Für jede einzelne Extremität in einem durchschnittlichen Tier, wie viele Neuronen und wie viel Prozent des Gehirns braucht es, um diese Extremität zu kontrollieren?

Ich denke dort „Eine falsche Annahme in dieser Frage, ähnlich wie bei “ Menschen verbrauchen nur 10% ihres Gehirns „. Dies hat eine Ansicht des Gehirns wie ein Computer mit einem Generikum Zentraleinheit, die eine feste Menge an Verarbeitung und eine feste Menge an Speicher ausführen kann. Das Gehirn funktioniert nicht so.

Hinweis: Da die Frage auf einer falschen Annahme basiert, I. Ich glaube nicht, dass es möglich ist, die normalen Standards des Hard-Science-Tags zu erfüllen. Ich werde mein Bestes geben.

Stattdessen besteht das Gehirn aus sehr speziellen Bereichen, die bestimmte Dinge steuern .Zu sagen „Sie benutzen nur X% Ihres Gehirns“ ist wie zu sagen „Sie benutzen nur X% Ihres Hauses“. Wenn jemand im Wohnzimmer fernsieht, hilft das nicht, das Abendessen in der Küche zu kochen.

Es kommt nicht auf die Größe des Gehirns oder eine Art totale Gehirnleistung an. Aber ob der Teil des Gehirns für die Kontrolle der Gliedmaßen für die Koordination von sechs Gliedmaßen entwickelt wurde oder nicht. Um die Hausanalogie wieder zu verwenden, spielt es keine Rolle, wie groß sie ist. Wenn es nur eine Toilette gibt, kann jeweils nur eine Person sie benutzen.

Die Antwort lautet also: Wenn Sie brauchen Um sechs Gliedmaßen zu kontrollieren, hat die Evolution dafür gesorgt, dass der Teil des Gehirns zur Kontrolle von sechs Gliedmaßen gut entwickelt ist. Dies könnte zu Lasten anderer Teile des Gehirns gehen … oder Sie haben möglicherweise nur ein dichter gepacktes Gehirn.

Aus diesem Grund spielt die Gehirngröße keine Rolle Ähnlich wie Gehirndichte und Spezialisierung. Gehirne verbrauchen viel Energie. Ein menschliches Gehirn macht nur 2% Ihres Körpergewichts aus, verbraucht aber 20% Ihrer Energie. Ein komplexeres Gehirn bedeutet mehr Energie. Mensch Die Evolution hat diese Arbeit für eine Weile gemacht, aber es ist normalerweise kein guter evolutionärer Kompromiss. Zum Beispiel hat ein Koala eines der niedrigsten Gehirn-zu-Körper-Gewichte Verhältnis eines Säugetiers , und es ist sehr glatt, wodurch seine Oberfläche weiter verringert wird, wodurch die Dichte der Neuronen weiter verringert wird. Dies liegt zum Teil daran, dass die Ernährung mit Eukalyptusblättern sehr kalorien- und ernährungsarm ist. Ein Koala benötigt nicht viel Gehirnleistung, verschwendet also keine Energie.

Kurz gesagt, es gibt keine Antwort auf „Prozentsatz des Gehirns pro Glied“, weil dies nicht der Fall ist. “ t wie das Gehirn funktioniert. Stattdessen wären die Bereiche für die Kontrolle der Gliedmaßen … nicht unbedingt mehr , sondern unterschiedlich entwickelt: der primäre motorische Kortex , der prämotorische Kortex , der ergänzende motorische Bereich und andere.

Der wahre Grund, warum Menschen keine sechs Gliedmaßen haben, ist, dass wir von einem Körperplan abstammen, der vor mindestens 500 Millionen Jahren aufgestellt wurde und von allen geteilt wurde Wirbeltiere . Eine Wirbelsäule, ein Kopf und vier Gliedmaßen. Sogar Schlangen, die anscheinend keine Gliedmaßen haben, haben vier Überreste. Dieser grundlegende Körperplan ändert sich nicht, die Evolution muss schrittweise mit dem aufbauen, was sie hat . Es kann sich anpassen und entfernen, fügt aber selten radikale Änderungen hinzu.

