Pour chaque membre individuel chez un animal moyen, combien de neurones et quel pourcentage du cerveau faut-il pour contrôler ce membre?

Je pense que là « une fausse hypothèse dans cette question semblable à  » les humains nutilisent que 10% de leur cerveau « . Cela a une vue du cerveau comme certains un ordinateur avec un générique unité centrale qui peut effectuer une quantité fixe de traitement et une quantité fixe de mémoire. Le cerveau ne fonctionne pas comme ça.

Remarque: étant donné que la question est basée sur une fausse hypothèse, je ne pensez pas quil est possible de répondre aux normes normales de la balise hard-science. Je ferai de mon mieux.

Au lieu de cela, le cerveau est composé de zones très spécialisées qui contrôlent certaines choses .Dire «vous nutilisez que X% de votre cerveau», cest comme dire «vous nutilisez que X% de votre maison». Avoir quelquun qui regarde la télévision dans le salon ne vous aide pas à préparer le dîner dans la cuisine.

Ce nest pas la taille du cerveau ou une sorte de puissance cérébrale totale qui compte. Mais si la partie du cerveau pour le contrôle des membres est développée ou non pour gérer la coordination de six membres. Pour reprendre lanalogie avec la maison, peu importe sa taille, sil ny a quune seule toilette, une seule personne peut lutiliser à la fois.

La réponse est donc: si vous en avez besoin pour contrôler six membres, lévolution aura fait en sorte que la partie du cerveau pour contrôler six membres soit bien développée. Cela pourrait être au détriment dautres parties du cerveau … ou vous pourriez simplement avoir un cerveau plus dense.

Cest pourquoi la taille du cerveau na pas dimportance. autant que la densité cérébrale et la spécialisation. Les cerveaux consomment beaucoup d’énergie. Un cerveau humain ne représente que 2% de votre poids corporel, mais consomme 20% de votre énergie. Un cerveau plus complexe signifie plus d’énergie. lévolution a fait que cela fonctionne pendant un certain temps, mais ce nest généralement pas un bon compromis évolutif. Par exemple, un Koala a lun des plus faibles poids cerveau-corps ratio de nimporte quel mammifère , et il est très lisse réduisant sa surface, réduisant encore la densité des neurones. Ceci est en partie dû au fait que son régime alimentaire en feuilles deucalyptus est très faible en calories et en nutrition. Un Koala na pas besoin de beaucoup de puissance cérébrale, donc il ne gaspille pas dénergie dessus.

En bref, il ny a pas de réponse au « pourcentage du cerveau par membre » parce que ce nest pas  » t comment le cerveau fonctionne. Au lieu de cela, les zones de contrôle des membres seraient … pas nécessairement plus , mais différemment développées: le cortex moteur primaire , le cortex prémoteur , la aire motrice supplémentaire , et autres.

La vraie raison pour laquelle les humains nont pas six membres est que nous « descendons dun plan corporel mis en place il y a au moins 500 millions dannées partagé par tous vertébrés . Une colonne vertébrale, une tête et quatre membres. Même les serpents, apparemment sans membres, ont quatre membres résiduels. Ce plan corporel de base ne change pas, l’évolution doit se construire progressivement avec ce qu’elle possède . Il peut sadapter et supprimer, mais il ajoute rarement ou apporte des changements radicaux.

Toute cette adaptation est aussi la raison pour laquelle il est difficile de répondre « combien de neurones par membre ». Votre cerveau, comme votre le corps, cest ladaptation empilée sur ladaptation empilée sur ladaptation. Et votre cerveau, comme votre corps, est très efficace; il fait avec environ 20 Watts ce quun ordinateur traditionnel, avec ses structure, aurait besoin de 10 mégawatts . Mais cette efficacité signifie quil est très, très, très complexe, et le même neurone pourrait être impliqué dans de nombreuses fonctions. Il est peu probable que vous puissiez regarder un neurone et dire « cest uniquement pour contrôler un membre « parce quil est probablement impliqué dans autre chose. Nous ne comprenons pas complètement comment le cerveau coordonne le mouvement, ou fait la plupart des choses.

