Voor elk individuele ledemaat in een gemiddeld dier, hoeveel neuronen en welk percentage van de hersenen is er nodig om die ledemaat te besturen?

Ik denk dat er “een onjuiste aanname in deze vraag, vergelijkbaar met ” mensen gebruiken slechts 10% van hun hersenen “. Dit geeft een beeld van de hersenen als een computer met een generiek centrale verwerkingseenheid die een vaste hoeveelheid verwerking en een vaste hoeveelheid geheugen kan uitvoeren. De hersenen werken niet zo.

Opmerking: aangezien de vraag is gebaseerd op een valse veronderstelling, heb ik denk niet dat het mogelijk is om aan de normale standaarden van de hard-science tag te voldoen. Ik “zal mijn best doen.

In plaats daarvan bestaat het brein uit zeer gespecialiseerde gebieden die bepaalde dingen beheersen .Zeggen “je gebruikt maar X% van je hersenen” is hetzelfde als zeggen “je gebruikt maar X% van je huis”. Iemand tv laten kijken in de woonkamer helpt je niet om in de keuken te koken.

Het is niet de grootte van de hersenen, of een soort van totale hersenkracht, die er toe doet. Maar of het deel van de hersenen voor ledemaatcontrole is ontwikkeld om de coördinatie van zes ledematen te verwerken. Om de huis-analogie nog eens te gebruiken, het maakt niet uit hoe groot het is, als er maar één toilet is, kan maar één persoon het tegelijkertijd gebruiken.

Dus het antwoord is: als je het nodig hebt om zes ledematen te besturen, zal de evolutie ervoor hebben gezorgd dat het deel van de hersenen voor het besturen van zes ledematen goed ontwikkeld is. Dit kan ten koste gaan van andere delen van de hersenen … of je hebt misschien een dichter opeengepakte hersenen.

Dit is waarom de hersengrootte er niet toe doet als net als hersendichtheid en specialisatie. Hersenen verbruiken veel energie. Een menselijk brein is slechts 2% van uw lichaamsgewicht, maar verbruikt 20% van uw energie. Een complexer brein betekent meer energie. evolutie heeft dat een tijdje laten werken, maar het is meestal geen goede evolutionaire afweging. een koala heeft bijvoorbeeld een van de laagste hersen-tot-lichaamsgewicht verhouding van elk zoogdier , en het is erg soepel, waardoor het oppervlak kleiner wordt en de dichtheid van neuronen verder wordt verminderd. Dit komt gedeeltelijk doordat het dieet van eucalyptusbladeren erg laag is in calorieën en voeding. Een koala heeft niet “veel hersenkracht nodig, dus hij” verspilt er geen energie aan.

Kortom, er is geen antwoord op “percentage van de hersenen per ledemaat”, want dat is niet ” hoe de hersenen werken. In plaats daarvan zouden de gebieden voor het besturen van ledematen … niet noodzakelijk meer zijn, maar anders ontwikkeld: de primaire motorische cortex , het premotorische cortex , het aanvullende motorgebied en andere.

De echte reden waarom mensen “geen zes ledematen hebben” is omdat we “afstammen van een lichaamsplan dat minstens 500 miljoen jaar geleden werd opgesteld en gedeeld door alle gewervelde dieren . Een wervelkolom, kop en vier ledematen. Zelfs slangen, zonder schijnbaar geen ledematen, hebben vier rudimentaire ledematen. Dit basislichaamsplan verandert niet, de evolutie moet stapsgewijs worden opgebouwd met wat het heeft . Het kan zich aanpassen en verwijderen, maar voegt het zelden toe of brengt radicale veranderingen aan.

