Para cada membro individual em um animal médio, quantos neurônios e qual porcentagem do cérebro são necessários para controlar esse membro?

Acho que há “uma falsa suposição nesta questão semelhante a ” humanos usam apenas 10% do cérebro “. Isto tem uma visão do cérebro como alguns um computador com um genérico unidade de processamento central que pode fazer uma quantidade fixa de processamento e uma quantidade fixa de memória. O cérebro não funciona assim.

Nota: dado que a pergunta é baseada em uma falsa suposição, eu não pense que é possível atender aos padrões normais da marca de hard-science. Farei o meu melhor.

Em vez disso, o cérebro é composto de áreas muito especializadas que controlam certas coisas .Dizer “você usa apenas X% do seu cérebro” é como dizer “você usa apenas X% da sua casa”. Ter alguém assistindo TV na sala de estar não ajuda a preparar o jantar na cozinha.

Não é o tamanho do cérebro, ou algum tipo de poder cerebral total, que importa. Mas se a parte do cérebro para o controle dos membros foi desenvolvida para lidar com a coordenação de seis membros. Para usar a analogia da casa novamente, não importa o quão grande seja, se houver apenas um banheiro, então apenas uma pessoa pode usá-lo por vez.

Então a resposta é: se você precisar para controlar seis membros, a evolução terá feito com que a parte do cérebro para controlar seis membros esteja bem desenvolvida. Isso pode prejudicar outras partes do cérebro … ou você pode apenas ter um cérebro mais densamente compactado.

É por isso que o tamanho do cérebro não importa tanto tanto quanto a densidade e especialização do cérebro. Os cérebros consomem muita energia. Um cérebro humano tem apenas 2% do peso do seu corpo, mas consome 20% da sua energia. Um cérebro mais complexo significa mais energia. Humano a evolução fez isso funcionar por um tempo, mas geralmente não é uma boa compensação evolutiva. Por exemplo, um Koala tem um dos menores pesos de cérebro para corpo proporção de qualquer mamífero , e é muito suave reduzindo sua área de superfície, reduzindo ainda mais a densidade dos neurônios. Isso ocorre, em parte, porque sua dieta de folhas de eucalipto é muito baixa em calorias e nutrientes. Um Koala não precisa de muita força cerebral, então não desperdiça energia com ele.

Em suma, não há resposta para “porcentagem do cérebro por membro” porque isso não é ” como o cérebro funciona. Em vez disso, as áreas de controle dos membros seriam … não necessariamente mais , mas desenvolvidas de forma diferente: o córtex motor primário , o córtex pré-motor , a área motora suplementar e outros.

O verdadeiro motivo pelo qual os humanos não têm seis membros é porque descendemos de um plano corporal estabelecido há pelo menos 500 milhões de anos, compartilhado por todos vertebrados . Uma coluna vertebral, cabeça e quatro membros. Mesmo as cobras, aparentemente sem membros, têm quatro membros vestigiais. Este plano básico do corpo não muda, a evolução tem que ser construída gradativamente com o que tem . Ele pode se adaptar e remover, mas raramente adiciona ou faz mudanças radicais.

Toda essa adaptação também explica por que é difícil responder “quantos neurônios por membro”. Seu cérebro, como o seu corpo, é adaptação empilhada sobre adaptação empilhada sobre adaptação. E seu cérebro, como seu corpo, é muito eficiente; faz com cerca de 20 Watts do que um computador tradicional, com sua estrutura, precisaria de 10 megawatts . Mas essa eficiência significa que é muito, muito, muito complexo, e o mesmo neurônio pode estar envolvido em muitas funções. É duvidoso que você possa olhar para um neurônio e dizer “este é apenas para controlar um membro “porque provavelmente está envolvido em fazer outra coisa também. Não entendemos totalmente como o cérebro coordena o movimento ou faz a maioria das coisas.