Commentaires

• Peut-être comme exemple pensez aux araignées qui ont huit pattes bien quelles puissent être très petites. Jajouterais que cela dépendra aussi de la complexité et de la conscience du mouvement des membres, des mains et des doigts.
• Il serait intéressant de connaître le cerveau dédié à la queue chez des espèces comme les kangourous ( tail = troisième jambe), de nouveaux singes du monde (queue extrêmement préhensile) et même des humains (queue interne résiduelle toujours équipée de beaucoup trop de neurones pour le confort!)
• Les réponses qui réfutent la question sont parfaitement bien . Ayez un vote favorable, au fait.
• cela pourrait ajouter des discussions supplémentaires. il sagit dun article du National Geographic sur Octopus qui a dû développer un grand nombre de neurones pour contrôler chaque membre séparément et utiliser son changement de couleur. nationalgeographic.com/magazine/2016/11/…
• Et la mémoire musculaire? Par exemple, lorsque je tape, mes doigts trouvent intuitivement la bonne touche sans que je ny pense. Cela mamène à penser que la quantité de neurones utilisés ne dépend pas seulement de la quantité dextrémités (doigts), mais aussi du nombre de manœuvres  »  » qui sont en mémoire. Disons que 100 vs 200 claviers. Aussi: nager, faire du vélo, marcher, etc. pp.

Une quantité surprenante de calculs sont pas du tout fait dans le cerveau, mais dans la colonne vertébrale! Une grande partie de nos capacités de mouvement sont en fait gérées dans le réseau neuronal de notre colonne vertébrale.

À titre dexemple étonnant, considérons les générateurs de motifs centraux trouvé dans la colonne vertébrale pour contrôler notre démarche.Si vous marchez et que votre main droite se frotte contre quelque chose, vous ajusterez en fait le mouvement de la jambe gauche pour compenser avant même que le signal natteigne le cerveau.

Une étude particulière en 2007 a utilisé des chats décérébrés. Ce sont des chats dont le cervelet a été enlevé au nom de la science. Si cette idée vous dérange, cela peut être un bon point darrêter de lire et daccepter simplement que la colonne vertébrale est responsable dune partie remarquable du contrôle de nos membres.

Les détails particuliers ne sont pas pour les délicats , mais heureusement bien obscurcis par le jargon scientifique précis, on peut donc les reproduire ici pour spécifier à quel point il reste peu de cerveau après la chirurgie:

Ensuite, nous avons effectué une décérébration pré-mammillaire. Le tronc cérébral a été sectionné rostrale au colliculus supérieur, à un angle denviron 45 °, afin de préserver les corps mammillaires et le noyau sous-thalamique. Toute la matière cérébrale rostrale et latérale de la transection a été supprimée.

Ces chats ont ensuite été placés sur un tapis roulant, ce qui a fait marcher les chats, même sils navaient pas fonctions supérieures. Ils ont ensuite ajusté langle du cou du chat pour simuler la marche de haut en bas tout en gardant la tête au niveau.

Ils ont constaté que, en marchant à plat, les lectures EMG montrant lactivité musculaire correspondaient aux modèles associés à un chat normal marchant avec une précision extraordinaire. Le cerveau nétait, en fait, pas du tout nécessaire pour ce mouvement. Ils ont ensuite incliné le cou de haut en bas et ont constaté que cela conduisait à des résultats remarquablement similaires à ceux des chats normaux qui montaient et descendaient la colline tout en gardant la tête au niveau. Les propreceptors dans le cou ont en fait été intégrés dans les données traitées par la colonne vertébrale et la démarche a été ajustée en conséquence.

Donc, je dirais que plus de membres est totalement valable, car une quantité étonnamment grande de ce que nous faire avec eux est en fait une capacité de distribution trouvée dans la colonne vertébrale, pas le cerveau. Jongler avec 7 balles avec 6 bras peut encore être une tâche difficile, mais simplement faire fonctionner ces bras ne le serait pas.

