För varje enskilda lemmar i ett genomsnittligt djur, hur många nervceller och hur stor andel av hjärnan krävs för att kontrollera lemmen?

Jag tror det ”ett falskt antagande i denna fråga som liknar ” människor använder bara 10% av sin hjärna ”. Detta har en syn på hjärnan som en dator med en generisk central bearbetningsenhet som kan göra en fast mängd bearbetning och fast mängd minne. Hjärnan fungerar inte så.

Obs: med tanke på att frågan baseras på ett falskt antagande, jag tror inte att det är möjligt att uppfylla de normer som gäller för den hårdvetenskapliga taggen. Jag kommer att göra mitt bästa.

Istället består hjärnan av mycket specialiserade områden som styr vissa saker .Att säga ”du använder bara X% av din hjärna” är som att säga ”du använder bara X% av ditt hus”. Att ha någon som tittar på TV i vardagsrummet hjälper dig inte att laga middag i köket.

Det är inte storleken på hjärnan, eller någon form av total hjärnkraft, som spelar roll. Men huruvida den del av hjärnan för lemmekontroll som är utvecklad för att hantera samordning av sex lemmar eller inte. För att använda husanalogin igen spelar det ingen roll hur stor den är, om det bara finns en toalett kan bara en person använda den åt gången.

Så svaret är: om du behöver för att kontrollera sex lemmar kommer evolutionen att ha säkerställt att hjärnans del för att kontrollera sex lemmar är väl utvecklad. Denna kan vara till nackdel för andra delar av hjärnan … eller så kanske du bara har en tätare packad hjärna.

Det är därför hjärnstorlek spelar ingen roll som mycket som hjärnans densitet och specialisering. Hjärnan förbrukar mycket energi. En mänsklig hjärna är bara 2% av din kroppsvikt, men förbrukar 20% av din energi. En mer komplex hjärna betyder mer energi. evolution har fått det att fungera en liten stund, men det är vanligtvis inte ett bra evolutionärt avvägning. Till exempel, en Koala har en av de lägsta hjärn-till-kroppsvikterna förhållandet mellan vilket däggdjur som helst och det är väldigt smidigt och minskar dess ytarea, vilket ytterligare minskar neuronernas densitet. Detta beror delvis på att dess diet av eukalyptusblad är mycket låg i kalorier och näring. En Koala behöver inte mycket hjärnkraft, så den slösar inte bort energin på den.

Kort sagt, det finns inget svar på ”procent av hjärnan per lem” för det är inte ” t hur hjärnan fungerar. Istället skulle områdena för att kontrollera lemmar vara … inte nödvändigtvis mer utan annorlunda utvecklade: primärmotorisk cortex , premotor cortex , kompletterande motorområde och andra.

Den verkliga anledningen till att människor inte har sex lemmar är för att vi har härstammat från en kroppsplan som sattes upp för minst 500 miljoner år sedan delad av alla ryggradsdjur . En ryggrad, huvud och fyra lemmar. Även ormar, med uppenbarligen inga lemmar, har fyra ryggben. Denna grundläggande kroppsplan förändras inte, evolutionen måste byggas stegvis med vad den har . Den kan anpassa sig och ta bort, men sällan lägger den till eller gör radikala förändringar.

All denna anpassning är också anledningen till att det är svårt att svara ”hur många nervceller per lem”. Din hjärna, som din kropp, är anpassning staplad på anpassning staplad på anpassning. Och din hjärna, liksom din kropp, är mycket effektiv; den gör med cirka 20 watt vad en traditionell dator med sin mycket organiserade struktur, skulle behöva 10 Megawatt . Men den effektiviteten betyder att den är väldigt, väldigt, mycket komplex, och samma neuron kan vara involverad i många funktioner. Det är tveksamt att du kan titta på en neuron och säga ”detta är bara för att kontrollera en lem ”eftersom det förmodligen är involverat i att göra något annat också. Vi förstår inte helt hur hjärnan samordnar rörelse eller gör det mesta.