Al deze aanpassingen zijn ook de reden waarom het “moeilijk te beantwoorden is” hoeveel neuronen per ledemaat “. Uw hersenen, zoals uw lichaam, is aanpassing opgestapeld bij aanpassing opgestapeld bij aanpassing. En je brein is, net als je lichaam, zeer efficiënt; doet het met ongeveer 20 watt wat een traditionele computer, met zijn zeer georganiseerde structuur, zou 10 Megawatt nodig hebben. Maar die efficiëntie betekent dat het heel, heel, heel complex is en dat hetzelfde neuron bij veel functies betrokken kan zijn. Het valt te betwijfelen of je naar een neuron kunt kijken en zeggen dit is alleen voor het besturen van een ledemaat “omdat het waarschijnlijk ook betrokken is bij iets anders doen. We begrijpen niet volledig hoe de hersenen beweging coördineren of de meeste dingen doen.

Opmerkingen

• Denk bijvoorbeeld aan spinnen met acht poten, hoewel ze erg klein kunnen zijn. Ik zou eraan willen toevoegen dat het ook zal afhangen van hoe complex en bewust de beweging is van de ledematen, handen en vingers.
• Het zou interessant zijn om te weten over denkkracht die aan de staart is gewijd bij soorten zoals kangoeroes ( staart = derde been), apen uit de nieuwe wereld (extreem grijpstaart) en zelfs mensen (rudimentaire interne staart nog steeds uitgerust met veel te veel neuronen voor comfort!)
• Antwoorden die de vraag weerleggen zijn prima . Zorg trouwens voor een upvote.
• dit kan voor wat verdere discussie zorgen. het is een artikel van National Geographic over Octopus die grote aantallen neuronen moest laten groeien om elk ledemaat afzonderlijk te besturen en de kleurverandering ervan te gebruiken. nationalgeographic.com/magazine/2016/11/…
• Hoe zit het met spiergeheugen? Als ik bijvoorbeeld typ, vinden mijn vingers intuïtief de juiste toets zonder dat ik er aan denk. Dit doet me denken dat het aantal gebruikte neuronen niet alleen schaalt met het aantal extremiteiten (vingers) maar ook met het aantal ” manoeuvres ” die in het geheugen staan. Laten we zeggen 100 versus 200-toetsenborden. Ook: zwemmen, fietsen, wandelen, enz. Pp.

Er zijn verrassend veel berekeningen helemaal niet in de hersenen, maar in de wervelkolom! Een groot deel van onze bewegingsmogelijkheden wordt feitelijk beheerd binnen het neurale netwerk van onze wervelkolom.

Beschouw als verbazingwekkend voorbeeld de centrale patroongeneratoren gevonden in de wervelkolom om onze gang te beheersen.Als je loopt en je rechterhand ergens tegenaan veegt, pas je de beweging van het linkerbeen aan om dit te compenseren voordat het signaal zelfs maar de hersenen heeft bereikt.

Een specifieke studie in 2007 gebruikte decerebate katten. Dit zijn katten waarvan het cerebellum is verwijderd in naam van de wetenschap. Als dat idee je stoort, kan dit een goed punt zijn om te stoppen met lezen en gewoon te accepteren dat de wervelkolom verantwoordelijk is voor een opmerkelijk deel van de controle over onze ledematen.

De specifieke details zijn niet voor de preuts , maar worden gelukkig goed verdoezeld door het precieze wetenschappelijke jargon, dus kunnen hier worden gereproduceerd om aan te geven hoe weinig van de hersenen er na de operatie zijn overgebleven:

Vervolgens, we hebben een pre-mammillaire decerebratie uitgevoerd. De hersenstam werd rostraal doorgesneden ten opzichte van de superieure colliculus, onder een hoek van ongeveer 45 °, om de mammillaire lichamen en de sub-thalamische kern te behouden. Alle hersenmaterie rostraal en lateraal van de transectie werd verwijderd.

Deze katten werden vervolgens op een loopband gezet, waardoor de katten gingen lopen, ondanks dat ze geen hogere functies. Vervolgens pasten ze de hoek van de nek van de kat aan om te simuleren dat ze op en neer lopen terwijl ze het hoofd horizontaal hielden.

