Paano nagbibigay-daan ang arkitektura ng ating utak at neurons sa bawat isa sa atin na gumawa ng mga indibidwal na mga pagpipilian sa pag-uugali? Matagal nang ginagamit ng mga siyentipiko ang metapora ng gobyerno upang ipaliwanag kung paano nila inaakala na ang mga sistema ng nerbiyos ay nakaayos para sa paggawa ng desisyon. Nag-ugat ba tayo ng demokrasya, tulad ng pagboto ng mamamayan ng UK para sa Brexit? Isang diktadura, tulad ng lider ng North Korean na nag-uutos ng paglulunsad ng misil? Ang isang hanay ng mga pangkat na nakikipagkumpitensya para sa kontrol, tulad ng mga nasa loob ng militar ng Turkey? O iba pa?

In 1890, sikologo na si William James Nagtalo na sa bawat isa sa atin "[t] dito ay ... isang sentral o pontifical [nerve cell] na kung saan ang aming kamalayan ay nakalakip." Ngunit sa 1941, physiologist at mananalong Nobel na si Sir Charles Sherrington Nagtalo laban sa ideya ng isang solong pontifical cell sa singil, na nagmumungkahi sa halip na ang nervous system ay "isang milyong-fold demokrasya na ang bawat yunit ay isang cell."

Kaya sino ang tama?

Para sa mga etikal na kadahilanan, bihira tayo sa pagmamatyag ng mga solong cell sa malusog na tao. Ngunit posible na ibunyag ang mga cellular na mekanismo ng utak sa maraming di-pangkaraniwang hayop. Bilang ibinalita ko sa aking aklat "Governing Behaviour," ang mga eksperimento ay nagsiwalat ng isang hanay ng mga arkitektura sa paggawa ng desisyon sa mga sistema ng nervous - mula sa diktadura, sa oligarkiya, sa demokrasya.

Isang neural na diktadura

Para sa ilang mga pag-uugali, ang isang solong cell ng nerve ay kumikilos bilang isang diktador, na nagpapalitaw ng isang buong hanay ng mga paggalaw sa pamamagitan ng mga de-koryenteng signal na ginagamit nito upang magpadala ng mga mensahe. (Tinatawag namin ng mga neurobiologist ang mga senyas na iyon potensyal na pagkilos, o spike.) Dalhin ang halimbawa ng pagpindot sa isang ulang sa kanyang buntot; ang isang solong pako sa lateral higanteng neuron ay nagpapakita ng isang mabilis na buntot na pitak na nakakulong sa hayop patungo sa itaas, mula sa posibleng panganib. Ang mga paggalaw na ito ay nagsisimula sa loob ng halos isang daan ng isang segundo ng ugnayan.

Sa katulad na paraan, ang isang solong pako sa higanteng Mauthner neuron sa utak ng isda ay nakakakuha ng kilusan sa pagtakas na mabilis na pinalayo ang mga isda mula sa isang banta upang makalangoy ito sa kaligtasan. (Ito ang tanging nakumpirma na "command neuron" sa isang vertebrate.)

Ang bawat isa sa mga diktador neuron na ito ay hindi karaniwang malaki - lalo na ang axon nito, ang mahaba, makitid na bahagi ng cell na nagpapadala ng mga spike sa mahabang distansya. Ang bawat diktador neuron ay nakaupo sa tuktok ng isang hierarchy, pagsasama ng mga signal mula sa maraming mga sensory neuron, at conveying ang mga order nito sa isang malaking hanay ng mga subservient neurons na ang kanilang mga sarili maging sanhi ng mga contractions ng kalamnan.

Ang ganitong mga cellular diktadura ay karaniwan para sa mga kilusan ng pagtakas, lalo na sa mga invertebrates. Kinokontrol din nila ang iba pang mga uri ng paggalaw na karaniwang magkapareho sa bawat oras na naganap, kabilang cricket chirping.

Maliit na diskarte sa koponan

Ngunit ang mga selulang diktador na ito ay hindi ang buong kuwento. Maaaring laya mag-trigger ng isang tail-flip isa pang paraan - sa pamamagitan ng isa pang maliit na hanay ng mga neuron na epektibong kumilos bilang oligarkiya.