Kommentarer

• Tänk som ett exempel på spindlar som har åtta ben även om de kan vara väldigt små. Jag vill tillägga att det också kommer att bero på hur komplex och medveten rörelsen av armar och ben, händer och fingrar är.
• Det skulle vara intressant att veta om hjärnkraft som är dedikerad till svansen i arter som känguruer ( svans = tredje benet), nya världsapor (extremt prehensile svans) och till och med människor (vestigial inre svans fortfarande utrustad med alldeles för många neuroner för komfort!)
• Svar som motbevisar frågan är helt bra . Har förresten en röst.
• det kan ge ytterligare diskussion. det är en National Geographic-bit på bläckfisk som var tvungen att odla ett stort antal neuroner för att kontrollera varje lem separat och använda dess färgförändring. nationalgeographic.com/magazine/2016/11/…
• Vad sägs om muskelminne? Till exempel när jag skriver hittar mina fingrar intuitivt rätt nyckel utan att jag tänker på det. Detta får mig att tro att mängden neuroner som används inte bara skalas med mängden extremiteter (fingrar) utan också med antalet ” manövrer ” som finns i minnet. Låt oss säga 100 mot 200-tangentbord. Också: Simning, cykling, promenader, etc. s.

En överraskande mängd beräkningar är inte gjort i hjärnan alls, men i ryggraden! En stor del av våra rörelsefunktioner hanteras faktiskt inom det neurala nätverket i vår ryggrad.

Som ett häpnadsväckande exempel, överväg centrala mönstergeneratorer finns i ryggraden för att kontrollera vår gång.Om du går och din högra hand borstar mot något, kommer du faktiskt att justera rörelsen på vänster ben för att kompensera innan signalen ens har nått hjärnan.

En särskild studie 2007 använde decerebate katter. Det här är katter vars lillhjärnan avlägsnades i vetenskapens namn. Om den tanken stör dig kan det här vara en bra punkt att sluta läsa och bara acceptera att ryggraden är ansvarig för en anmärkningsvärd del av kontrollen av våra lemmar.

De specifika detaljerna är inte för den skvaller , men är lyckligtvis väl dolda av den exakta vetenskapliga jargongen så kan reproduceras här för att specificera hur lite av hjärnan som var kvar efter operationen:

Nästa, vi utförde en pre-mammillary decerebration. Hjärnstammen överfördes rostral till den överlägsna kolliculusen, i ungefär en 45 ° vinkel, för att bevara bröstkropparna och sub-talamkärnan. Allt hjärnämne rostralt och lateralt till transektionen togs bort.

Dessa katter placerades sedan på ett löpband, vilket fick katterna att gå trots att de inte hade någon högre funktioner. De justerade sedan vinkeln på kattens nacke för att simulera att gå upp och ner samtidigt som huvudet stod i nivå.

De fann att EMG-avläsningarna som visade muskelaktivitet matchade mönstren associerade med en normal katt som går med exceptionell precision. Hjärnan var faktiskt inte alls nödvändig för denna rörelse. De lutade sedan nacken upp och ner och fann att detta ledde till anmärkningsvärt lika resultat som vanliga katter som gick upp och nerför en kulle samtidigt som de höll huvudet. Propreceptorerna i nacken integrerades faktiskt i de data som bearbetades av ryggraden och gången justerades därefter.

Så jag skulle säga att fler lemmar är helt giltiga, för en överraskande stor mängd av vad vi göra med dem är faktiskt en fördelningskapacitet som finns i ryggraden, inte hjärnan. Jonglering med 7 bollar med 6 armar kan fortfarande vara en svår uppgift, men det är inte bara att använda dessa armar.