Ze ontdekten dat de EMG-metingen die spieractiviteit lieten overeenkomen met de patronen geassocieerd met een normale kat loopt met buitengewone precisie. Het brein was in feite helemaal niet nodig voor deze beweging. Vervolgens hielden ze de nek op en neer en ontdekten dat dit leidde tot opmerkelijk vergelijkbare resultaten als normale katten die heuvel op en af liepen terwijl ze hun hoofd horizontaal hielden. De propreceptoren in de nek werden feitelijk geïntegreerd in de gegevens die door de wervelkolom werden verwerkt en het looppatroon werd dienovereenkomstig aangepast.

Dus ik zou zeggen dat meer ledematen volkomen geldig zijn, omdat een verrassend grote hoeveelheid van wat we ermee doen is eigenlijk een verdelingsvermogen dat in de wervelkolom wordt aangetroffen, niet in de hersenen. Jongleren met 7 ballen met 6 armen kan nog steeds een moeilijke taak zijn, maar alleen die armen bedienen zou dat niet zijn.

Opmerkingen

• De andere kant hiervan is wat er precies wordt bedoeld met ” limb “. Hebben mensen een hersengebied dat 2 armen of 2 armen en 10 vingers bestuurt – als je aanraakt en piano speelt, ‘ realiseer je je dat ze onafhankelijk kunnen worden bediend. Is het hersengebied hetzelfde voor de voeten & tenen? Hoe zit het met de benen van een paard versus zijn gevoelige & beweeglijke lippen? Of de benen van een olifant versus de slurf?
• @jamesqf Van wat ik ‘ heb gezien, is de interessante vraag of er gebieden zijn voor armen, vingers en tenen, of dat er gebieden zijn om te wandelen, piano te spelen en dansen. Hoe meer ik kijk, hoe meer ik erover nadenk of het ‘ eigenlijk het laatste is. De vraag die ik blijf stellen is ” controleert een jongleur twee handen, of jongleert een jongleur gewoon? ”
• Een extreem voorbeeld is wellicht het feit dat kippen in staat zijn om rond te lopen en zich over het algemeen vrij regelmatig gedragen gedurende een bepaalde tijd nadat ze volledig zijn onthoofd. In een berucht geval kon een kip meerdere jaren zonder kop overleven, IIRC.
• In deze zin is het ‘ opmerkelijk dat de octopus een hiërarchisch motorsysteem: het brein stuurt commandos naar de ledematen, die de acties in wezen onafhankelijk van de centrale besturing uitvoeren – zie news.nationalgeographic.com/news/2001/09/0907_octoarm .html voor meer details.
• @Cort Ammon: ik ‘ zou denken dat het hoogst onwaarschijnlijk is dat de hersenen een speciaal gebied hebben ontwikkeld om te spelen de piano 🙂 In plaats daarvan vermoed ik ‘ een gebied met algemene motorische vaardigheden, met misschien een handgerelateerd deelgebied. Het interessante is dat het aantal verschillende vaardigheden dat kan worden opgeslagen, alleen lijkt te worden beperkt door de hoeveelheid tijd die je hebt om ze te verwerven. Pianospelen (slecht toegegeven) heeft geen ‘ invloed op mijn typen, of iets anders dat ik doe met mijn handen & vingers.

Er is niet echt een “gemiddeld” dier, maar ik vermoed dat het gemiddelde dier met ledematen dat is krill, die een tiental ledematen en een klein zenuwstelsel heeft.

Een van de grootste dieren ter wereld is de reuzeninktvis, die tien ledematen heeft die op veel complexere manieren kunnen bewegen dan gewrichtskeletachtige ledematen, dus het stellen van een limiet aan de grootte van wezens met meerdere ledematen heeft duidelijke tegenvoorbeelden.

