For hver individuelle lemmer i et gjennomsnittsdyr, hvor mange nevroner og hvilken prosentandel av hjernen tar det å kontrollere det lemet?

Jeg tror der «en falsk antagelse i dette spørsmålet som ligner » mennesker bruker bare 10% av hjernen sin «. Dette har et syn på hjernen som noen en datamaskin med en generisk sentral prosesseringsenhet som kan utføre en fast mengde prosessering og fast mengde minne. Hjernen fungerer ikke slik.

Merk: gitt at spørsmålet er basert på en falsk antagelse, jeg tror ikke det er mulig å oppfylle de vanlige standardene for hard-science-taggen. Jeg skal gjøre mitt beste.

I stedet, hjernen består av veldig spesialiserte områder som styrer visse ting .Å si «du bruker bare X% av hjernen din» er som å si «du bruker bare X% av huset ditt». Å ha noen som ser på TV i stuen hjelper deg ikke med å lage middag på kjøkkenet.

Det er ikke størrelsen på hjernen, eller en slags total hjernekraft, som betyr noe. Men hvorvidt delen av hjernen for lemmekontroll er utviklet for å håndtere koordinerende seks lemmer. For å bruke husanalogien igjen, spiller det ingen rolle hvor stor den er, hvis det bare er ett toalett, kan bare én person bruke det om gangen.

Så svaret er: hvis du trenger for å kontrollere seks lemmer, vil evolusjonen ha sørget for at hjernedelen for å kontrollere seks lemmer er godt utviklet. Dette kan være til skade for andre deler av hjernen … eller du kan bare ha en tettere hjerne.

Dette er grunnen til at hjernestørrelse ikke betyr noe som mye som hjernetetthet og spesialisering. Hjerner bruker mye energi. En menneskelig hjerne er bare 2% av kroppsvekten din, men bruker 20% av energien din. En mer kompleks hjerne betyr mer energi. evolusjon har fått det til å fungere en liten stund, men det er vanligvis ikke en god evolusjonær avveining. For eksempel en Koala har en av de laveste hjernevikt-kroppsvektene forholdet til et hvilket som helst pattedyr , og det er veldig glatt og reduserer overflatearealet, noe som ytterligere reduserer tettheten til nevroner. Dette er delvis fordi dietten av eukalyptusblader har svært lite kalorier og ernæring. En koala trenger ikke mye hjernekraft, så den kaster ikke bort energien på den.

Kort sagt, det er ikke noe svar på «prosent av hjernen per lem» fordi det ikke er » t hvordan hjernen fungerer. I stedet ville områdene for å kontrollere lemmer være … ikke nødvendigvis mer men forskjellige utviklet: primær motorisk cortex , premotor cortex , supplerende motorområde og andre.

Den virkelige grunnen til at mennesker ikke har seks lemmer, er fordi vi har stammet fra en kroppsplan som ble satt på plass for minst 500 millioner år siden, delt av alle virveldyr . En ryggsøyle, hode og fire lemmer. Selv slanger, tilsynelatende uten lemmer, har fire vestigial lemmer. Denne grunnleggende kroppsplanen endres ikke, evolusjonen må bygge seg trinnvis med det den har . Det kan tilpasse seg og fjerne, men sjelden tilføyer det eller gjør radikale endringer.

All denne tilpasningen er også grunnen til at det er vanskelig å svare på «hvor mange nerveceller per lem». Hjernen din, som din kropp, er tilpasning stablet på tilpasning stablet på tilpasning. Og hjernen din, som kroppen din, er veldig effektiv; den gjør med omtrent 20 watt hva en tradisjonell datamaskin med sin veldig organiserte struktur, trenger 10 megawatt . Men effektiviteten betyr at den er veldig, veldig, veldig kompleks, og det samme nevronet kan være involvert i mange funksjoner. Det er tvilsomt at du kan se på et neuron og si «dette er bare for å kontrollere et lem «fordi det sannsynligvis er involvert i å gjøre noe annet også. Vi forstår ikke helt hvordan hjernen koordinerer bevegelse, eller gjør det meste.