Kommentarer

• Den andra sidan av detta är vad som exakt menas med ” lem ”. Har människor ett hjärnområde som kontrollerar två armar eller 2 armar och 10 fingrar – om du trycker på eller spelar piano kommer du ’ att inse att de kan kontrolleras oberoende. hjärnområdet samma för fötterna & tårna? Vad sägs om benen på en häst mot dess känsliga & rörliga läppar? Eller benen av en elefant mot stammen?
• @jamesqf Från vad jag ’ har sett är den intressanta frågan om det finns områden för armar, fingrar och tår, eller om det finns områden för att gå, spela piano och dans. Ju mer jag tittar på, desto mer funderar jag på om det ’ faktiskt är det senare. Frågan jag ställer ständigt är ” kontrollerar en jonglör två händer, eller jonglerar helt enkelt? ”
• Ett extremt exempel är kanske det faktum att kycklingar kan gå runt och i allmänhet bete sig på ett ganska regelbundet sätt under en längre tid efter att ha varit helt halshuggade. I ett ökänt fall kunde en kyckling överleva utan huvudet under flera år, IIRC.
• I linje med detta är det ’ anmärkningsvärt att bläckfisken använder ett hierarkiskt motoriskt system: hjärnan skickar kommandon till lemmarna, som utför åtgärderna i huvudsak oberoende av den centrala kontrollen – se news.nationalgeographic.com/news/2001/09/0907_octoarm .html för mer information.
• @Cort Ammon: Jag ’ Jag tycker att det är mycket osannolikt att hjärnan har utvecklat ett särskilt område för att spela pianot 🙂 I stället misstänker jag ’ ett allmänt motorikområde, med kanske ett handrelaterat delområde. Det intressanta är att antalet olika färdigheter som kan lagras verkar bara begränsas av hur mycket tid du har att förvärva dem. Att spela piano (dåligt erkänner jag) stör ’ inte min typning eller något annat jag gör med händerna & fingrar.

Det finns inte riktigt ett ”genomsnittligt” djur, men jag misstänker att mediandjuret med lemmar är krill, som har ett dussin eller så lemmar och ett litet nervsystem.

Ett av de största djuren i världen är jättebläckfisken, som har tio lemmar som kan röra sig på mycket mer komplexa sätt än ledade skelett lemmar, så att begränsa storleken på varelser med flera lemmar har uppenbara motexempel.

Bläckfiskhjärnor är ganska små jämfört med storleken på Istället styrs bläckfiskbenen av ett mer distribuerat nätverk av ganglier.Om det finns en fördel för ett stort djur att ha många lemmar, kommer evolutionen att hitta ett sätt att uppnå det.

Kommentarer

• +1 – du kan göra en förvånansvärt stor mängd rutinmässigt samordningsarbete med förvånansvärt få nervceller. Till exempel Aplysia kanske inte har några verkliga lemmar, men det har fortfarande ett ganska brett spektrum av rörelser och förmågan att skaffa sig inlärda beteenden, och hanterar detta med endast 20 000 neuroner.

Jag kan bara svara om människor. Du frågar vad som behövs för att kontrollera en lem … Jag antar att du bara pratar om medvetna motorfunktioner .

1. ”Medvetet” betyder att vi måste utesluta allt som är relaterat till de perifera nerverna som inerverar lemmarna, såväl som reflexer (dessa ligger i ryggmärgen)
2. ” Motor ”betyder att vi måste utesluta allt relaterat till de” sensoriska ”neurologiska processerna

Dessa uteslutningar är artificiella, eftersom lemmens rörelser i sig integrerar dessa neurologiska processer. Till exempel utan de perifera nerverna skulle det inte finnas något sätt att överföra instruktionerna från hjärnan till musklerna. Utan sensoriska processer skulle rörelse vara svårare … så till exempel tillåter proprioception hjärnan att veta var varje del av lemmen ligger i rymden, och därför hur lemmen kan röra sig för att uppnå önskad Effekt.

Men för att förenkla mitt svar, och eftersom detta verkar vara vad du frågar, kommer jag begränsa mig till de medvetna motorfunktionerna.

Schwern har rätt i att svara att hjärnan helt enkelt inte fungerar så. Det handlar inte så mycket om procentandel hjärna eller antal neuroner … det som är viktigt är antalet neurologiska kopplingar (synapser) involverad i en funktion och komplexiteten i dessa anslutningar.

Men ändå försöker jag svara på frågan ”Hur stor andel av hjärnan tar det för att kontrollera den lemmen?

Vår hjärna täcks av ett ytligt lager, det kallas hjärnan c ortex . Det är i detta lager som våra neurologiska kopplingar är de mest komplexa … och därför är det i detta lager som de mest överlägsna hjärnfunktionerna finns.

Så var i hjärnbarken är motorfunktionerna lokaliserad?

Om du tittar på en hjärna uppifrån ser du en spricka som delar hjärnan i hälften – en vänster och en höger hälft. Det är halvklot . Hjärnans vänstra halvklot kontrollerar motorfunktionerna i kroppens högra hälft och den högra halvklotet styr motorfunktionerna i kroppens vänstra hälft.

