Per ogni arto individuale in un animale medio, quanti neuroni e quale percentuale del cervello servono per controllare quellarto?

Penso che ci “è un falso presupposto in questa domanda simile a ” gli esseri umani usano solo il 10% del loro cervello “. Questo ha una visione del cervello come un computer con un generico unità di elaborazione centrale che può eseguire una quantità fissa di elaborazione e una quantità fissa di memoria. Il cervello non funziona in questo modo.

Nota: dato che la domanda si basa su un falso presupposto, io non pensare che sia possibile soddisfare i normali standard del tag hard-science. Farò del mio meglio.

Invece, il cervello è costituito da aree molto specializzate che controllano certe cose .Dire “usi solo lX% del tuo cervello” è come dire “usi solo lX% della tua casa”. Avere qualcuno che guarda la TV in soggiorno non ti aiuta a preparare la cena in cucina.

Non sono le dimensioni del cervello, o una sorta di potenza cerebrale totale, ciò che conta. Ma se la parte del cervello per il controllo degli arti è sviluppata o meno per gestire il coordinamento di sei arti. Per usare di nuovo lanalogia della casa, non importa quanto sia grande, se cè un solo bagno, solo una persona alla volta può usarlo.

Quindi la risposta è: se hai bisogno per controllare sei arti, levoluzione si sarà assicurata che la porzione del cervello per controllare sei arti sia ben sviluppata. Questo potrebbe andare a scapito di altre parti del cervello … o potresti semplicemente avere un cervello più densamente imballato.

Questo è il motivo per cui le dimensioni del cervello non contano quanto tanto quanto la densità e la specializzazione del cervello. Il cervello consuma molta energia. Un cervello umano è solo il 2% del tuo peso corporeo, ma consuma il 20% della tua energia. Un cervello più complesso significa più energia. Umano levoluzione ha fatto sì che funzionasse per un po di tempo, ma di solito non è un buon compromesso evolutivo. Ad esempio, un Koala ha uno dei più bassi pesi cervello-corpo rapporto di qualsiasi mammifero , ed è molto fluido riducendo la sua superficie riducendo ulteriormente la densità dei neuroni. Questo, in parte, perché la sua dieta a base di foglie di eucalipto è molto povera di calorie e nutrimento. Un Koala non ha bisogno di molta potenza cerebrale, quindi non spreca energia.

In breve, non esiste una risposta alla “percentuale del cervello per arto” perché non lo è “. come funziona il cervello. Invece, le aree per il controllo degli arti sarebbero … non necessariamente più , ma sviluppate in modo diverso: la corteccia motoria primaria , l corteccia premotoria , l area motoria supplementare e altri.

La vera ragione per cui gli esseri umani non hanno sei arti è perché siamo discesi da un piano corporeo stabilito almeno 500 milioni di anni fa, condiviso da tutti vertebrati . Una colonna vertebrale, una testa e quattro arti. Anche i serpenti, apparentemente senza arti, hanno quattro arti rudimentali. Questo piano corporeo di base non cambia, levoluzione deve costruire in modo incrementale con ciò che ha . Può adattarsi e rimuovere, ma raramente aggiunge o apporta cambiamenti radicali.

Tutto questo adattamento è anche il motivo per cui è difficile rispondere “quanti neuroni per arto”. Il tuo cervello, come il tuo corpo, è ladattamento accumulato sulladattamento accumulato sulladattamento. E il tuo cervello, come il tuo corpo, è molto efficiente; fa con circa 20 Watt ciò che un computer tradizionale, con i suoi struttura, richiederebbe 10 Megawatt . Ma questa efficienza significa che è molto, molto, molto complesso e lo stesso neurone potrebbe essere coinvolto in molte funzioni. È dubbio che tu possa guardare un neurone e dire “questo è solo per controllare un arto “perché probabilmente è coinvolto anche nel fare qualcosaltro. Non comprendiamo appieno come il cervello coordini il movimento, o faccia la maggior parte delle cose.

