Pentru fiecare membru individual la un animal mediu, câți neuroni și ce procent din creier este nevoie pentru a controla acel membru?

Cred că acolo „o presupunere falsă în această întrebare similară cu „ oamenii folosesc doar 10% din creierul lor ”. Aceasta are o vedere asupra creierului ca un computer cu un generic unitate centrală de procesare care poate face o cantitate fixă de procesare și o cantitate fixă de memorie. Creierul nu funcționează așa.

Notă: dat fiind că întrebarea se bazează pe o presupunere falsă, eu nu credeți că este posibil să îndepliniți standardele normale ale etichetei hard-science. Voi face tot posibilul.

În schimb, creierul este format din zone foarte specializate care controlează anumite lucruri .A spune „folosești doar X% din creierul tău” este ca și cum ai spune „folosești doar X% din casa ta”. A avea pe cineva care se uită la televizor în sufragerie nu te ajută să gătești cina în bucătărie.

Nu contează mărimea creierului sau un fel de putere totală a creierului. Dar dacă porțiunea creierului pentru controlul membrelor este sau nu dezvoltată pentru a gestiona coordonarea a șase membre. Pentru a folosi din nou analogia casei, nu contează cât de mare este, dacă există o singură toaletă, atunci o singură persoană o poate folosi la un moment dat.

Deci, răspunsul este: dacă aveți nevoie pentru a controla șase membre, evoluția se va asigura că porțiunea creierului pentru controlul a șase membre este bine dezvoltată. Acest ar putea să fie în detrimentul altor părți ale creierului … sau s-ar putea să aveți doar un creier mai dens.

Acesta este motivul pentru care dimensiunea creierului nu contează ca la fel ca densitatea și specializarea creierului. Creierele consumă multă energie. Un creier uman reprezintă doar 2% din greutatea corporală, dar consumă 20% din energia dvs. Un creier mai complex înseamnă mai multă energie. evoluția a făcut ca acest lucru să funcționeze pentru o vreme, dar de obicei nu este un bun compromis evolutiv. De exemplu, o Koala are una dintre cele mai mici greutate creier-corp raportul dintre orice mamifer și este foarte neted, reducându-și suprafața, reducând în continuare densitatea neuronilor. Acest lucru se întâmplă, în parte, deoarece dieta sa de frunze de eucalipt este foarte scăzută în calorii și nutriție. O Koala nu are nevoie de multă putere cerebrală, deci nu risipește energia pe ea.

Pe scurt, nu există un răspuns la „procentul creierului pe membru”, deoarece asta nu este „ cum funcționează creierul. În schimb, zonele pentru controlul membrelor ar fi … nu neapărat mai multe , ci dezvoltate diferit: cortexul motor primar , cortexul premotor , zona motorului suplimentară și altele.

Adevăratul motiv pentru care oamenii nu au șase membre este pentru că am „coborât dintr-un plan corporal stabilit acum cel puțin 500 de milioane de ani, împărțit de toți vertebrate . O coloană vertebrală, cap și patru membre. Chiar și șerpii, aparent fără membre, au patru membre vestigiale. Acest plan de bază al corpului nu se schimbă, evoluția trebuie să se construiască incremental cu ceea ce are . Se poate adapta și elimina, dar rareori adaugă sau face schimbări radicale.

Toată această adaptare este, de asemenea, motivul pentru care este „greu să răspunzi la” câte neuroni pe membru „. Creierul tău, ca și corp, este o adaptare acumulată pe adaptare acumulată pe adaptare. Și creierul tău, ca și corpul tău, este foarte eficient; face cu aproximativ 20 de wați ceea ce un computer tradițional, cu structură, ar avea nevoie de 10 megawați . Dar această eficiență înseamnă că este foarte, foarte, foarte complex și același neuron ar putea fi implicat în multe funcții. Este îndoielnic că puteți privi un neuron și puteți spune „acesta este numai pentru controlul unui membru „, deoarece este implicat probabil în a face și altceva. Nu înțelegem pe deplin cum creierul coordonează mișcarea sau face majoritatea lucrurilor.