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• Lautre aspect est ce que lon entend exactement par  » limb « . Les humains ont-ils une zone cérébrale contrôlant 2 bras, ou 2 bras et 10 doigts – si vous touchez ou jouez du piano, vous ‘ réaliserez qu’ils peuvent être contrôlés indépendamment. la zone du cerveau est la même pour les pieds & orteils? Que diriez-vous des jambes dun cheval par rapport à ses & lèvres mobiles sensibles? Ou les jambes dun éléphant contre la trompe?
• @jamesqf Daprès ce que jai ‘ vu, la question intéressante est de savoir sil existe des zones pour les bras, les doigts et les orteils, ou sil existe des zones pour marcher, jouer du piano et dansant. Plus je regarde, plus je me demande si ‘ est en fait ce dernier. La question que je narrête pas de me poser est  » est-ce quun jongleur contrôle 2 mains ou est-ce quun jongleur jongle simplement?  »
• Un exemple extrême est peut-être le fait que les poulets sont capables de se déplacer et se comportent généralement de manière assez régulière pendant un certain temps après avoir été entièrement décapités. Dans un cas notoire, un poulet a pu survivre sans sa tête pendant plusieurs années, IIRC.
• Dans ce sens, il est ‘ que le poulpe utilise un système moteur hiérarchique: le cerveau envoie des commandes aux membres, qui exécutent les actions essentiellement indépendamment du contrôle central – voir news.nationalgeographic.com/news/2001/09/0907_octoarm .html pour plus de détails.
• @Cort Ammon: Je ‘ pense quil est hautement improbable que le cerveau ait développé une zone spéciale pour jouer le piano 🙂 Au lieu de cela, je ‘ soupçonne un domaine de motricité générale, avec peut-être un sous-domaine lié à la main. La chose intéressante est que le nombre de compétences différentes qui peuvent être stockées ne semble limité que par le temps dont vous disposez pour les acquérir. Jouer du piano (mal, je ladmets) ninterfère ‘ pas avec ma frappe, ou tout ce que je fais avec les mains & doigts.

Il ny a pas vraiment danimal « moyen », mais je soupçonne que lanimal médian avec des membres est le krill, qui a une douzaine de membres et un minuscule système nerveux.

Lun des plus gros animaux du monde est le calmar géant, qui a dix membres qui peuvent se déplacer de manière beaucoup plus complexe quun squelette articulé membres, donc limiter la taille des créatures à plusieurs membres a des contre-exemples évidents.

Les cerveaux de calmar sont plutôt petits par rapport à la taille de Au lieu de cela, les membres des céphalopodes sont contrôlés par un réseau plus distribué de ganglions.Sil y a un avantage pour un gros animal davoir de nombreux membres, alors lévolution trouvera un moyen dy parvenir.

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• +1 – vous pouvez faire une quantité étonnamment grande de travail de coordination de routine avec étonnamment peu de neurones. Par exemple, Aplysia peut ne pas avoir de membres réels, mais elle a quand même une assez large gamme de mouvements et la capacité dacquérir appris comportements, et gère cela avec seulement 20 000 neurones.

Je ne peux répondre que sur les humains. Vous demandez ce qui est nécessaire pour contrôler un membre … Je suppose que vous ne parlez que de fonctions motrices conscientes .

1. « Conscient » signifie que nous devons exclure tout ce qui concerne les nerfs périphériques qui inervent les membres, ainsi que les réflexes (ceux-ci sont situés dans la moelle épinière)
2.  » Moteurs « signifie que nous devons exclure tout ce qui concerne les processus neurologiques » sensoriels « 

Ces exclusions sont artificielles, car les mouvements des membres intègrent intrinsèquement ces processus neurologiques. Par exemple, sans les nerfs périphériques, il ny aurait aucun moyen de transmettre les instructions du cerveau aux muscles. De plus, sans processus sensoriels, le mouvement serait plus difficile … ainsi, par exemple, la proprioception permet au cerveau de savoir où chaque partie du membre est située dans lespace, et par conséquent, comment le membre peut se déplacer afin datteindre le résultat souhaité.

Cependant, afin de simplifier ma réponse, et puisque cela semble être ce que vous « demandez », je me limiterai auxdites fonctions motrices conscientes.

Schwern a raison de répondre que le cerveau ne fonctionne tout simplement pas comme ça. Ce nest pas tant une question de pourcentage de cerveau, ni de nombre de neurones … ce qui est important cest le nombre de connexions neurologiques (synapses) impliquée dans une fonction, et la complexité de ces connexions.

Mais, même ainsi, je vais essayer de répondre à la question « Quel pourcentage du cerveau faut-il contrôler ce membre?

Notre cerveau est recouvert dune couche superficielle, appelée le c cérébral ortex . Cest dans cette couche que nos connexions neurologiques sont les plus complexes … et par conséquent, cest dans cette couche que se trouvent les fonctions cérébrales les plus supérieures.

Alors, où dans le cortex cérébral se trouvent les fonctions motrices localisé?

Si vous regardez un cerveau den haut, vous verrez une fissure qui divise le cerveau en deux – une moitié gauche et une moitié droite. Ce sont les hémisphères . Lhémisphère gauche du cerveau contrôle les fonctions motrices dans la moitié droite du corps et lhémisphère droit contrôle les fonctions motrices dans la moitié gauche du corps.

