너의 신경계는 민주주의인가 아니면 독재인가?

너의 신경계는 민주주의인가 아니면 독재인가?

우리 두뇌와 뉴런의 구조는 어떻게 우리 각각이 개인 행동 선택을 할 수있게합니까? 과학자들은 오랫동안 정부의 은유를 사용하여 신경계가 의사 결정을 위해 조직 된 방법을 설명했다. Brexit에 투표 한 영국 시민처럼 우리는 뿌리깊은 민주주의인가? 북한 지도자가 미사일 발사를 명령하는 것과 같은 독재 체제? 터키 군대와 같은 통제를 위해 경쟁하는 파벌 집합? 또는 다른 것?

In 1890, 심리학자 윌리엄 제임스 우리 각자는 여기에 "우리 의식이 붙어있는 중추 신경 또는 교활한 신경 세포"라고 주장했다. 그러나 1941, 생리 학자 및 노벨상 수상 Sir Charles Sherrington 한 교황청의 책임자라는 생각에 반대하며, 신경계는 "각 단위가 세포 ​​인 백만 배의 민주주의"라고 주장했다.

그럼 누가 옳았 어?

윤리적 인 이유로 우리는 건강한 사람의 뇌에서 단일 세포를 모니터링하는 것이 타당하지 않습니다. 그러나 많은 비인간 동물에서 뇌의 세포 기전을 밝힐 수 있습니다. 내 책에서 자세히 말하면서 "통치 행위" 실험은 독재 체제에서 과두 정치 체제, 민주주의에 이르기까지 신경계에서 일련의 의사 결정 구조를 보여주었습니다.

신경 독재

일부 행동의 경우 단일 신경 세포는 독재자의 역할을 수행하여 메시지를 보내는 데 사용하는 전기 신호를 통해 전체 동작을 트리거합니다. (우리는 신경 생물 학자들이 그 신호들을 활동 잠재력, 또는 스파이크.) 꼬리에 가재를 만지는 예를 들어보십시오. 외측 거성 뉴런의 단일 스파이크는 잠재적 인 위험으로부터 동물을 위로 향하게하는 빠른 꼬리 플립 (tail-flip)을 유발합니다. 이러한 움직임은 터치의 약 1/100 초 이내에 시작됩니다.

유사하게, 물고기의 두뇌에있는 거대한 마우 트너 뉴런의 단일 스파이크는 도망 치는 움직임을 이끌어 냄으로써 물고기를 위협으로부터 빠르게 빠져 나와 안전하게 수영 할 수 있습니다. (이것은 척추 동물에서 유일하게 확인 된 "명령 뉴런"입니다.)

이 독재자 뉴런은 각각 특이하게 크며 특히 장거리에서 스파이크를 전달하는 세포의 길고 좁은 부분 인 축삭 돌기입니다. 각각의 독재자 뉴런은 많은 감각 뉴런의 신호를 통합하고 그 명령을 근육 수축을 일으키는 부차적 인 뉴런 세트로 전달하는 계층 구조의 맨 위에 있습니다.


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그러한 세포 독재는 특히 무척추 동물에서 탈출구 운동에 일반적이다. 그것들은 또한 발생할 때마다 기본적으로 동일한 다른 종류의 움직임을 제어합니다. 크리켓 처프.

소규모 팀 접근 방식

그러나이 독재자 세포는 전체 이야기가 아닙니다. 왕새우 수 꼬리 뒤집기를 시작하십시오. 또 다른 방법 - 다른 작은 뉴런 세트를 통해 과두 정치로서 효과적으로 행동한다..

이러한 "거대하지 않은"도피는 거대한 뉴런에 의해 유발 된 것과 매우 유사하지만, 약간 나중에 시작하고 세부 사항에 더 많은 융통성을 허용합니다. 따라서 크레이 피쉬가 위험에 처해 있고 반응 할 시간이 더 많다는 것을 알고있을 때, 일반적으로 독재자 대신 과두 정치를 사용합니다.

마찬가지로 물고기의 마우 트너 (Mauthner) 신경 세포가 죽어도 위험한 상황에서 벗어날 수 있습니다. 그것은 유사한 탈출구를 신속하게 만들 수 있습니다. 다른 뉴런의 작은 세트이러한 조치는 약간 나중에 시작됩니다.

이러한 이중화는 의미가 있습니다. 포식자로부터 하나의 신경 세포로의 탈출을 신뢰하는 것은 매우 위험합니다. 부상이나 장애가 생기지 않으면 생명을 위협 할 것입니다. 그래서 진화는 탈출을 시작하는 여러 가지 방법을 제공했습니다.

뉴런 과두 정치는 또한 우리 자신의 높은 수준의 인식을 중재 할 수 있습니다. 인간의 얼굴을 알아 차리다.

다수 승리

그러나 많은 다른 행동들에 대해, 신경계는 Sherrington의 "백만 배 민주주의"와 같은 것을 통해 결정을 내립니다.

예를 들어 원숭이가 팔을 뻗으면 두뇌의 운동 피질에있는 많은 뉴런이 스파이크를 생성합니다. 모든 뉴런은 많은 방향으로 움직입니다. 그러나 각각에는 그것에게 최대를 일으키는 1 개의 특정한 방향이있다.