Comentarii

• Poate, ca exemplu, gândiți-vă la păianjenii care au opt picioare, deși pot fi foarte mici. Aș adăuga că va depinde și de cât de complexă și conștientă este mișcarea membrelor, a mâinilor și a degetelor.
• Ar fi interesant să știm despre puterea cerebrală dedicată cozii la specii precum cangurii ( coada = al treilea picior), maimuțele lumii noi (coada extrem de prensilă) și chiar oamenii (coada internă vestigială încă echipată cu mult prea mulți neuroni pentru confort!)
• Răspunsurile care resping întrebarea sunt perfect bine . Apropo, aveți un vot pozitiv.
• acest lucru ar putea adăuga discuții suplimentare. este o piesă National Geographic pe Octopus care a trebuit să crească un număr mare de neuroni pentru a controla fiecare membru separat și pentru a utiliza schimbarea culorii sale. nationalgeographic.com/magazine/2016/11/…
• Ce zici de memoria musculară? De exemplu, când scriu, degetele mele găsesc intuitiv cheia corectă fără ca eu să mă gândesc la asta. Acest lucru mă face să cred că cantitatea de neuroni utilizați nu se întinde doar cu cantitatea de extremități (degete), ci și cu numărul de ” manevre ” care sunt în memorie. Să presupunem plăci de 100 vs 200 de taste. De asemenea: înot, mers pe bicicletă, mers pe jos, etc. pp.

O cantitate surprinzătoare de calcule sunt deloc realizat în creier, ci în coloana vertebrală! O mare parte din capacitățile noastre de mișcare sunt de fapt gestionate în rețeaua neuronală a coloanei vertebrale.

Ca un exemplu uimitor, luați în considerare generatoare de modele centrale găsit în coloana vertebrală pentru controlul mersului nostru.Dacă mergeți și mâna dreaptă se perie de ceva, veți ajusta de fapt mișcarea piciorului stâng pentru a compensa înainte ca semnalul să ajungă chiar la creier.

Un studiu special din 2007 a folosit pisici decerebate. Acestea sunt pisici al căror cerebel a fost îndepărtat în numele științei. Dacă această idee te deranjează, acesta ar putea fi un punct bun pentru a nu mai citi și a accepta doar că coloana vertebrală este responsabilă pentru o porțiune remarcabilă a controlului membrelor noastre.

Detaliile particulare nu sunt pentru scârțâitul , dar din fericire sunt bine ascunse de jargonul științific precis, așa că pot fi reproduse aici pentru a specifica cât de puțin din creier a rămas după operație:

În continuare, am efectuat o decerebrare pre-mamilară. Trunchiul cerebral a fost transectat rostral către coliculul superior, la un unghi de aproximativ 45 °, pentru a păstra corpurile mamilare și nucleul subtalamic. Toată materia cerebrală rostrală și laterală a tranziției a fost îndepărtată.

Aceste pisici au fost apoi puse pe o bandă de alergat, ceea ce a determinat pisicile să meargă, în ciuda faptului că nu au funcții superioare. Apoi au ajustat unghiul gâtului pisicii pentru a simula mersul în sus și în jos, menținând nivelul capului.

Au constatat că, atunci când merg pe jos, citirile EMG care arată activitatea musculară se potrivesc cu modelele asociate cu o pisica normala mergand cu o precizie extraordinara. De fapt, creierul nu era deloc necesar pentru această mișcare. Apoi, au înclinat gâtul în sus și în jos și au constatat că acest lucru duce la rezultate remarcabil de similare cu pisicile normale care merg în sus și în jos pe deal, în timp ce își păstrează nivelul capului. Propreceptorii din gât erau de fapt integrați în datele procesate de coloana vertebrală și mersul a fost ajustat în consecință.

Deci aș spune că mai multe membre sunt total valabile, deoarece o cantitate surprinzător de mare din ceea ce am a face cu ei este de fapt o capacitate de distribuție găsită în coloana vertebrală, nu în creier. Jonglarea cu 7 bile cu 6 brațe poate fi încă o sarcină dificilă, dar simpla operare a acestor brațe nu ar fi.