Si vous regardez le même cerveau de côté, vous verrez une autre rainure qui divise le cerveau en deux parties – une partie antérieure et une partie postérieure. Cette rainure est appelée le sillon central . Les fonctions motrices sont situées sur la partie avant, le lobe frontal , juste à côté de ce sulcus central … cest le cortex moteur .

Si vous prenez cette partie du cerveau et la coupez dans une direction droite-gauche, vous pourrez voir le cortex enveloppant le cerveau. Maintenant, si vous superposez sur chaque partie du cortex moteur les parties du corps quil contrôle, vous « pourrez dessiner un  » homoncule cortical «  .

Comme vous pouvez le voir clairement, le cortex moteur qui contrôle la main est beaucoup plus grand que le cortex moteur qui contrôle le reste du bras. En outre, le cortex moteur qui contrôle la jambe est beaucoup plus petit que le cortex moteur qui contrôle le visage. En effet, la main a des mouvements beaucoup plus nuancés et fins que le bras … et toutes nos expressions faciales nécessitent un contrôle moteur beaucoup plus fin que les simples mouvements nécessaires pour déplacer une jambe (qui consistent presque exclusivement à la faire avancer ou reculer) . Ainsi, la quantité de connexions neuronales nécessaires pour contrôler tous les mouvements de la main et du visage nécessite plus despace cérébral que la jambe.

Donc, ce nest pas une question de combien de membres votre être a … mais de à quel point les mouvements nécessaires pour lesdits membres sont fins.

Veuillez noter quil sagit dune réponse simplifiée à lextrême …Pour être plus précis, jaurais besoin de détailler beaucoup dautres centres cérébraux, à savoir responsables de la cohordination motrice. Le cortex moteur que jai détaillé ci-dessus est uniquement chargé de déplacer les membres, et non de coordonner ces mouvements avec les autres parties du corps. Donc, si vous stimulez électriquement la « partie jambe » du cortex moteur, votre jambe se secouera en conséquence, mais ce mouvement peut être extrêmement imprécis pour nimporte quel objectif (vg: botter un ballon de football).

PS: Voici une autre image dun homoncule cortical, cest-à-dire une représentation du corps dans laquelle chaque partie corporelle a une taille directement proportionnelle à la quantité respective de cortex moteur.

Commentaires

• Je dois dire que lhomoncule cortical nest ‘ t totalement concernant  » contrôle moteur  » (par exemple : les doigts nont pas de muscles mais beaucoup de récepteurs)
• @albert: les doigts nont (presque) pas de muscles, mais ils ont beaucoup de tendons, qui sont responsables de la motricité des doigts. Ces tendons sont tirés par les muscles du bras et ceux qui sont contrôlés par le cortex moteur attribué à chaque doigt.
• @albert: Aussi, je viens de parler de lhomoncule cortical moteur, et jai exclu lhomoncule cortical somatossensoriel, situé dans le lobe pariétal. Lhomoncule somatossensoriel a également beaucoup despace consacré aux récepteurs de la main, mais ce nest pas de cela que je ‘ je parle.

Je ne peux pas donner de réponse définitive, mais jaimerais signaler que certaines expériences avec des interfaces cerveau-ordinateur chez des singes et même des humains montrent que le cerveau peut apprendre à contrôler un membre supplémentaire (réel, virtuel ou même juste un curseur sur un écran).

Les épreuves humaines (principalement la puce « Braingate ») ont été limitées aux personnes incapables de déplacer leurs vrais membres vers commencer par, il est donc difficile de prétendre que le membre artificiel compte comme « supplémentaire » au lieu dun simple remplacement.

Mais des expériences sur des singes (principalement le travail de Miguel Nicolelis à lUniversité Duke) ont montré le contrôle de un membre supplémentaire indépendamment des vrais membres du singe. Même si la configuration commence avec le singe contrôlant un joystick et le BCI étant programmé pour réagir aux modèles de cette activité, eventua lly le singe est capable de contrôler le BCI sans déplacer le joystick ou ses vrais bras.

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

Mon point est que même si je ne peux pas quantifier les ressources nécessaires pour le contrôle moteur, je suis convaincu que ce que nous avons déjà est facilement suffisant pour contrôler plusieurs membres supplémentaires. Le niveau de dextérité et de coordination dépend probablement principalement de la pratique et pas tant de la capacité cérébrale. La plasticité du cerveau est assez incroyable, il peut sadapter à des conditions très inattendues.