Comentários

• Talvez, como exemplo, pense em aranhas que têm oito patas, embora possam ser muito pequenas. Eu acrescentaria que também vai depender de quão complexo e consciente é o movimento dos membros, mãos e dedos.
• Seria interessante saber sobre a capacidade intelectual dedicada à cauda em espécies como os cangurus ( cauda = terceira perna), macacos do novo mundo (cauda extremamente preênsil) e até mesmo humanos (cauda interna vestigial ainda equipada com muitos neurônios para seu conforto!)
• As respostas que refutam a pergunta são perfeitamente bem . A propósito, dê um voto positivo.
• isso pode trazer mais discussão. é uma peça da National Geographic sobre Octopus que teve que cultivar um grande número de neurônios para controlar cada membro separadamente e utilizar sua mudança de cor. nationalgeographic.com/magazine/2016/11/…
• E a memória muscular? Por exemplo, quando digito, meus dedos encontram intuitivamente a tecla correta sem que eu pense nisso. Isso me leva a pensar que a quantidade de neurônios usados não escala apenas com a quantidade de extremidades (dedos), mas também com o número de ” manobras ” que estão na memória. Digamos 100 contra 200 placas-chave. Além disso: Nadar, andar de bicicleta, caminhar etc. pp.

Uma quantidade surpreendente de cálculos são não é feito no cérebro, mas na coluna vertebral! Uma grande parte de nossas capacidades de movimento são gerenciadas dentro da rede neural de nossa coluna vertebral.

Como um exemplo surpreendente, considere os geradores de padrão central encontrado na coluna para controlar nossa marcha.Se você estiver caminhando e sua mão direita encostar em algo, você ajustará o movimento da perna esquerda para compensar antes que o sinal atinja o cérebro.

Um estudo específico em 2007 usou gatos decerebate. São gatos cujo cerebelo foi removido em nome da ciência. Se essa ideia o incomoda, este pode ser um bom ponto para parar de ler e apenas aceitar que a coluna vertebral é responsável por uma parte notável do controle de nossos membros.

Os detalhes particulares não são para os sensíveis , mas felizmente estão bem obscurecidos pelo jargão científico preciso, então podem ser reproduzidos aqui para especificar o quão pouco do cérebro permaneceu após a cirurgia:

Em seguida, realizamos uma descerebração pré-mamilar. O tronco encefálico foi seccionado rostral ao colículo superior, em ângulo de aproximadamente 45 °, a fim de preservar os corpos mamilares e o núcleo subtalâmico. Toda a massa cerebral rostral e lateral à transecção foi removida.

Esses gatos foram colocados em uma esteira, o que fez com que os gatos andassem, apesar de não terem funções superiores. Em seguida, eles ajustaram o ângulo do pescoço do gato para simular o andar para cima e para baixo, mantendo a cabeça nivelada.

Eles descobriram que, ao andar reto, as leituras de EMG mostrando a atividade muscular correspondiam aos padrões associados a gato normal andando com extraordinária precisão. O cérebro, de fato, não era necessário para esse movimento. Eles então inclinaram o pescoço para cima e para baixo e descobriram que isso levava a resultados notavelmente semelhantes aos de gatos normais andando para cima e para baixo, mantendo a cabeça nivelada. Os propreceptores do pescoço estavam sendo integrados aos dados processados pela coluna vertebral e a marcha foi ajustada de acordo.

Então, eu diria que mais membros são totalmente válidos, porque uma quantidade surpreendentemente grande do que nós fazer com eles é na verdade uma capacidade de distribuição encontrada na coluna vertebral, não no cérebro. Fazer malabarismos com 7 bolas com 6 braços ainda pode ser uma tarefa difícil, mas simplesmente operar esses braços não seria.