Inktvishersenen zijn vrij klein vergeleken met de grootte van In plaats daarvan worden de ledematen van koppotigen gecontroleerd door een meer gedistribueerd netwerk van ganglia.Als er een voordeel is voor een groot dier om veel ledematen te hebben, dan zal evolutie een manier vinden om dit te bereiken.

Opmerkingen

• +1 – je kunt verrassend veel routinematig coördinatiewerk doen met verrassend weinig neuronen. Aplysia heeft bijvoorbeeld misschien geen echte ledematen, maar het heeft nog steeds een vrij breed scala aan bewegingen en het vermogen om aangeleerde gedrag, en beheert dit met slechts 20.000 neuronen.

Ik kan alleen antwoorden over mensen. Je vraagt wat er nodig is om een ledemaat te besturen … ik neem aan dat je het alleen hebt over bewuste motorische functies .

1. “Bewust” betekent dat we alles moeten uitsluiten dat te maken heeft met de perifere zenuwen die de ledematen bedwingen, evenals reflexen (deze bevinden zich in het ruggenmerg).
2. ” Motor “betekent dat we alles moeten uitsluiten dat verband houdt met de” sensorische “neurologische processen.

Deze uitsluitingen zijn kunstmatig, aangezien de bewegingen van de ledematen inherent deze neurologische processen integreren. Zonder de perifere zenuwen zou er bijvoorbeeld geen manier zijn om de instructies van de hersenen naar de spieren over te brengen. Zonder sensorische processen zou beweging ook moeilijker zijn … dus bijvoorbeeld, proprioceptie stelt de hersenen in staat om te weten waar elk deel van de ledemaat zich in de ruimte bevindt, en dus hoe de ledemaat kan bewegen om het gewenste te bereiken effect.

Om mijn antwoord te vereenvoudigen, en aangezien dit lijkt te zijn wat u vraagt, beperk ik me tot de genoemde bewuste motorische functies.

Schwern heeft gelijk als hij antwoordt dat de hersenen gewoon niet zo functioneren. Het is niet zozeer een kwestie van het percentage hersenen, of het aantal neuronen … wat belangrijk is, is het aantal neurologische verbindingen (synapsen) betrokken bij een functie, en de complexiteit van die verbindingen.

Maar toch “zal ik proberen de vraag ” Welk percentage van de hersenen is het nodig om die ledemaat te besturen?

Onze hersenen zijn bedekt met een oppervlakkige laag, die het cerebrale c ortex . Het is in deze laag dat onze neurologische verbindingen het meest complex zijn … en daarom bevinden zich in deze laag de meest superieure hersenfuncties.

Dus waar in de hersenschors bevinden zich de motorische functies gelegen?

Als je een brein van bovenaf bekijkt, zie je een spleet die de hersenen in tweeën deelt – een linkerhelft en een rechterhelft. Dat zijn de hemisferen . De linkerhersenhelft regelt de motorische functies in de rechterhelft van het lichaam en de rechterhersenhelft regelt de motorische functies in de linkerhelft van het lichaam.

Als je naar dezelfde hersenen kijkt van opzij zie je nog een groef die de hersenen in twee delen verdeelt – een voorste deel en een achterste deel. Deze groef wordt de centrale sulcus genoemd. De motorfuncties bevinden zich aan de voorkant, de frontale lob , direct naast die centrale sulcus … dit is de motorische cortex .

Als je dit deel van de hersenen neemt en het van rechts naar links snijdt, kun je zien dat de cortex de hersenen omhult. Als je nu over elk deel heen legt. deel van de motorische cortex de lichaamsdelen die het bestuurt, “kun je een ” corticale homunculus “ .