Om du tittar på samma hjärna från sidan ser du ett annat spår som delar hjärnan i två delar – en främre del och en bakre del. Detta spår kallas den centrala sulcus . Motorfunktionerna är placerade på den främre delen, frontlob , precis intill den centrala sulken … detta är motor cortex .

Om du tar den här delen av hjärnan och skär den i höger-vänster riktning, kommer du att kunna se hjärnbarken som omsluter hjärnan. Om du överlagrar var och en del av motorbarken kroppsdelarna som den kontrollerar kommer du att kunna rita en ”kortikal homunculus” .

Som du tydligt kan se är motorbarken som styr handen mycket större än motorbarken som styr resten av armen. Motorbarken som styr benet är också mycket mindre än motorbarken som styr ansiktet. Detta beror på att handen har mycket mer nyanserade och finare rörelser än armen … och alla våra ansiktsuttryck behöver en mycket finare motorstyrning än de enkla rörelserna som behövs för att flytta ett ben (som nästan uteslutande består i att flytta det framåt eller bakåt) . Så, mängden neurala anslutningar som behövs för att kontrollera alla hand- och ansiktsrörelser behöver mer hjärnutrymme än benet.

Så det handlar inte om hur mycket lemmar din varelse har … utan av hur bra de rörelser som behövs för nämnda lemmar är.

Observera att detta är ett förenklat svar …För att vara mer exakt skulle jag behöva detaljera många andra hjärncentra, nämligen ansvariga för motorisk kohordination. Den motoriska hjärnbarken som jag detaljerade ovan är endast ansvarig för att flytta lemmarna, inte för att samordna dessa rörelser med de andra kroppsdelarna. Så om du elektriskt stimulerar ”bendelen” i motorbarken, kommer ditt ben att ryckas därefter, men den rörelsen kan vara extremt exakt för alla mål (vg: sparka en fotboll).

PS: Här är en annan bild av en kortikal homunculus, dvs en representation av kroppen i vilken varje kroppsdel har en storlek som är direkt proportionell mot respektive mängd motorisk cortex.

Kommentarer

• Jag måste säga att den kortikala homunculusen inte är ’ t helt vad gäller ” motorstyrning ” : fingrarna har inga muskler men många receptorer)
• @albert: fingrarna har (nästan) inga muskler, men de har massor av senor, som är ansvariga för fingerens rörlighet. Dessa senor dras av muskler i armen och de styrs av motorbarken som tillskrivs varje finger.
• @albert: Dessutom har jag just pratat om motorisk kortikal homunculus, och jag har uteslutit den somatossensoriska cortical homunculus, som ligger i parietalloben. Den somatossensoriska homunculusen har också mycket utrymme åt handreceptorerna, men det är inte det jag ’ jag pratar om.

Kan inte ge ett definitivt svar, men jag vill påpeka några experiment med hjärn-dator-gränssnitt hos apor och till och med människor visar att hjärnan kan lära sig att styra en extra lem (verklig, virtuell eller till och med bara en markör på en skärm).

Mänskliga prövningar (huvudsakligen ”Braingate” -chipet) har begränsats till att människor inte kan flytta sina riktiga lemmar till till att börja med, så det är svårt att hävda att den artificiella lemmen räknas som ”ytterligare” istället för bara en ersättning.

Men experiment med apor (främst arbetet med Miguel Nicolelis vid Duke University) har visat kontroll över en ytterligare lem oberoende av apans riktiga lemmar. Även om installationen börjar med att apa styr en joystick och BCI är programmerad att reagera på mönster från den aktiviteten, eventua lly apan kan styra BCI utan att flytta joysticken eller dess riktiga armar.

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

Min poäng är att även om jag inte kan kvantifiera de resurser som behövs för motorstyrning, är jag övertygad om att det vi redan har är lätt tillräckligt för att kontrollera flera ytterligare lemmar. Mängden skicklighet och samordning beror troligen mest på övning och inte så mycket på hjärnkapacitet. Hjärnans plasticitet är ganska otrolig, den kan anpassas till mycket oväntade förhållanden.