Ang mga "non-giant" escapes ay halos kapareho sa mga na-trigger ng higanteng mga neuron, ngunit nagsisimula nang bahagya mamaya at nagpapahintulot sa higit na kakayahang umangkop sa mga detalye. Kaya, kapag alam ng isang ulang na nasa panganib na ito at may mas maraming oras upang tumugon, kadalasan ay gumagamit ng oligarkiya sa halip na diktador nito.

Katulad nito, kahit na ang Mauthner neuron ng isda ay patayin, ang hayop ay maaari pa ring makatakas mula sa mga mapanganib na sitwasyon. Maaari itong mabilis na gumawa ng katulad na mga paggalaw ng pagtakas gamit ang isang maliit na hanay ng iba pang mga neurons, kahit na ang mga pagkilos na ito ay nagsisimula nang bahagya mamaya.

Ang kalabisan na ito ay makatwiran: magiging lubhang mapanganib na magtiwala sa pagtakas mula sa isang mandaragit sa isang solong neuron, na walang backup-injury o malfunction ng neuron na iyon ay magiging panganib sa buhay. Kaya ang ebolusyon ay nagbigay ng maraming paraan upang simulan ang pagtakas.

Ang mga neuronal oligarchies ay maaari ding magpasiya sa aming sariling mga mataas na antas na pananaw, tulad ng kapag kami makilala ang isang mukha ng tao.

Karamihan ay nanalo

Gayunman, para sa maraming iba pang mga pag-uugali, ang mga sistema ng nervous ay gumagawa ng mga pagpapasya sa pamamagitan ng isang bagay na tulad ng "milyong demokrasya ng Sherrington."

Halimbawa, kapag ang isang unggoy ay umaabot sa braso nito, maraming neurons sa motor cortex ng utak nito ang bumubuo ng mga spike. Ang bawat neuron spike para sa paggalaw sa maraming direksyon; ngunit ang bawat isa ay may isang partikular na direksiyon na nagpapalakas nito.

Ang mga mananaliksik ay nagpapahiwatig na ang bawat neuron ay nag-aambag sa lahat ng pag-abot sa ilang antas, ngunit ang mga spike ang pinakamaraming para maabot ito sa karamihan. Upang malaman ito, sinusubaybayan nila ang maraming neurons at gumawa ng ilang matematika.

Sinusukat ng mga mananaliksik ang rate ng mga spike sa ilang neurons kapag ang isang unggoy ay umabot sa ilang mga target. Pagkatapos, para sa isang solong target, kinakatawan nila ang bawat neuron sa pamamagitan ng isang vector - ang anggulo nito ay nagpapahiwatig ng ginustong direksyon ng pag-abot ng neuron (kapag ang pinaka-spike nito) at ang haba ay nagpapahiwatig ng kamag-anak na rate ng spiking para sa partikular na target na ito. Matematically summed ang kanilang mga epekto (isang tinimbang na average na vector) at maaari mapagkakatiwalaan mahuhulaan ang kinalabasan ng kinalabasan ng lahat ng mga mensahe na ipinadala ng mga neuron.

Ito ay tulad ng isang neuronal na halalan na kung saan ang ilang mga neurons ay bumoto ng mas madalas kaysa sa iba. Ang isang halimbawa ay ipinapakita sa figure. Ang mga linya ng kulay ng lila ay kumakatawan sa mga kilos ng mga indibidwal na neurons. Ang orange na linya (ang "vector populasyon") ay nagpapahiwatig ng kanilang summed na direksyon. Ang dilaw na linya ay nagpapahiwatig ng aktwal na direksyon ng kilusan, na halos kapareho ng prediksiyon ng populasyon ng vector. Ang mga mananaliksik ay tinatawag na coding ng populasyon na ito.