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• Forse, ad esempio, pensa ai ragni che hanno otto zampe sebbene possano essere molto piccoli. Aggiungerei che dipenderà anche da quanto complesso e cosciente è il movimento degli arti, delle mani e delle dita.
• Sarebbe interessante conoscere le capacità intellettuali dedicate alla coda in specie come i canguri ( coda = terza gamba), scimmie del nuovo mondo (coda estremamente prensile) e persino umani (coda interna vestigiale ancora dotata di troppi neuroni per il comfort!)
• Le risposte che confutano la domanda sono perfettamente a posto . Dai un voto positivo, comunque.
• questo potrebbe aggiungere qualche ulteriore discussione. è un pezzo del National Geographic su Octopus che ha dovuto far crescere un gran numero di neuroni per controllare ogni arto separatamente e utilizzare il suo cambio di colore. nationalgeographic.com/magazine/2016/11/…
• Che ne dici della memoria muscolare? Ad esempio, quando digito, le mie dita trovano intuitivamente la chiave corretta senza che io ci pensi. Questo mi porta a pensare che la quantità di neuroni utilizzati non scala solo con la quantità di estremità (dita) ma anche con il numero di ” manovre ” che sono in memoria. Diciamo 100 vs 200 tastiere. Inoltre: nuotare, andare in bicicletta, camminare, ecc. Pp.

Una quantità sorprendente di calcoli è non fatto affatto nel cervello, ma nella colonna vertebrale! Gran parte delle nostre capacità di movimento sono effettivamente gestite allinterno della rete neurale della nostra colonna vertebrale.

Come esempio sorprendente, si consideri i generatori di pattern centrali trovato nella colonna vertebrale per controllare la nostra andatura.Se stai camminando e la tua mano destra sfiora qualcosa, in realtà regolerai il movimento della gamba sinistra per compensare prima ancora che il segnale abbia raggiunto il cervello.

Uno studio particolare nel 2007 ha utilizzato gatti decerebati. Questi sono gatti il cui cervelletto è stato rimosso in nome della scienza. Se questa idea ti infastidisce, questo potrebbe essere un buon punto per smettere di leggere e accettare semplicemente che la colonna vertebrale è responsabile di una parte notevole del controllo dei nostri arti.

I dettagli particolari non sono per gli schizzinosi , ma fortunatamente sono ben oscurati dal preciso gergo scientifico, quindi possono essere riprodotti qui per specificare quanto poco del cervello è rimasto dopo lintervento:

Avanti, abbiamo eseguito una decerebrazione premammillare. Il tronco encefalico è stato sezionato rostrale al collicolo superiore, con un angolo di circa 45 °, al fine di preservare i corpi mammillari e il nucleo subtalamico. Tutta la materia cerebrale rostrale e laterale alla transezione è stata rimossa.

Questi gatti sono stati quindi messi su un tapis roulant, che ha indotto i gatti a camminare, nonostante non avessero funzioni superiori. Hanno quindi regolato langolo del collo del gatto per simulare di camminare su e giù mantenendo la testa a livello.

Hanno scoperto che, quando si cammina in piano, le letture EMG che mostrano lattività muscolare corrispondevano agli schemi associati a un gatto normale che cammina con straordinaria precisione. Il cervello, infatti, non era affatto necessario per questo movimento. Hanno quindi inclinato il collo su e giù e hanno scoperto che così facendo si ottengono risultati notevolmente simili a quelli dei gatti normali che camminano su e giù per la collina mantenendo la testa a livello. I propri recettori nel collo sono stati effettivamente integrati nei dati elaborati dalla colonna vertebrale e landatura è stata regolata di conseguenza.

Quindi direi che più arti sono totalmente validi, perché una quantità sorprendentemente grande di ciò che abbiamo fare con loro è in realtà una capacità di distribuzione che si trova nella colonna vertebrale, non nel cervello. Giocoleria 7 palle con 6 braccia può ancora essere un compito difficile, ma semplicemente azionare quelle braccia non lo sarebbe.