All diese Anpassungen sind auch der Grund, warum es schwierig ist zu beantworten, wie viele Neuronen pro Gliedmaßen vorhanden sind. Ihr Gehirn, wie Ihr Körper, ist Anpassung auf Anpassung gestapelt auf Anpassung. Und Ihr Gehirn ist wie Ihr Körper sehr effizient; macht es mit etwa 20 Watt, was ein traditioneller Computer mit seiner sehr gut organisierten Struktur, würde 10 Megawatt benötigen . Aber diese Effizienz bedeutet, dass es sehr, sehr, sehr komplex ist und dass dasselbe Neuron an vielen Funktionen beteiligt sein könnte. Es ist zweifelhaft, ob Sie ein Neuron betrachten und sagen können: „Dies ist .“ Nur zur Kontrolle eines Gliedes „, weil es wahrscheinlich auch etwas anderes zu tun hat. Wir verstehen nicht ganz, wie das Gehirn die Bewegung koordiniert oder die meisten Dinge tut.

Kommentare

• Denken Sie vielleicht als Beispiel an Spinnen mit acht Beinen, obwohl sie sehr klein sein können. Ich würde hinzufügen, dass es auch davon abhängt, wie komplex und bewusst die Bewegung der Gliedmaßen, Hände und Finger ist.
• Es wäre interessant zu wissen, welche Gehirnleistung dem Schwanz bei Arten wie Kängurus gewidmet ist ( Schwanz = drittes Bein), Neuweltaffen (extrem greifbarer Schwanz) und sogar Menschen (innerer Schwanz, der immer noch mit viel zu vielen Neuronen ausgestattet ist, um sich wohl zu fühlen!)
• Antworten, die die Frage widerlegen, sind vollkommen in Ordnung . Übrigens eine positive Bewertung.
• Dies könnte zu weiteren Diskussionen führen. Es ist ein Stück von National Geographic über Octopus, bei dem eine große Anzahl von Neuronen gezüchtet werden musste, um jedes Glied einzeln zu steuern und seine Farbänderung zu nutzen. nationalgeographic.com/magazine/2016/11/…
• Wie wäre es mit Muskelgedächtnis? Wenn ich zum Beispiel tippe, finden meine Finger intuitiv den richtigen Schlüssel, ohne dass ich darüber nachdenke. Dies lässt mich denken, dass die Anzahl der verwendeten Neuronen nicht nur mit der Anzahl der Extremitäten (Finger) skaliert, sondern auch mit der Anzahl der “ Manöver “ die sich im Speicher befinden. Sagen wir 100 gegen 200 Tastaturen. Außerdem: Schwimmen, Fahrrad fahren, spazieren gehen usw. S.

Es gibt überraschend viele Berechnungen überhaupt nicht im Gehirn, sondern in der Wirbelsäule! Ein großer Teil unserer Bewegungsfähigkeiten wird tatsächlich im neuronalen Netzwerk unserer Wirbelsäule verwaltet.

Betrachten Sie als erstaunliches Beispiel die zentralen Mustergeneratoren in der Wirbelsäule gefunden, um unseren Gang zu kontrollieren.Wenn Sie gehen und Ihre rechte Hand gegen etwas streicht, passen Sie die Bewegung des linken Beins an, um dies auszugleichen, bevor das Signal überhaupt das Gehirn erreicht hat.

In einer bestimmten Studie im Jahr 2007 wurden dezerebierte Katzen verwendet. Dies sind Katzen, deren Kleinhirn im Namen der Wissenschaft entfernt wurde. Wenn Sie diese Idee stört, ist dies möglicherweise ein guter Punkt, um mit dem Lesen aufzuhören und einfach zu akzeptieren, dass die Wirbelsäule für einen bemerkenswerten Teil der Kontrolle unserer Gliedmaßen verantwortlich ist.

Die besonderen Details sind nichts für Zimperliche , aber glücklicherweise sind sie durch den genauen wissenschaftlichen Jargon gut verdeckt, so dass hier wiedergegeben werden kann, wie wenig Gehirn nach der Operation übrig geblieben ist:

Weiter, Wir führten eine prämammilläre Dekerebration durch. Der Hirnstamm wurde in einem Winkel von ungefähr 45 ° rostral zum oberen Kollikulus durchtrennt, um die Mammillarkörper und den subthalamischen Kern zu erhalten. Die gesamte rostrale und laterale Hirnsubstanz der Transektion wurde entfernt.

