, ‘ te darás cuenta de que se pueden controlar de forma independiente. el área del cerebro es la misma para los & dedos de los pies? ¿Qué tal las patas de un caballo frente a sus sensibles & labios móviles? O las piernas de un elefante frente a la trompa?
• @jamesqf Por lo que ‘ he visto, la pregunta interesante es si hay áreas para los brazos, los dedos de las manos y los pies, o si hay regiones para caminar, tocar el piano y baile. Cuanto más miro, más reflexiono sobre si ‘ es realmente lo último. La pregunta que sigo haciendo es » ¿un malabarista controla 2 manos o un malabarista simplemente hace malabarismos? »
• Un ejemplo extremo es quizás el hecho de que los pollos pueden caminar y, en general, comportarse de manera bastante regular durante algún tiempo después de haber sido completamente decapitados. En un caso notorio, un pollo pudo sobrevivir sin cabeza durante varios años, IIRC.
• En este sentido, ‘ es notable que el pulpo usa un sistema motor jerárquico: el cerebro envía comandos a las extremidades, que ejecutan las acciones esencialmente de forma independiente del control central; consulte news.nationalgeographic.com/news/2001/09/0907_octoarm .html para obtener más detalles.
• @Cort Ammon: Yo ‘ creo que es muy poco probable que el cerebro haya desarrollado un área especial para jugar el piano 🙂 En cambio, ‘ sospechaba un área de habilidades motoras generales, quizás con una subárea relacionada con las manos. Lo interesante es que la cantidad de habilidades diferentes que se pueden almacenar parece estar limitada solo por la cantidad de tiempo que tienes para adquirirlas. Tocar el piano (mal, lo admito) no ‘ interfiere con mi escritura, o cualquier otra cosa que haga con las manos & dedos.

No existe realmente un animal «promedio», pero sospecho que el animal mediano con extremidades es krill, que tiene una docena de extremidades y un sistema nervioso diminuto.

Uno de los animales más grandes del mundo es el calamar gigante, que tiene diez extremidades que pueden moverse de formas mucho más complejas que las articulaciones esqueléticas extremidades, por lo que poner un límite al tamaño de las criaturas de múltiples extremidades tiene contraejemplos obvios.

Los cerebros de los calamares son bastante pequeños en comparación con el tamaño de En cambio, las extremidades de los cefalópodos están controladas por una red más distribuida de ganglios.Si existe la ventaja de que un animal grande tenga muchas extremidades, entonces la evolución encontrará la manera de lograrlo.

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• +1 – puede realizar una cantidad sorprendentemente grande de trabajo de coordinación de rutina con sorprendentemente pocas neuronas. Por ejemplo, Aplysia puede no tener extremidades reales, pero aún tiene una amplia gama de movimientos y la capacidad de adquirir conocimientos comportamientos, y maneja esto con solo 20,000 neuronas.

Solo puedo responder sobre humanos. Usted pregunta qué se necesita para controlar una extremidad … Supongo que solo está hablando de funciones motoras conscientes .

1. «Consciente» significa que debemos excluir todo lo relacionado con los nervios periféricos que inervan las extremidades, así como los reflejos (estos se encuentran en la médula espinal)
2. » Motor «significa que debemos excluir todo lo relacionado con los procesos neurológicos» sensoriales «

Estas exclusiones son artificiales, ya que los movimientos de las extremidades integran inherentemente estos procesos neurológicos. Por ejemplo, sin los nervios periféricos, no habría forma de transmitir las instrucciones del cerebro a los músculos. Además, sin procesos sensoriales, el movimiento sería más difícil … así, por ejemplo, la propiocepción permite que el cerebro sepa dónde se encuentra cada parte de la extremidad en el espacio y, por lo tanto, cómo la extremidad se puede mover para lograr el objetivo deseado. efecto.

Sin embargo, para simplificar mi respuesta, y dado que esto parece ser lo que estás preguntando, me limitaré a dichas funciones motoras conscientes.

Schwern tiene razón al responder que el cerebro simplemente no funciona así. No se trata tanto de una cuestión de porcentaje de cerebro o de número de neuronas … lo importante es el número de conexiones neurológicas (sinapsis) involucrados en una función y la complejidad de esas conexiones.

Pero, aun así, intentaré responder la pregunta «¿Qué porcentaje del cerebro ¿Se necesita para controlar esa extremidad?

Nuestro cerebro está cubierto por una capa superficial, que se llama la c cerebral ortex . Es en esta capa donde nuestras conexiones neurológicas son más complejas … y por lo tanto, es en esta capa donde se ubican las funciones cerebrales más superiores.