연구자들은 각 뉴런이 모든 도달 범위에 어느 정도 기여하지만 가설에 도달하는 데 가장 많은 기여를한다고 가설을 세웠습니다. 이를 파악하기 위해 많은 뉴런을 모니터링하고 수학을 수행했습니다.

연구자들은 원숭이가 여러 표적을 향해 도달했을 때 여러 뉴런의 스파이크 발생률을 측정했습니다. 그런 다음 단일 표적에 대해 각 뉴런을 벡터로 나타냅니다. 각은 뉴런이 선호하는 도달 방향 (가장 많이 뾰족 해지는 경우)을 나타내며 길이는이 특정 표적에 대한 스파이크의 상대 비율을 나타냅니다. 그들은 수학적으로 그들의 효과 (가중치 벡터 평균)를 계산할 수 있었고 운동 결과를 신뢰할 수있게 예측한다. 뉴런이 보내는 모든 메시지의

이것은 일부 뉴런이 다른 사람들보다 더 자주 투표하는 연결 선거와 같습니다. 그림은 그 예입니다. 옅은 보라색 선은 개별 뉴런의 움직임 득표를 나타냅니다. 주황색 선 ( "모집단 벡터")은 합산 된 방향을 나타냅니다. 노란색 선은 실제 이동 방향을 나타내며 이는 인구 벡터의 예측과 매우 유사합니다. 연구진은이 인구 집단을 코딩이라고 불렀다.

일부 동물과 행동에 대해서는 선거를 교란시킴으로써 신경계의 민주주의 버전을 시험하는 것이 가능합니다. 예를 들어 원숭이 (사람)는 눈을 하나의 고정 지점에서 다른 고정 지점으로 빠르게 이동시키기 위해 "단식 (saccades)"이라고하는 움직임을 만듭니다. Saccades는 뇌의 상완골 (superior colliculus) 부분에있는 뉴런에 의해 유발됩니다. 위의 원숭이 도달 예제에서와 같이,이 뉴런들은 다양한 종류의 단식에 대해 스파이크를 일으키지 만 한 방향과 거리에 가장 많은 스파이크. 상지의 한 부분이 마취 된 경우 - 특정 유권자 집단을 해방시키는 것 - 모두 saccades는 멀리 옮겨진다. 이제는 침묵하는 유권자들이 선호했던 방향과 거리에서. 선거가 조작되었습니다.

한 세포 조작으로 거머리들도 선거를 치른다. 거머리는 시체를 구부리지 않고 피부로 구부립니다. 운동은 소수의 뉴런에 의한 집단적 효과에 기인하며, 그 중 일부는 결과 결과에 투표하고 그 중 일부는 다른 방식으로 투표했다 (그러나 outvoted되었다).

거머리가 꼭대기에 닿으면이 터치에서 멀어지는 경향이 있습니다. 보통 바닥에 접촉하는 뉴런이 전기적으로 자극을 받으면 거치는 거의 반대 방향으로 휘는 경향이 있습니다 (그림의 중간 패널). 이 촉각과이 전기적 자극이 동시에 발생하면 거머리는 실제로 중간 방향으로 휘어집니다 (그림의 오른쪽 패널).

이 결과는 어느 쪽의 개별 자극에도 최적이 아니지만 그럼에도 불구하고 두 가지 극단 사이의 일종의 타협 인 선거 결과입니다. 마치 정당이 한 자리에 모여서 하나의 플랫폼을 구성하는 것과 같습니다. 파티의 다양한 날개가 원하는 것을 고려하면 가운데 어딘가에서 타협을 이끌 수 있습니다.

뉴런 민주주의의 수많은 다른 예가 시연되었습니다. 민주주의는 귀뚜라미 및 초파리에서 인간에게 우리가보고, 듣고, 느끼고 냄새를 맡는 것을 결정합니다. 예를 들어 우리는 물리학 자와 의사가 서로 다른 파장의 빛에 가장 잘 반응하는 3 종류의 광 수용체의 비례 투표를 통해 색상을 인식합니다 토마스 영은 1802에서 제안했다.. 뉴런 민주주의의 장점 중 하나는 단일 뉴런의 스파이크의 변동성이 투표에서 평균화되므로 하나 또는 몇 개의 뉴런에 의존하는 경우보다 인식과 움직임이 실제로 더 정확하다는 것입니다. 또한 일부 뉴런이 손상된 경우 많은 사람들이 여유를 갖습니다.

그러나 국가와 달리 신경계는 여러 형태의 정부를 동시에 구현할 수 있습니다. 뉴런의 독재 정권은 과두 정치 또는 민주주의와 공존 할 수 있습니다. 가장 빠른 속도로 행동하는 독재자는 행동의 시작을 유발할 수 있으며 다른 뉴런들은 계속되는 움직임을 미세 조정합니다. 행동의 결과가 생존과 번식의 가능성을 증가시키는 한 정부의 단일 형태 일 필요는 없습니다.

저자에 관하여

Ari Berkowitz, 생물학 교수; 세포학 및 행동 신경 생물학 대학원 프로그램 디렉터, 오클라호마 대학교

이 기사는 원래에 게시되었습니다. 대화. 읽기 원래 기사.

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