Diese Katzen wurden dann auf ein Laufband gestellt, wodurch die Katzen gingen, obwohl sie keine hatten höhere Funktionen. Anschließend passten sie den Winkel des Halses der Katze an, um das Auf- und Abgehen zu simulieren, während der Kopf gerade gehalten wurde.

Sie stellten fest, dass die EMG-Werte, die die Muskelaktivität zeigten, beim flachen Gehen mit den mit a verbundenen Mustern übereinstimmten normales Katzenlaufen mit außerordentlicher Präzision. Das Gehirn wurde für diese Bewegung tatsächlich überhaupt nicht benötigt. Dann neigten sie den Hals auf und ab und stellten fest, dass dies zu bemerkenswert ähnlichen Ergebnissen führte wie bei normalen Katzen, die bergauf und bergab gingen, während sie ihren Kopf gerade hielten. Die Proprezeptoren im Nacken wurden tatsächlich in die von der Wirbelsäule verarbeiteten Daten integriert und der Gang entsprechend angepasst.

Ich würde also sagen, dass mehr Gliedmaßen völlig gültig sind, weil eine überraschend große Menge von dem, was wir haben Mit ihnen zu tun ist eigentlich eine Verteilungskapazität in der Wirbelsäule, nicht im Gehirn. Das Jonglieren von 7 Bällen mit 6 Armen mag immer noch eine schwierige Aufgabe sein, aber das bloße Bedienen dieser Arme wäre nicht.

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• Die andere Seite davon ist genau das, was mit “ limb “ gemeint ist. Haben Menschen einen Gehirnbereich, der 2 Arme oder 2 Arme und 10 Finger steuert? Wenn Sie tippen oder Klavier spielen, werden Sie ‚ erkennen, dass sie unabhängig gesteuert werden können Wie wäre es mit den Beinen eines Pferdes im Vergleich zu seinen empfindlichen & beweglichen Lippen? Oder den Beinen eines Elefanten gegen den Rüssel?
• @jamesqf Nach dem, was ich ‚ gesehen habe, ist die interessante Frage, ob es Bereiche für Arme, Finger und Zehen gibt oder ob es Regionen zum Gehen, Klavierspielen und Tanzen. Je mehr ich mir anschaue, desto mehr überlege ich, ob es ‚ tatsächlich Letzteres ist. Die Frage, die ich immer wieder stelle, lautet: “ Kontrolliert ein Jongleur zwei Hände oder jongliert ein Jongleur einfach? “
• Ein extremes Beispiel ist vielleicht die Tatsache, dass Hühner in der Lage sind, herumzulaufen und sich im Allgemeinen für einige Zeit ziemlich regelmäßig zu verhalten, nachdem sie vollständig enthauptet wurden. In einem berüchtigten Fall konnte ein Huhn mehrere Jahre ohne Kopf überleben, IIRC.
• In diesem Sinne ist es ‚ bemerkenswert, dass der Oktopus verwendet ein hierarchisches motorisches System: Das Gehirn sendet Befehle an die Gliedmaßen, die die Aktionen im Wesentlichen unabhängig von der zentralen Steuerung ausführen – siehe news.nationalgeographic.com/news/2001/09/0907_octoarm Weitere Informationen finden Sie unter .html .
• @Cort Ammon: Ich ‚ halte es für höchst unwahrscheinlich, dass das Gehirn einen speziellen Bereich zum Spielen entwickelt hat das Klavier 🙂 Stattdessen würde ich ‚ einen allgemeinen motorischen Bereich mit möglicherweise einem handbezogenen Unterbereich vermuten. Das Interessante ist, dass die Anzahl der verschiedenen Fähigkeiten, die gespeichert werden können, nur durch die Zeit begrenzt zu sein scheint, die Sie benötigen, um sie zu erwerben. Das Klavierspielen (schlecht, ich gebe zu) stört ‚ nicht meine Eingabe oder irgendetwas anderes, was ich mit Händen & Fingern mache.

Es gibt nicht wirklich ein „durchschnittliches“ Tier, aber ich vermute, das mittlere Tier mit Gliedmaßen ist Krill mit etwa einem Dutzend Gliedmaßen und einem winzigen Nervensystem.

Eines der größten Tiere der Welt ist der Riesenkalmar mit zehn Gliedmaßen, die sich viel komplexer bewegen können als das Gelenkskelett Die Begrenzung der Größe von Kreaturen mit mehreren Gliedmaßen hat also offensichtliche Gegenbeispiele.