Entonces, ¿en qué parte de la corteza cerebral se encuentran las funciones motoras?

Si observa un cerebro desde arriba, verá una fisura que divide el cerebro por la mitad, una mitad izquierda y una mitad derecha. Esas son las hemisferios . El hemisferio izquierdo del cerebro controla las funciones motoras en la mitad derecha del cuerpo y el hemisferio derecho controla las funciones motoras en la mitad izquierda del cuerpo.

Si miras el mismo cerebro desde los lados, verá otro surco que divide el cerebro en dos partes: una parte anterior y una parte posterior. Este surco se llama el surco central . Las funciones motoras están ubicadas en la parte frontal, el lóbulo frontal , justo al lado de ese surco central … esto es la corteza motora .

Si toma esta parte del cerebro y la corta de derecha a izquierda, podrá ver la corteza que envuelve el cerebro. Ahora, si superpone en cada parte de la corteza motora las partes del cuerpo que controla, «podrás dibujar un » homúnculo cortical « .

Como puede ver claramente, la corteza motora que controla la mano es mucho mayor que la corteza motora que controla el resto del brazo. Además, la corteza motora que controla la pierna es mucho más pequeña que la corteza motora que controla la cara. Esto se debe a que la mano tiene movimientos mucho más matizados y finos que el brazo … y todas nuestras expresiones faciales necesitan un control motor mucho más fino que los simples movimientos necesarios para mover una pierna (que consisten casi exclusivamente en moverla hacia adelante o hacia atrás). . Entonces, la cantidad de conexiones neuronales necesarias para controlar todos los movimientos de la mano y la cara necesita más espacio en el cerebro que la pierna.

Entonces, no se trata de cuántas extremidades tiene su ser … sino de cuán finos son los movimientos necesarios para dichas extremidades.

Tenga en cuenta que esta es una respuesta muy simplificada …Para ser más preciso, necesitaría detallar muchos otros centros cerebrales, a saber, responsables de la coordinación motora. La corteza motora que detallé anteriormente solo es responsable de mover las extremidades, no de coordinar esos movimientos con las otras partes del cuerpo. Entonces, si estimula eléctricamente la «parte de la pierna» de la corteza motora, su pierna se sacudirá en consecuencia, pero ese movimiento puede ser extremadamente impreciso para cualquier objetivo (por ejemplo: patear una pelota de fútbol).

PD: Aquí hay otra imagen de un homúnculo cortical, es decir, una representación del cuerpo en la que cada parte del cuerpo tiene un tamaño directamente proporcional a la cantidad respectiva de corteza motora.

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• Debo decir que el homúnculo cortical no es ‘ t totalmente con respecto al » control motor » (por ejemplo : los dedos no tienen músculos, pero sí muchos receptores)
• @albert: los dedos (casi) no tienen músculos, pero tienen muchos tendones, que son responsables de la motricidad de los dedos. Esos tendones son tirados por músculos del brazo y los controla la corteza motora atribuida a cada dedo.
• @albert: Además, acabo de hablar del homúnculo cortical motor, y he excluido el homúnculo cortical somatossensorial, que se ubica en el lóbulo parietal. El homúnculo somatossensorial también tiene mucho espacio dedicado a los receptores de la mano, pero eso no es de lo que ‘ estoy hablando.

No puedo dar una respuesta definitiva, pero me gustaría señalar algunos experimentos con interfaces cerebro-computadora en monos e incluso humanos que muestran que el cerebro puede aprender a controlar una extremidad adicional (real, virtual o incluso simplemente un cursor en una pantalla).

Las pruebas en humanos (principalmente el chip «Braingate») se han limitado a personas que no pueden mover sus extremidades reales a empezar, por lo que es difícil afirmar que la extremidad artificial cuenta como «adicional» en lugar de solo un reemplazo.

Pero los experimentos con monos (principalmente el trabajo de Miguel Nicolelis en la Universidad de Duke) han demostrado el control de una extremidad adicional independientemente de las extremidades reales del mono. A pesar de que la configuración comienza con el mono controlando un joystick y el BCI programado para reaccionar a los patrones de esa actividad, eventualmente lly el mono puede controlar el BCI sin mover el joystick o sus brazos reales.

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

Mi punto es que si bien no puedo cuantificar los recursos necesarios para el control motor, estoy convencido de que lo que ya tenemos es suficiente para controlar múltiples extremidades adicionales. La cantidad de destreza y coordinación probablemente dependa principalmente de la práctica y no tanto de la capacidad cerebral. La plasticidad del cerebro es bastante increíble, puede adaptarse a condiciones muy inesperadas.