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• Laltro aspetto di questo è ciò che si intende esattamente con ” limb “. Gli esseri umani hanno unarea del cervello che controlla 2 braccia o 2 braccia e 10 dita? Se tocchi o suoni il piano, ‘ ti renderai conto che possono essere controllati indipendentemente. È larea del cervello è la stessa per le & dita dei piedi? Che ne dici delle gambe di un cavallo rispetto alle sue & labbra mobili sensibili? O delle gambe di un elefante contro il tronco?
• @jamesqf Da quello che ‘ ho visto, la domanda interessante è se ci sono aree per braccia, dita delle mani e dei piedi o se ci sono aree per camminare, suonare il piano e ballare. Più guardo, più rifletto se ‘ è effettivamente il secondo. La domanda che continuo a farmi è ” un giocoliere controlla due mani o un giocoliere si limita a fare il giocoliere? ”
• Un esempio estremo è forse il fatto che i polli sono in grado di camminare e generalmente si comportano in modo abbastanza regolare per un certo periodo di tempo dopo essere stati completamente decapitati. In un caso noto, un pollo è riuscito a sopravvivere senza testa per diversi anni, IIRC.
• In questo senso, ‘ è notevole che il polpo utilizzi un sistema motorio gerarchico: il cervello invia comandi agli arti, che eseguono le azioni essenzialmente indipendentemente dal controllo centrale – vedi news.nationalgeographic.com/news/2001/09/0907_octoarm .html per maggiori dettagli.
• @Cort Ammon: ‘ penso che sia altamente improbabile che il cervello abbia sviluppato unarea speciale per giocare il pianoforte 🙂 Invece, ‘ sospetto unarea generale delle abilità motorie, con forse una sottoarea legata alla mano. La cosa interessante è che il numero di abilità diverse che possono essere immagazzinate sembra limitato solo dal tempo a disposizione per acquisirle. Suonare il piano (male, lo ammetto) ‘ non interferisce con la digitazione o con qualsiasi altra cosa che faccio con le mani & dita.

Non esiste un animale “medio”, ma sospetto che lanimale medio con arti sia krill, che ha una dozzina di arti e un minuscolo sistema nervoso.

Uno degli animali più grandi del mondo è il calamaro gigante, che ha dieci arti che possono muoversi in modi molto più complessi dello scheletro articolato arti, quindi porre un limite alle dimensioni delle creature multi-arti ha ovvi controesempi.

I cervelli dei calamari sono piuttosto piccoli rispetto alle dimensioni di Invece, gli arti dei cefalopodi sono controllati da una rete più distribuita di gangli.Se un animale di grossa taglia ha il vantaggio di avere molti arti, levoluzione troverà un modo per ottenerlo.

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• +1 – puoi fare una quantità sorprendentemente grande di lavoro di coordinazione di routine con sorprendentemente pochi neuroni. Ad esempio, Aplysia potrebbe non avere arti effettivi, ma ha comunque una gamma piuttosto ampia di movimenti e la capacità di acquisire appreso comportamenti e lo gestisce con solo 20.000 neuroni.

Posso solo rispondere sugli esseri umani. Mi chiedi cosa è necessario per controllare un arto … Presumo che tu stia parlando solo di funzioni motorie coscienti .

1. “Conscio” significa che dobbiamo escludere tutto ciò che riguarda i nervi periferici che inervano gli arti, così come i riflessi (questi si trovano nel midollo spinale)
2. ” “Motore” significa che dobbiamo escludere tutto ciò che riguarda i processi neurologici “sensoriali”

Queste esclusioni sono artificiali, poiché i movimenti degli arti integrano intrinsecamente questi processi neurologici. Ad esempio, senza i nervi periferici, non ci sarebbe modo di trasmettere le istruzioni dal cervello ai muscoli. Inoltre, senza processi sensoriali, il movimento sarebbe più difficile … quindi, ad esempio, la propriocezione consente al cervello di sapere dove si trova ogni parte dellarto nello spazio e, quindi, come larto può muoversi per ottenere il desiderato effetto.

Tuttavia, per semplificare la mia risposta, e poiché questo sembra essere ciò che stai chiedendo, mi limiterò a dette funzioni motorie coscienti.

Schwern ha ragione nel rispondere che il cervello semplicemente non funziona così. Non è tanto una questione di percentuale del cervello, o di numero di neuroni … ciò che è importante è il numero di connessioni neurologiche (sinapsi) coinvolti in una funzione e nella complessità di tali connessioni.

Ma, anche così, cercherò di rispondere alla domanda “Quale percentuale del cervello serve per controllare quellarto?

Il nostro cervello è coperto da uno strato superficiale, chiamato il cerebrale c ortex . È in questo strato che le nostre connessioni neurologiche sono le più complesse … e quindi, è in questo strato che si trovano le funzioni cerebrali più superiori.

Quindi dove nella corteccia cerebrale si trovano le funzioni motorie individuato?

Se guardi un cervello dallalto, vedrai una fessura che divide il cervello a metà – una metà sinistra e una metà destra. Quelle sono le hemispheres . Lemisfero sinistro del cervello controlla le funzioni motorie nella metà destra del corpo e lemisfero destro controlla le funzioni motorie nella metà sinistra del corpo.