Tintenfischgehirne sind im Vergleich zur Größe von eher klein Stattdessen werden die Gliedmaßen der Kopffüßer von einem stärker verteilten Netzwerk von Ganglien kontrolliert.Wenn es für ein großes Tier von Vorteil ist, viele Gliedmaßen zu haben, wird die Evolution einen Weg finden, dies zu erreichen.

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• +1 – Mit überraschend wenigen Neuronen können Sie überraschend viel routinemäßige Koordinationsarbeit leisten. Zum Beispiel hat Aplysia möglicherweise keine tatsächlichen Gliedmaßen, aber es hat immer noch ein ziemlich breites Spektrum an Bewegungen und die Fähigkeit, Gelernte zu erwerben Verhalten und verwaltet dies mit nur 20.000 Neuronen.

Ich kann nur über Menschen antworten. Sie fragen, was zur Steuerung eines Gliedes erforderlich ist … Ich nehme an, Sie sprechen nur von bewussten Motorfunktionen .

1. „Bewusst“ bedeutet, dass wir alles ausschließen müssen, was mit den peripheren Nerven zusammenhängt, die die Gliedmaßen inervieren, sowie Reflexe (diese befinden sich im Rückenmark)
2. “ Motorisch bedeutet, dass wir alles ausschließen müssen, was mit den „sensorischen“ neurologischen Prozessen zusammenhängt.

Diese Ausschlüsse sind künstlich, da die Bewegungen der Gliedmaßen diese neurologischen Prozesse von Natur aus integrieren. Ohne die peripheren Nerven gäbe es beispielsweise keine Möglichkeit, die Anweisungen vom Gehirn in die Muskeln zu übertragen. Ohne sensorische Prozesse wäre Bewegung auch schwieriger … so ermöglicht beispielsweise die Propriozeption dem Gehirn zu wissen, wo sich jeder Teil der Extremität im Raum befindet und wie sich die Extremität bewegen kann, um das gewünschte Ziel zu erreichen Effekt.

Um meine Antwort zu vereinfachen, und da dies das zu sein scheint, was Sie „fragen“, beschränke ich mich auf diese bewussten motorischen Funktionen.

Schwern antwortet zu Recht, dass das Gehirn einfach nicht so funktioniert. Es geht nicht so sehr um den Prozentsatz des Gehirns oder die Anzahl der Neuronen … wichtig ist die Anzahl der neurologischen Verbindungen (Synapsen). beteiligt an einer Funktion und der Komplexität dieser Verbindungen.

Aber trotzdem werde ich versuchen, die Frage zu beantworten „Wie viel Prozent des Gehirns Ist es nötig, dieses Glied zu kontrollieren?

Unser Gehirn ist von einer oberflächlichen Schicht bedeckt, die das Gehirn c ortex . In dieser Schicht sind unsere neurologischen Verbindungen am komplexesten … und daher befinden sich in dieser Schicht die überlegensten Gehirnfunktionen.

Wo also in der Großhirnrinde sind die motorischen Funktionen gefunden?

Wenn Sie ein Gehirn von oben betrachten, sehen Sie einen Spalt, der das Gehirn in zwei Hälften teilt – eine linke und eine rechte Hälfte. Dies sind die Hemisphären Die linke Gehirnhälfte steuert die motorischen Funktionen in der rechten Körperhälfte und die rechte Hemisphäre steuert die motorischen Funktionen in der linken Körperhälfte.

Wenn Sie dasselbe Gehirn beobachten Von der Seite sehen Sie eine weitere Rille, die das Gehirn in zwei Teile teilt – einen vorderen und einen hinteren Teil. Diese Rille heißt der zentrale Sulkus . Die Motorfunktionen befinden sich im vorderen Teil, dem Frontallappen , direkt neben diesem zentralen Sulkus … das ist der Motorkortex .

Wenn Sie diesen Teil des Gehirns in eine Richtung von rechts nach links schneiden, können Sie den Kortex sehen, der das Gehirn umgibt. Wenn Sie nun jeden überlagern Teil des motorischen Kortex die Körperteile, die es steuert, können Sie einen „kortikalen Homunkulus“ .