Kommentarer

• Tenk som eksempel på edderkopper som har åtte bein, selv om de kan være veldig små. Jeg vil legge til at det også vil avhenge av hvor kompleks og bevisst bevegelsen av lemmer, hender og fingre er.
• Det ville være interessant å vite om hjernekraft dedikert til halen i arter som kenguruer ( hale = tredje ben), nye aper fra verden (ekstremt prehensile hale) og til og med mennesker (vestigial indre hale fremdeles utstyrt med altfor mange nevroner for komfort!)
• Svar som tilbakeviser spørsmålet er helt greit . Ha forresten en oppstemning.
• dette kan legge til noen ytterligere diskusjoner. det er et National Geographic-stykke på blekksprut som måtte vokse et stort antall neuroner for å kontrollere hvert lem separat og bruke fargeskiftet. nationalgeographic.com/magazine/2016/11/…
• Hva med muskelminne? For eksempel når jeg skriver, finner fingrene intuitivt riktig nøkkel uten at jeg tenker på det. Dette får meg til å tro at mengden nevroner som brukes ikke bare skalerer med mengden ekstremiteter (fingre), men også med antall » manøvrer » som er i minnet. La oss si 100 mot 200-nøkkelbrett. Også: Svømming, sykling, gange osv. S.

En overraskende mengde beregninger er ikke gjort i hjernen i det hele tatt, men i ryggraden! En stor del av bevegelsesevnen vår styres faktisk innenfor det nevrale nettverket i ryggraden.

Som et forbløffende eksempel, kan du vurdere sentrale mønstergeneratorer funnet i ryggraden for å kontrollere gangen vår.Hvis du går, og høyre hånd pusser opp mot noe, vil du faktisk justere bevegelsen til venstre ben for å kompensere før signalet til og med har nådd hjernen.

En bestemt studie i 2007 brukte deserebate katter. Dette er katter hvis lillehjernen ble fjernet i vitenskapens navn. Hvis den ideen plager deg, kan dette være et godt poeng å slutte å lese og bare godta at ryggsøylen er ansvarlig for en bemerkelsesverdig del av kontrollen av lemmer.

De spesielle detaljene er ikke for det skvisende , men er heldigvis godt tilslørt av den nøyaktige vitenskapelige sjargongen, så kan gjengis her for å spesifisere hvor lite av hjernen som var igjen etter operasjonen:

Neste, vi utførte en pre-mammillary deerebrering. Hjernestammen ble overført rostral til superior colliculus, i omtrent 45 ° vinkel, for å bevare brystkroppene og den sub-thalamiske kjernen. Alt hjernemateriale rostralt og lateralt til transeksjonen ble fjernet.

Disse kattene ble deretter satt på tredemølle, noe som fikk kattene til å gå, til tross for at de ikke hadde noen høyere funksjoner. De justerte deretter vinkelen på kattens nakke for å simulere å gå opp og ned mens du holdt hodet på nivå.

De fant at når de gikk flatt, viste EMG-avlesningene som viste muskelaktivitet mønstrene assosiert med en normal katt som går med ekstraordinær presisjon. Hjernen var faktisk ikke nødvendig i det hele tatt for denne bevegelsen. De vippet deretter nakken opp og ned og fant ut at det å gjøre dette fører til bemerkelsesverdig like resultater som normale katter som går opp og ned bakken mens de holder hodet på nivå. Propreseptorene i nakken ble faktisk integrert i dataene som ble behandlet av ryggraden, og gangen ble justert deretter.

Så jeg vil si at flere lemmer er helt gyldige, fordi en overraskende stor mengde av det vi gjør med dem er faktisk en distribusjonskapasitet som finnes i ryggraden, ikke hjernen. Sjonglerende med 7 kuler med 6 armer kan fremdeles være en vanskelig oppgave, men bare å betjene disse armene ville ikke være det.