Comentarii

• Cealaltă parte a acestui lucru este ceea ce se înțelege exact prin ” limb „. Oamenii au o zonă a creierului care controlează 2 brațe sau 2 brațe și 10 degete – dacă atingeți sau cântați la pian, ‘ vă veți da seama că pot fi controlate independent. zona creierului la fel pentru picioarele & degetele de la picioare? Ce zici de picioarele unui cal față de buzele sale mobile & sensibile? Sau picioarele a unui elefant vs trunchiul?
• @jamesqf Din ceea ce am văzut ‘, întrebarea interesantă este dacă există zone pentru brațe, degete și degetele de la picioare sau dacă există regiuni pentru mers, cântat la pian și dans. Cu cât mă uit mai mult, cu atât mă gândesc mai mult dacă ‘ este de fapt acesta din urmă. Întrebarea pe care o pun mereu este ” un jongler controlează 2 mâini sau un jongler pur și simplu jonglează? ”
• Un exemplu extrem este probabil faptul că găinile sunt capabile să se plimbe și, în general, se comportă într-un mod destul de regulat pentru o anumită perioadă de timp după ce au fost în întregime decapitate. Într-un caz notoriu, un pui a reușit să supraviețuiască fără capul său timp de mai mulți ani, IIRC.
• În acest sens, ‘ este remarcabil că caracatița folosește un sistem motor ierarhic: creierul trimite comenzi către membre, care execută acțiunile în esență independent de controlul central – vezi news.nationalgeographic.com/news/2001/09/0907_octoarm .html pentru mai multe detalii.
• @Cort Ammon: Cred că ‘ cred că este foarte puțin probabil ca creierul să fi dezvoltat o zonă specială pentru joacă pianul 🙂 În schimb, ‘ suspectez o zonă generală a abilităților motorii, cu probabil o sub-zonă legată de mână. Interesant este că numărul de abilități diferite care pot fi stocate pare limitat doar de cantitatea de timp pe care trebuie să o dobândești. Cântatul la pian (rău, recunosc) nu ‘ nu interferează cu tastarea mea, sau orice altceva fac cu mâinile & degetele.

Nu există într-adevăr un animal „mediu”, dar bănuiesc că animalul median cu membrele este krill, care are aproximativ o duzină de membre și un sistem nervos mic.

Unul dintre cele mai mari animale din lume este calmarul gigant, care are zece membre care se pot mișca în moduri mult mai complexe decât scheletul articulat membre, deci punerea unei limite asupra dimensiunii creaturilor cu mai multe membre are contraexemple evidente.

Creierul de calmar este destul de mic comparativ cu dimensiunea În schimb, membrele cefalopode sunt controlate de o rețea mai distribuită de ganglioni.Dacă există un avantaj ca un animal mare să aibă multe membre, atunci evoluția va găsi o modalitate de a-l atinge.

Comentarii

• +1 – puteți face o cantitate surprinzător de mare de coordonare de rutină cu surprinzător de puțini neuroni. De exemplu, Aplysia poate să nu aibă membre reale, dar are încă o gamă destul de largă de mișcări și abilitatea de a dobândi învățat comportamente și gestionează acest lucru cu doar 20.000 de neuroni.

Nu pot răspunde decât despre oameni. Întrebați ce este necesar pentru a controla un membru … Presupun că vorbiți doar despre funcțiile motorii conștiente .

1. „Conștient” înseamnă că trebuie să excludem tot ceea ce ține de nervii periferici care inervează membrele, precum și reflexele (acestea sunt situate în măduva spinării)
2. ” Motor „înseamnă că trebuie să excludem tot ceea ce este legat de procesele neurologice” senzoriale „.

Aceste excluderi sunt artificiale, deoarece mișcările membrelor integrează inerent aceste procese neurologice. De exemplu, fără nervii periferici, nu ar exista nicio modalitate de a transmite instrucțiunile din creier în mușchi. De asemenea, fără procese senzoriale, mișcarea ar fi mai dificilă … așa că, de exemplu, propriocepția permite creierului să știe unde se află fiecare parte a membrului în spațiu și, prin urmare, cum se poate mișca membrul pentru a atinge obiectivul dorit. efect.

Cu toate acestea, pentru a-mi simplifica răspunsul și, deoarece acest lucru pare a fi ceea ce cereți, mă voi limita la funcțiile motorii conștiente.

Schwern răspunde corect că creierul pur și simplu nu funcționează așa. Nu este vorba atât de procentul creierului, fie de numărul de neuroni … ceea ce este important este numărul de conexiuni neurologice (sinapse) implicat într-o funcție și complexitatea acelor conexiuni.

Dar, chiar și așa, voi încerca să răspund la întrebarea „Ce procent din creier este nevoie pentru a controla acel membru?

Creierul nostru este acoperit de un strat superficial, care se numește c. cerebral ortex . În acest strat conexiunile noastre neurologice sunt cele mai complexe … și, prin urmare, în acest strat sunt localizate cele mai superioare funcții ale creierului.

Deci, unde în cortexul cerebral sunt funcțiile motorii localizat?

Dacă privești un creier de sus, vei vedea o fisură care împarte creierul în jumătate – jumătate stângă și jumătate dreaptă. Acestea sunt emisfere . Emisfera stângă a creierului controlează funcțiile motorii din jumătatea dreaptă a corpului, iar emisfera dreaptă controlează funcțiile motorului din jumătatea stângă a corpului.