Para sa ilang mga hayop at pag-uugali, posible na subukan ang bersyon ng demokrasya ng nervous system sa pamamagitan ng pagsalungat sa halalan. Halimbawa, ang mga monkey (at mga tao) ay nagsasagawa ng mga paggalaw na tinatawag na "mga sako" upang mabilis na ilipat ang mga mata mula sa isang tuldok na tuldok sa isa pa. Ang mga sako ay pinipilit ng mga neuron sa isang bahagi ng utak na tinatawag na superior colliculus. Tulad ng sa unggoy na maabot ang halimbawa sa itaas, ang mga neuron na ito ay nag-iiba para sa iba't ibang uri ng mga saccada ngunit maglagay ng pinakamataas para sa isang direksyon at distansya. Kung ang isang bahagi ng superior colliculus ay anesthetized - disenfranchising isang partikular na hanay ng mga botante - lahat Ang mga palipunan ay inilipat sa malayo mula sa direksyon at distansya na ang ngayon tahimik na mga botante ay ginusto. Ang halalan ay pinutol na ngayon.

Ang isang pagmamanipula ng isang selula ay nagpakita na ang mga leech ay nagtataglay ng mga halalan. Ang mga leech ay liko sa kanilang mga katawan mula sa isang ugnayan sa kanilang balat. Ang kilusan ay dahil sa mga kolektibong epekto ng isang maliit na bilang ng mga neurons, na ang ilan ay bumoto para sa nagreresultang kinalabasan at ang ilan ay bumoto sa kabilang banda (ngunit ay outvoted).

Kung ang linta ay hinawakan sa itaas, ito ay may gawi na liko mula sa touch na ito. Kung ang isang neuron na normal na tumugon sa pagpindot sa ilalim ay sa halip ay electrically stimulated, ang leech ay may kaugaliang yumuko sa humigit-kumulang sa tapat na direksyon (ang gitnang panel ng figure). Kung ang touch at ito electrical stimulus nangyari nang sabay-sabay, ang leech ay talagang bends sa isang intermediate direksyon (ang kanang panel ng figure).

Ang kinalabasan na ito ay hindi pinakamainam para sa alinman sa indibidwal na pampasigla ngunit gayunman ay ang resulta ng halalan, isang uri ng kompromiso sa pagitan ng dalawang labis na pagpapahirap. Ito ay tulad ng kapag ang isang pampulitika partido ay sama-sama sa isang convention upang magkasama ang isang platform. Pagkuha ng account kung ano ang iba't ibang mga pakpak ng partido gusto ay maaaring humantong sa isang kompromiso sa isang lugar sa gitna.

Maraming iba pang halimbawa ng neuronal democracies ang ipinakita. Tinutukoy ng mga demokrasya ang nakikita natin, naririnig, nadarama at amoy, mula sa mga kuliglig at mga lilipad na prutas patungo sa mga tao. Halimbawa, nakikita natin ang mga kulay sa pamamagitan ng proporsyonal na pagboto ng tatlong uri ng mga photoreceptor na ang bawat isa ay pinakamahusay na tumutugon sa ibang wavelength ng liwanag, bilang physicist at manggagamot Ipinangako ni Thomas Young sa 1802. Ang isa sa mga pakinabang ng mga neuronal democracies ay ang pagkakaiba-iba sa isang solong neuron's spiking ay na-average sa pagboto, kaya ang mga perceptions at mga paggalaw ay talagang mas tiyak kaysa sa kung depende sa isa o ilang neurons. Gayundin, kung ang ilang neuron ay nasira, marami pa rin ang nananatiling tumatagal ng malubay.

Hindi tulad ng mga bansa, gayunpaman, ang mga sistema ng nerbiyos ay maaaring magpatupad ng maraming uri ng pamahalaan nang sabay-sabay. Ang isang neuronal diktadura ay maaaring magkakasamang mabuhay sa isang oligarkiya o demokrasya. Ang diktador, na kumikilos nang pinakamabilis, ay maaaring magpalitaw ng simula ng pag-uugali habang ang iba pang mga neuron ay pinapadali ang mga paggalaw. Hindi kailangang maging isang solong anyo ng pamahalaan hangga't ang mga saloobin sa pag-uugali ay nagdaragdag ng posibilidad ng kaligtasan ng buhay at pagpaparami.

Tungkol sa Ang May-akda

Ari Berkowitz, Pangulo ng Propesor ng Biology; Direktor, Cellular & Behavioural Neurobiology Graduate Program, University ng Oklahoma

Ang artikulong ito ay orihinal na na-publish sa Ang pag-uusap. Basahin ang ang orihinal na artikulo.

Mga Kaugnay Books

at InnerSelf Market at Amazon