Kommentarer

• Den andre siden av dette er hva som egentlig menes med » lem «. Har mennesker et hjerneområde som kontrollerer 2 armer eller 2 armer og 10 fingre – hvis du berører eller spiller piano, vil du ‘ innse at de kan kontrolleres uavhengig. hjerneområdet det samme for føttene & tærne? Hva med bena på en hest mot dens følsomme & mobile lepper? Eller bena av en elefant mot bagasjerommet?
• @jamesqf Fra det jeg ‘ har sett, er det interessante spørsmålet om det er områder for armer, fingre og tær, eller om det er regioner for å gå, spille piano og dans. Jo mer jeg ser på, jo mer tenker jeg på om det ‘ faktisk er det siste. Spørsmålet jeg fortsetter å stille er » kontrollerer en sjonglør to hender, eller sjonglerer det bare? »
• Et ekstremt eksempel er kanskje det faktum at kyllinger er i stand til å gå rundt og generelt oppføre seg på en ganske regelmessig måte over lengre tid etter å ha blitt fullstendig halshogd. I et beryktet tilfelle klarte en kylling å overleve uten hodet i flere år, IIRC.
• På denne linjen er det ‘ bemerkelsesverdig at blekkspruten bruker et hierarkisk motorisk system: hjernen sender kommandoer til lemmer, som utfører handlingene i det vesentlige uavhengig av den sentrale kontrollen – se news.nationalgeographic.com/news/2001/09/0907_octoarm .html for mer informasjon.
• @Cort Ammon: Jeg ‘ Jeg synes det er høyst usannsynlig at hjernen har utviklet et spesielt område for å spille pianoet 🙂 I stedet mistenker jeg ‘ et generelt motorikkområde, med kanskje et håndrelatert underområde. Det interessante er at antallet forskjellige ferdigheter som kan lagres virker bare begrenset av hvor lang tid du har til å skaffe deg dem. Å spille piano (dårlig, innrømmer jeg) forstyrrer ikke ‘ typingen min, eller noe annet jeg gjør med hendene & fingrene.

Det er egentlig ikke et «gjennomsnittlig» dyr, men jeg mistenker at medianet med lemmer er krill, som har et dusin eller så lemmer og et lite nervesystem.

Et av de største dyrene i verden er den gigantiske blekkspruten, som har ti lemmer som kan bevege seg på mye mer komplekse måter enn leddskjelett lemmer, så å sette en grense for størrelsen på flertallede skapninger har åpenbare moteksempler.

Blekkspruthjerner er ganske små sammenlignet med størrelsen på I stedet styres blæksprutteben av et mer distribuert nettverk av ganglier.Hvis det er en fordel for et stort dyr å ha mange lemmer, vil evolusjonen finne en måte å oppnå det på.

Kommentarer

• +1 – du kan gjøre en overraskende stor mengde rutinemessig koordineringsarbeid med overraskende få nevroner. For eksempel kan det hende at Aplysia ikke har noen faktiske lemmer, men den har fortsatt ganske mange bevegelser og evnen til å tilegne seg lært atferd, og klarer dette med bare 20 000 nevroner.

Jeg kan bare svare om mennesker. Du spør hva som trengs for å kontrollere et lem … Jeg antar at du bare snakker om bevisste motorfunksjoner .

1. «Bevisst» betyr at vi må utelukke alt relatert til perifere nerver som inververer lemmer, samt reflekser (disse er plassert i ryggmargen)
2. » Motor «betyr at vi må ekskludere alt relatert til de» sensoriske «nevrologiske prosessene

Disse eksklusjonene er kunstige, siden lemmerbevegelsene iboende integrerer disse nevrologiske prosessene. For eksempel, uten perifere nerver, ville det ikke være noen måte å overføre instruksjonene fra hjernen til musklene. Uten sensoriske prosesser ville bevegelse være vanskeligere … så for eksempel lar proprioception hjernen vite hvor hver del av lemmen er plassert i rommet, og derfor hvordan lemmen kan bevege seg for å oppnå ønsket effekt.

For å forenkle svaret mitt, og siden dette ser ut til å være det du spør om, vil jeg begrense meg til de nevnte bevisste motorfunksjonene.

Schwern har rett i å svare at hjernen rett og slett ikke fungerer slik. Det handler ikke så mye om prosentandel av hjernen eller antall neuroner … det som er viktig er antall nevrologiske forbindelser (synapser) involvert i en funksjon, og kompleksiteten i disse forbindelsene.

Men, likevel, jeg vil prøve å svare på spørsmålet «Hvor stor prosentandel av hjernen tar det å kontrollere det lemet?

Hjernen vår er dekket av et overfladisk lag, det kalles cerebral c ortex . Det er i dette laget at våre nevrologiske forbindelser er de mest komplekse … og derfor er det i dette laget at de mest overlegne hjernefunksjonene er lokalisert.

Så hvor i hjernebarken er motorfunksjonene ligger?

Hvis du ser på en hjerne ovenfra, vil du se en sprekk som deler hjernen i to – en venstre halvdel og en høyre halvdel. Det er halvkule . Den venstre hjernehalvdelen av hjernen styrer motorfunksjonene i høyre halvdel av kroppen og høyre halvkule styrer motorfunksjonene i venstre halvdel av kroppen.