Se guardi lo stesso cervello di lato, vedrai un altro solco che divide il cervello in due parti: una parte anteriore e una parte posteriore. Questo solco è chiamato solco centrale . Le funzioni motorie si trovano sulla parte anteriore, il lobo frontale , proprio adiacente a quel solco centrale … questo è la corteccia motoria .

Se prendi questa parte del cervello e la tagli in direzione destra-sinistra, sarai in grado di vedere la corteccia che avvolge il cervello. Ora, se ti sovrapponi a ciascuna parte della corteccia motoria, le parti del corpo che controlla, potrai disegnare un “omuncolo corticale” .

Come puoi vedere chiaramente, la corteccia motoria che controlla la mano è molto più grande della corteccia motoria che controlla il resto del braccio. Inoltre, la corteccia motoria che controlla la gamba è molto più piccola della corteccia motoria che controlla il viso. Questo perché la mano ha movimenti molto più sfumati e fini del braccio … e tutte le nostre espressioni facciali necessitano di un controllo motorio molto più fine rispetto ai semplici movimenti necessari per muovere una gamba (che consistono quasi esclusivamente nel muoverla avanti o indietro) . Quindi, la quantità di connessioni neurali necessarie per controllare tutti i movimenti della mano e del viso richiede più spazio cerebrale rispetto alla gamba.

Quindi, non è questione di quanti arti ha il tuo essere … ma di quanto sono fini i movimenti necessari per detti arti.

Tieni presente che questa è una risposta semplicistica …Per essere più precisi, avrei bisogno di dettagliare molti altri centri cerebrali, in particolare responsabili della coordinazione motoria. La corteccia motoria che ho descritto sopra è responsabile solo del movimento degli arti, non di coordinare quei movimenti con le altre parti del corpo. Quindi, se stimoli elettricamente la “parte della gamba” della corteccia motoria, la tua gamba si muoverà di conseguenza, ma quel movimento potrebbe essere estremamente impreciso per qualsiasi obiettivo (vg: calciare un pallone).

PS: Ecco unaltra immagine di un omuncolo corticale, cioè una rappresentazione del corpo in cui ciascuna parte del corpo ha una dimensione direttamente proporzionale alla rispettiva quantità di corteccia motoria.

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• Devo dire che lomuncolo corticale non è ‘ t totalmente relativo al ” controllo motorio ” (ad es. : le dita non hanno muscoli ma molti recettori)
• @albert: le dita non hanno (quasi) muscoli, ma hanno molti tendini, che sono responsabili della motricità delle dita. Quei tendini sono tirati da i muscoli del braccio e quelli sono controllati dalla corteccia motoria attribuita a ciascun dito.
• @albert: Inoltre, ho appena parlato dellomuncolo corticale motore, ed ho escluso lomuncolo corticale somatossensoriale, che si trova nel lobo parietale. Lomuncolo somatossensoriale ha anche molto spazio dedicato ai recettori della mano, ma non è di questo che ‘ sto parlando.

Non posso dare una risposta definitiva, ma vorrei segnalare che alcuni esperimenti con interfacce cervello-computer nelle scimmie e persino negli esseri umani dimostrano che il cervello può imparare a controllare un arto aggiuntivo (reale, virtuale o anche solo un cursore su uno schermo).

Le prove umane (principalmente il chip “Braingate”) sono state limitate alle persone incapaci di muovere i loro veri arti per iniziare con, quindi è difficile affermare che larto artificiale conta come “aggiuntivo” invece di un semplice sostituto.

Ma gli esperimenti sulle scimmie (principalmente il lavoro di Miguel Nicolelis alla Duke University) hanno mostrato il controllo di un arto aggiuntivo indipendentemente dagli arti reali della scimmia. Anche se la configurazione inizia con la scimmia che controlla un joystick e il BCI viene programmato per reagire ai modelli di quellattività, eventua lly la scimmia è in grado di controllare il BCI senza muovere il joystick o le sue vere braccia.

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

Il punto è che, sebbene non riesca a quantificare le risorse necessarie per il controllo motorio, sono convinto che ciò che già abbiamo è facilmente sufficiente per controllare più arti aggiuntivi. La quantità di destrezza e coordinazione dipende probabilmente principalmente dalla pratica e non tanto dalle capacità cerebrali. La plasticità del cervello è davvero incredibile, può adattarsi a condizioni molto inaspettate.