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• O outro lado disso é exatamente o que se entende por ” limb “. Os humanos têm uma área cerebral que controla 2 braços ou 2 braços e 10 dedos? Se você digitar ou tocar piano, ‘ perceberá que eles podem ser controlados independentemente. a área do cérebro é a mesma para os pés & dedos dos pés? Que tal as pernas de um cavalo versus seus sensíveis & lábios móveis? Ou as pernas de um elefante contra a tromba?
• @jamesqf Pelo que eu ‘ vi, a questão interessante é se existem áreas para braços, dedos das mãos e dos pés, ou se existem regiões para caminhar, tocar piano e dançando. Quanto mais eu olho, mais eu pondero se ‘ é realmente o último. A pergunta que continuo fazendo é ” um malabarista controla 2 mãos ou um malabarista simplesmente faz malabarismo? ”
• Um exemplo extremo talvez seja o fato de que as galinhas são capazes de andar e geralmente se comportam de maneira bastante regular por algum tempo após serem totalmente decapitadas. Em um caso notório, uma galinha foi capaz de sobreviver sem a cabeça por vários anos, IIRC.
• Nesse sentido, é ‘ notável que o polvo usa um sistema motor hierárquico: o cérebro envia comandos aos membros, que executam as ações essencialmente de forma independente do controle central – consulte news.nationalgeographic.com/news/2001/09/0907_octoarm .html para mais detalhes.
• @Cort Ammon: Eu ‘ acharia altamente improvável que o cérebro tenha desenvolvido uma área especial para jogar o piano 🙂 Em vez disso, eu ‘ suspeito de uma área geral de habilidades motoras, talvez com uma subárea relacionada às mãos. O interessante é que o número de habilidades diferentes que podem ser armazenadas parece limitado apenas pelo tempo que você tem para adquiri-las. Tocar piano (mal, admito) não ‘ interfere na minha digitação ou em qualquer outra coisa que eu faça com as mãos & dedos.

Não existe realmente um animal “médio”, mas suspeito que o animal mediano com membros é krill, que tem mais ou menos uma dúzia de membros e um minúsculo sistema nervoso.

Um dos maiores animais do mundo é a lula gigante, que tem dez membros que podem se mover de maneiras muito mais complexas do que o esqueleto articulado membros, então limitar o tamanho de criaturas com vários membros tem contra-exemplos óbvios.

Os cérebros das lulas são bastante pequenos em comparação com o tamanho de Em vez disso, os membros dos cefalópodes são controlados por uma rede mais distribuída de gânglios.Se existe uma vantagem para um animal grande ter muitos membros, a evolução encontrará uma maneira de alcançá-la.

Comentários

• +1 – você pode fazer uma quantidade surpreendentemente grande de trabalho de coordenação de rotina com surpreendentemente poucos neurônios. Por exemplo, Aplysia pode não ter membros reais, mas ainda tem uma ampla gama de movimentos e a capacidade de adquirir conhecimentos comportamentos e gerencia isso com apenas 20.000 neurônios.

Eu só posso responder sobre humanos. Você pergunta o que é necessário para controlar um membro … Presumo que você esteja falando apenas sobre funções motoras conscientes .

1. “Consciente” significa que devemos excluir tudo relacionado aos nervos periféricos que inervam os membros, bem como os reflexos (estes estão localizados na medula espinhal)
2. ” Motor “significa que devemos excluir tudo relacionado aos processos neurológicos” sensoriais “

Essas exclusões são artificiais, uma vez que os movimentos dos membros integram inerentemente esses processos neurológicos. Por exemplo, sem os nervos periféricos, não haveria maneira de transmitir as instruções do cérebro para os músculos. Além disso, sem processos sensoriais, o movimento seria mais difícil … então, por exemplo, a propriocepção permite que o cérebro saiba onde cada parte do membro está localizada no espaço e, portanto, como o membro pode se mover para atingir o desejado efeito.

No entanto, para simplificar minha resposta, e uma vez que parece ser isso que você está perguntando, vou me restringir às funções motoras conscientes.

Schwern está correto ao responder que o cérebro simplesmente não funciona assim. Não é tanto uma questão de porcentagem do cérebro, ou do número de neurônios … o que é importante é o número de conexões neurológicas (sinapses) envolvidos em uma função e a complexidade dessas conexões.

Mas, mesmo assim, tentarei responder à pergunta “Qual a porcentagem do cérebro é preciso controlar esse membro?

Nosso cérebro é coberto por uma camada superficial, que é chamada de o c cerebral ortex . É nesta camada que nossas conexões neurológicas são mais complexas … e, portanto, é nesta camada que as funções cerebrais mais superiores estão localizadas.

Então, onde no córtex cerebral estão as funções motoras localizado?

Se você observar um cérebro de cima, verá uma fissura que divide o cérebro ao meio – uma metade esquerda e uma metade direita. Essas são as hemisférios . O hemisfério esquerdo do cérebro controla as funções motoras na metade direita do corpo e o hemisfério direito controla as funções motoras na metade esquerda do corpo.