Hvis du ser på samme hjerne fra siden ser du et annet spor som deler hjernen i to deler – en fremre del og en bakre del. Denne sporet kalles den sentrale sulcus . Motorfunksjonene er plassert på den fremre delen, frontlappen , rett ved siden av den sentrale sulken … dette er motor cortex .

Hvis du tar denne delen av hjernen og skjærer den i høyre-venstre retning, vil du kunne se hjernebarken som omslutter hjernen. Nå, hvis du legger hver på del av motorbarken kroppsdelene den styrer, vil du kunne tegne en «kortikal homunculus» .

Som du tydelig kan se, er motorbarken som styrer hånden mye større enn motorbarken som styrer resten av armen. Også motorbarken som styrer benet er mye mindre enn motorbarken som styrer ansiktet. Dette er fordi hånden har mye mer nyanserte og fine bevegelser enn armen … og alle ansiktsuttrykkene våre trenger en mye finere motorstyring enn de enkle bevegelsene som trengs for å bevege et ben (som nesten utelukkende består i å bevege det fremover eller bakover) . Så, mengden nevrale forbindelser som trengs for å kontrollere alle hånd- og ansiktsbevegelser trenger mer hjerneplass enn benet.

Så det handler ikke om hvor mye lemmer ditt vesen har … men av hvor fine bevegelsene som trengs for nevnte lemmer, er.

Vær oppmerksom på at dette er et forenklet svar …For å være mer presis, ville jeg trenge å detaljere mange andre hjernesentre, nemlig ansvarlig for motorisk kohordinering. Motorbarken som jeg detaljerte ovenfor, er bare ansvarlig for å bevege lemmene, ikke for å samordne disse bevegelsene med de andre kroppsdelene. Så hvis du elektrisk stimulerer «bendelen» av motorbarken, vil beinet ditt rykke tilsvarende, men den bevegelsen kan være ekstremt upresis for ethvert mål (vg: å sparke en fotball).

PS: Her er et annet bilde av en kortikal homunculus, dvs. en representasjon av kroppen der hver kroppsdel har en størrelse som er direkte proporsjonal med den respektive mengden motorisk cortex.

Kommentarer

• Jeg må si at den kortikale homunculus ikke er ‘ t totalt angående » motorstyring » : fingrene har ingen muskler, men mange reseptorer)
• @albert: fingrene har (nesten) ingen muskler, men de har mange sener, som er ansvarlige for fingermotisiteten. Disse senene blir trukket av muskler i armen og de styres av motorisk cortex som tilskrives hver finger.
• @albert: Dessuten har jeg nettopp snakket om motorisk kortikal homunculus, og jeg har ekskludert den somatossensoriske kortikale homunculus, som ligger i parietallappen. Den somatossensory homunculus har også mye plass viet til håndreseptorene, men det er ikke det jeg ‘ snakker om.

Kan ikke gi et definitivt svar, men jeg vil påpeke noen eksperimenter med hjerne-datamaskingrensesnitt hos aper og til og med mennesker viser at hjernen kan lære å kontrollere et ekstra lem (ekte, virtuell eller til og med bare en markør på en skjerm).

Menneskelige forsøk (hovedsakelig «Braingate» -brikken) har vært begrenset til folk som ikke kan flytte sine virkelige lemmer til begynne med, så det er vanskelig å hevde at den kunstige lemmen teller som «tillegg» i stedet for bare en erstatning.

Men eksperimenter med aper (hovedsakelig arbeidet til Miguel Nicolelis ved Duke University) har vist kontroll over et ekstra lem uavhengig av apenes virkelige lemmer. Selv om oppsettet starter med at apen styrer en joystick og BCI er programmert til å reagere på mønstre fra den aktiviteten, eventua lly apen er i stand til å kontrollere BCI uten å bevege styrespaken eller dens virkelige armer.

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

Poenget mitt er at selv om jeg ikke kan kvantifisere ressursene som trengs for motorstyring, er jeg overbevist om at det vi allerede har, er lett nok til å kontrollere flere ekstra lemmer. Mengden fingerferdighet og koordinering avhenger sannsynligvis mest av praksis og ikke så mye av hjernens kapasitet. Hjernens plastisitet er ganske utrolig, den kan tilpasse seg svært uventede forhold.