Zoals je duidelijk kunt zien, is de motorische cortex die de hand bestuurt veel groter dan de motorische cortex die de rest van de arm bestuurt. Ook is de motorische cortex die het been bestuurt veel kleiner dan de motorische cortex die het gezicht bestuurt. Dit komt doordat de hand veel meer genuanceerde en fijnere bewegingen heeft dan de arm … en al onze gezichtsuitdrukkingen hebben een veel fijnere motorische controle nodig dan de eenvoudige bewegingen die nodig zijn om een been te bewegen (die bijna uitsluitend bestaan uit het naar voren of naar achteren bewegen) . Het aantal neurale verbindingen dat nodig is om alle hand- en gezichtsbewegingen te besturen, heeft dus meer hersenruimte nodig dan het been.

Het is dus niet een kwestie van hoeveel ledematen je wezen heeft … maar van hoe fijn de bewegingen die nodig zijn voor de genoemde ledematen.

Let op: dit is een te simpel antwoord …Om preciezer te zijn, zou ik een heleboel andere hersencentra moeten beschrijven, namelijk verantwoordelijk voor motorische cohordinatie. De motorische cortex die ik hierboven heb beschreven, is alleen verantwoordelijk voor het bewegen van de ledematen, niet om die bewegingen samen te laten gaan met de andere delen van het lichaam. Dus als je het “beengedeelte” van de motorische cortex elektrisch stimuleert, zal je been dienovereenkomstig schokken, maar die beweging kan extreem onnauwkeurig zijn voor elk doel (vg: een voetbal trappen).

PS: Hier is nog een afbeelding van een corticale homunculus, dwz een weergave van het lichaam waarin elk lichaamsdeel een grootte heeft die recht evenredig is met de respectievelijke hoeveelheid motorische cortex.

Opmerkingen

• Ik moet zeggen dat de corticale homunculus niet ‘ t volledig betrekking heeft op ” motorbesturing ” (bijv. : de vingers hebben geen spieren maar wel veel receptoren)
• @albert: vingers hebben (bijna) geen spieren, maar wel veel pezen die verantwoordelijk zijn voor de vingermotriciteit. Die pezen worden getrokken door spieren in de arm en die worden aangestuurd door de motorische cortex die aan elke vinger wordt toegeschreven.
• @albert: Ook heb ik het net gehad over de motorische corticale homunculus, en ik heb de somatossensorische corticale homunculus uitgesloten, die zich in de pariëtale kwab bevindt. De somatossensorische homunculus heeft ook veel ruimte voor de handreceptoren, maar dat is niet waar ik het ‘ m over heb.

Kan “geen definitief antwoord geven, maar ik” wil graag wijzen op enkele experimenten met hersencomputerinterfaces bij apen en zelfs mensen laten zien dat de hersenen kan leren om een extra ledemaat te besturen (echt, virtueel of zelfs maar een cursor op een scherm).

Proeven met mensen (voornamelijk de “Braingate” -chip) zijn beperkt gebleven tot mensen die hun echte ledematen niet kunnen bewegen om beginnen, dus het is moeilijk te beweren dat de kunstmatige ledemaat als extra telt in plaats van alleen als vervanging.

Maar experimenten met apen (voornamelijk het werk van Miguel Nicolelis aan de Duke University) hebben aangetoond dat een extra ledemaat onafhankelijk van de echte ledematen van de aap. Ook al begint de installatie met de aap die een joystick bestuurt en de BCI wordt geprogrammeerd om te reageren op patronen van die activiteit, eventua lly de aap kan de BCI besturen zonder de joystick of zijn echte armen te bewegen.

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

Mijn punt is dat hoewel ik de middelen die nodig zijn voor motorische controle niet kan kwantificeren, ik ervan overtuigd ben dat wat we al hebben gemakkelijk voldoende is om meerdere extra ledematen te besturen. De mate van behendigheid en coördinatie hangt waarschijnlijk vooral af van de oefening en niet zozeer van de hersencapaciteit. De plasticiteit van de hersenen is ongelooflijk, ze kunnen zich aanpassen aan zeer onverwachte omstandigheden.