Dacă urmăriți același creier din lateral, veți vedea o altă canelură care împarte creierul în două părți – o parte anterioară și o parte posterioară. Acest șanț se numește sulcus central . Funcțiile motorului sunt situate pe partea din față, lobul frontal , chiar adiacent acelui sulcus central … acesta este cortexul motor .

Dacă luați această parte a creierului și o tăiați în direcția dreapta-stânga, veți putea vedea cortexul care învelește creierul. Acum, dacă suprapuneți pe fiecare parte a cortexului motor părțile corpului pe care le controlează, veți putea să desenați un „homunculus cortical” .

După cum puteți vedea clar, cortexul motor care controlează mâna este mult mai mare decât cortexul motor care controlează restul brațului. De asemenea, cortexul motor care controlează piciorul este mult mai mic decât cortexul motor care controlează fața. Acest lucru se datorează faptului că mâna are mișcări mult mai nuanțate și fine decât brațul … și toate expresiile noastre faciale au nevoie de un control motor mult mai fin decât mișcările simple necesare pentru a mișca un picior (care constă aproape exclusiv în deplasarea acestuia înainte sau înapoi) . Deci, cantitatea de conexiuni neuronale necesare pentru a controla toate mișcările mâinii și feței are nevoie de mai mult spațiu cerebral decât piciorul.

Deci, nu este o chestiune de cât de multe membre are ființa ta … ci de cât de fine sunt mișcările necesare pentru respectivele membre.

Vă rugăm să rețineți că acesta este un răspuns simplificat …Pentru a fi mai precis, ar trebui să detaliați multe alte centre ale creierului, și anume responsabile pentru coordonarea motorie. Cortexul motor pe care l-am detașat mai sus este responsabil doar pentru mișcarea membrelor, nu pentru a coordona acele mișcări cu celelalte părți ale corpului. Deci, dacă stimulați electric „partea piciorului” cortexului motor, piciorul vă va smulge în consecință, dar această mișcare poate fi extrem de imprecisă pentru orice obiectiv (vg: lovirea unui fotbal).

PS: Iată o altă imagine a unui homunculus cortical, adică o reprezentare a corpului în care fiecare parte a corpului are o dimensiune direct proporțională cu cantitatea respectivă de cortex motor.

Comentarii

• Trebuie să spun că homunculusul cortical nu este ‘ cu totul referitor la ” controlul motorului ” (de ex. : degetele nu au mușchi, ci mulți receptori)
• @albert: degetele nu au (aproape) mușchi, dar au o mulțime de tendoane, care sunt responsabile de motricitatea degetelor. mușchii din braț și aceia sunt controlați de cortexul motor atribuit fiecărui deget.
• @albert: De asemenea, tocmai am vorbit despre homunculul cortical motor și am exclus homunculul cortical somatossensorial, care se află în lobul parietal. Homunculul somatossensorial are, de asemenea, o mulțime de spațiu dedicat receptorilor de mână, dar nu despre asta vorbesc ‘.

Nu pot da un răspuns definitiv, dar aș dori să subliniez câteva experimente cu interfețe creier-computer la maimuțe și chiar oamenii arată că creierul pot învăța să controleze un membru suplimentar (real, virtual sau chiar doar un cursor pe un ecran).

Încercările umane (în principal cipul „Braingate”) au fost limitate la persoanele incapabile să-și mute membrele reale la la început, deci este greu de pretins că membrul artificial se consideră „suplimentar” în loc de doar un înlocuitor.

Dar experimentele pe maimuțe (în principal lucrarea lui Miguel Nicolelis de la Universitatea Duke) au arătat controlul asupra un membru suplimentar independent de membrele reale ale maimuței. Chiar dacă configurarea începe cu maimuța controlând un joystick și BCI fiind programat să reacționeze la tiparele din acea activitate, eventua lly maimuța este capabilă să controleze BCI fără a muta joystick-ul sau brațele sale reale.

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

Ideea mea este că, deși nu pot cuantifica resursele necesare pentru controlul motorului, sunt convins că ceea ce avem deja este ușor suficient pentru controlul mai multor membre suplimentare. Cantitatea de dexteritate și coordonare depinde probabil mai ales de practică și nu atât de mult de capacitatea creierului. Plasticitatea creierului este destul de incredibilă, se poate adapta la condiții foarte neașteptate.