Wie Sie deutlich sehen können, ist der Motorkortex, der die Hand steuert, viel größer als der Motorkortex, der den Rest des Arms steuert. Außerdem ist der Motorkortex, der das Bein steuert, viel kleiner als der Motorkortex, der das Gesicht steuert. Dies liegt daran, dass die Hand viel nuanciertere und feinere Bewegungen als der Arm hat … und alle unsere Gesichtsausdrücke eine viel feinere Motorsteuerung erfordern als die einfachen Bewegungen, die zum Bewegen eines Beins erforderlich sind (die fast ausschließlich darin bestehen, es vorwärts oder rückwärts zu bewegen). . Die Anzahl der neuronalen Verbindungen, die zur Steuerung aller Hand- und Gesichtsbewegungen benötigt werden, benötigt also mehr Gehirnraum als das Bein.

Es geht also nicht darum, wie viele Gliedmaßen Ihr Wesen hat … sondern darum, wie viel wie fein die Bewegungen sind, die für diese Gliedmaßen benötigt werden.

Bitte beachten Sie, dass dies eine vereinfachte Antwort ist …Um genauer zu sein, müsste ich viele andere Gehirnzentren detaillieren, die für die motorische Koordination verantwortlich sind. Der motorische Kortex, den ich oben beschrieben habe, ist nur für die Bewegung der Gliedmaßen verantwortlich, nicht für die Koordination dieser Bewegungen mit den anderen Körperteilen. Wenn Sie also den „Beinteil“ des motorischen Kortex elektrisch stimulieren, ruckelt Ihr Bein entsprechend, aber diese Bewegung kann für jedes Ziel äußerst ungenau sein (vg: Treten eines Fußballs).

PS: Hier ist ein weiteres Bild eines kortikalen Homunkulus, dh eine Darstellung des Körpers, in dem jedes Körperteil eine Größe hat, die direkt proportional zur jeweiligen Menge des motorischen Kortex ist.

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• Ich muss sagen, dass der kortikale Homunkulus nicht ‚ ist, was die “ Motorsteuerung “ betrifft (z : Die Finger haben keine Muskeln, aber viele Rezeptoren.)
• @albert: Finger haben (fast) keine Muskeln, aber sie haben viele Sehnen, die für die Beweglichkeit der Finger verantwortlich sind. Diese Sehnen werden von gezogen Muskeln im Arm und diese werden von der motorischen Kortikalis gesteuert, die jedem Finger zugeordnet ist.
• @albert: Außerdem habe ich gerade über den motorischen kortikalen Homunkulus gesprochen und den somatossensorischen kortikalen Homunkulus ausgeschlossen, der sich im Parietallappen befindet. Der somatossensorische Homunkulus hat auch viel Platz für die Handrezeptoren, aber das ist nicht das, worüber ich ‚ spreche.

Kann keine endgültige Antwort geben, aber ich möchte auf einige Experimente mit Gehirn-Computer-Schnittstellen bei Affen und sogar Menschen hinweisen, die zeigen, dass das Gehirn kann lernen, ein zusätzliches Glied zu steuern (real, virtuell oder sogar nur einen Cursor auf einem Bildschirm).

Versuche am Menschen (hauptsächlich der „Braingate“ -Chip) waren auf Personen beschränkt, die ihre realen Gliedmaßen nicht bewegen können Zunächst ist es schwer zu behaupten, dass das künstliche Glied als „zusätzliches“ statt nur als Ersatz gilt.

Aber Experimente an Affen (hauptsächlich die Arbeit von Miguel Nicolelis an der Duke University) haben die Kontrolle über gezeigt ein zusätzliches Glied unabhängig von den tatsächlichen Gliedmaßen des Affen. Auch wenn das Setup damit beginnt, dass der Affe einen Joystick steuert und der BCI so programmiert wird, dass er auf Muster aus dieser Aktivität reagiert, eventua Nur der Affe kann den BCI steuern, ohne den Joystick oder seine realen Arme zu bewegen.

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

Mein Punkt ist, dass ich zwar die für die Motorsteuerung benötigten Ressourcen nicht quantifizieren kann, aber überzeugt bin, dass das, was wir bereits haben, leicht ausreicht, um mehrere zusätzliche Gliedmaßen zu steuern. Das Ausmaß an Geschicklichkeit und Koordination hängt wahrscheinlich hauptsächlich von der Praxis und weniger von der Gehirnkapazität ab. Die Plastizität des Gehirns ist unglaublich, es kann sich an sehr unerwartete Bedingungen anpassen.