Se você observar o mesmo cérebro de lado, você verá outra ranhura que divide o cérebro em duas partes – uma parte anterior e uma parte posterior. Este sulco é denominado o sulco central . As funções motoras estão localizadas na parte frontal, o lobo frontal , bem adjacente ao sulco central … isto é o córtex motor .

Se você pegar esta parte do cérebro e cortá-la na direção direita-esquerda, “será capaz de ver o córtex envolvendo o cérebro. Agora, se você sobrepor a cada parte do córtex motor as partes do corpo que ele controla, você poderá desenhar um “homúnculo cortical” .

Como você pode ver claramente, o córtex motor que controla a mão é muito maior do que o córtex motor que controla o resto do braço. Além disso, o córtex motor que controla a perna é muito menor do que o córtex motor que controla o rosto. Isso ocorre porque a mão tem movimentos muito mais sutis e sutis do que o braço … e todas as nossas expressões faciais precisam de um controle motor muito mais preciso do que os movimentos simples necessários para mover uma perna (que consistem quase exclusivamente em movê-la para frente ou para trás) . Portanto, a quantidade de conexões neurais necessárias para controlar todos os movimentos da mão e do rosto precisa de mais espaço para o cérebro do que para a perna.

Então, não é uma questão de quantos membros seu ser tem … mas de quão finos são os movimentos necessários para os referidos membros.

Observe que esta é uma resposta simplificada demais …Para ser mais preciso, eu precisaria detalhar muitos outros centros cerebrais, principalmente responsáveis pela coordenação motora. O córtex motor que detalhei acima é responsável apenas por mover os membros, não por coordenar esses movimentos com as outras partes do corpo. Portanto, se você estimular eletricamente a “parte da perna” do córtex motor, sua perna vai se sacudir de acordo, mas esse movimento pode ser extremamente impreciso para qualquer objetivo (vg: chutar uma bola de futebol). PS: Aqui está outra imagem de um homúnculo cortical, ou seja, uma representação do corpo em que cada parte do corpo tem um tamanho diretamente proporcional à respectiva quantidade de córtex motor.

Comentários

• Devo dizer que o homúnculo cortical não é ‘ t totalmente em relação ao ” controle motor ” (por exemplo : os dedos não têm músculos, mas muitos receptores)
• @albert: os dedos (quase) não têm músculos, mas têm muitos tendões, que são responsáveis pela motricidade dos dedos. Esses tendões são puxados por músculos do braço e aqueles são controlados pelo córtex motor atribuído a cada dedo.
• @albert: Além disso, acabei de falar sobre o homúnculo cortical motor e excluí o homúnculo cortical somatossensorial, que está localizado no lobo parietal. O homúnculo somatossensorial também tem muito espaço dedicado aos receptores das mãos, mas não é disso que ‘ estou falando.

Não posso dar uma resposta definitiva, mas gostaria de apontar alguns experimentos com interfaces cérebro-computador em macacos e até mesmo em humanos mostram que o cérebro pode aprender a controlar um membro adicional (real, virtual ou mesmo apenas um cursor em uma tela).

Testes humanos (principalmente o chip “Braingate”) foram limitados a pessoas incapazes de mover seus membros reais para começar, por isso é difícil afirmar que o membro artificial conta como “adicional” em vez de apenas uma substituição.

Mas experimentos em macacos (principalmente o trabalho de Miguel Nicolelis na Duke University) mostraram controle de um membro adicional, independentemente dos membros reais do macaco. Mesmo que a configuração comece com o macaco controlando um joystick e o BCI sendo programado para reagir aos padrões dessa atividade, eventualmente lly o macaco é capaz de controlar o BCI sem mover o joystick ou seus braços reais.

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

Meu ponto é que, embora eu não possa quantificar os recursos necessários para o controle motor, estou convencido de que o que já temos é facilmente suficiente para controlar vários membros adicionais. A quantidade de destreza e coordenação provavelmente depende principalmente da prática e não tanto da capacidade do cérebro. A plasticidade do cérebro é incrível, ele pode se adaptar a condições muito inesperadas.