Как гигантское существо может бороться с нейронной задержкой?

Для целей вопроса на самом деле не имеет значения, является ли существо амебой размером с континент или особенно большим кайдзю. Скорость мысли у органических существ относительно болезненно мала, поскольку она использует электрохимические процессы. На самом деле он настолько медленный, что скорость можно выразить в метрах в секунду . Это не так уж страшно для периферийных сигналов, таких как конечности, так как это просто заставит существо реагировать более вяло.

Но как насчет мозга? Если мозг существа имеет диаметр 100 метров или больше (скажем, вышеупомянутая разумная амеба, например), нейронному импульсу потребуется около секунды, чтобы пройти через него. Я чувствую, что этого недостаточно для существования высоких функций мозга, и это может легко привести к тому, что разные части мозга потеряют синхронизацию, поэтому вопрос в том, какая эволюционная адаптация может иметь макрожизнь, чтобы обойти ограничения скорости реакции нейронов?

Этот worldbuilding.stackexchange.com/q/109716/30492 отвечает на ваш вопрос?
«Около секунды»: это очень оптимистично. «Привести к тому, что разные части мозга потеряют синхронизацию»: нет никакой синхронизации, которую можно было бы потерять. Мозг — очень асинхронное вычислительное устройство. В мозгу ничего не синхронизируется.
@AlexP, хотя центральных часов и связанного с ними разветвления нет, утверждение о том, что ничего не синхронизировано, кажется довольно трудным для поддержки. Случайный выбор исследования: 1 2 3 4
Если единица измерения просто в м/с означает, что она медленная, то скорость света медленная, поскольку ее можно выразить в тех же единицах: 299 792 458 м/с. Пуля тоже "медленная" на скорости 180 м/с, так что нервный импульс на 2/3 от этой скорости (120 м/с) определенно тоже "медленный". hypertextbook.com/facts/1999/MariaPereyra.shtml и en.wikipedia.org/wiki/Nerve_conduction_velocity
Иметь несколько мозгов. У осьминогов девять мозгов: по 1 на каждое щупальце (многое нужно контролировать — каждая присоска как независимый палец) и 1 на разумное мышление. Гигантское существо может иметь локальные мозги там, где они нужны, и центральный мозг для принятия важных решений и общих указаний локальному мозгу.
Зачем животным нужен огромный мозг? Я не биолог-эволюционист, но мне кажется, что функции мозга высшего порядка занимают очень небольшое количество нейронов головного мозга человека. Зачем гиганту нужна префронтальная кора большего размера, чем человеку, чтобы быть таким же умным, как человек?
@Bohemian, да, у меня несколько мозгов. Как люди. Ваше левое и правое полушария гораздо, гораздо более независимы, чем вы думаете. С компьютерной точки зрения, это два независимых, но взаимодействующих процессора, которые время от времени обмениваются данными. Точно так же, но в меньшей степени, разные доли вашего мозга «делают свое дело» и взаимодействуют со своими коллегами только тогда, когда это удобно. Например, зрительная кора выполняет в 400 раз больше внутренней обработки, чем уровень связи с соседними частями мозга, как видно на сканах функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) и магнитоэнцефалографии (МЭГ).
@ Богемские или дельфины, которые заходят так далеко, что спят по одному полушарию мозга за раз. Это невероятно независимо! Когда мозги могут так хорошо работать вместе, образуя единое мыслящее существо, и в то же время быть настолько независимыми друг от друга, конечно, простое расстояние между ними не является столь важным фактором, как кажется людям.
Я думаю об этом своим километровым мозгом. Я уверен, что ответ будет блестящим, но это займет некоторое время. 😁
@EscapedLunatic, по сути, они запрашивают ответы у распределенного мозга шириной 12000 км, полученного в результате совместных действий всех пользователей на StackExchange.
@PcMan - я мог бы увеличить свой мозг, чтобы больше неронов работало над проблемой. Это, вероятно, даст лучший ответ, но время задержки будет намного больше.
@EscapedLunatic, этот вопрос был задан вчера, и мы, отвечающие, все еще пытаемся прийти к консенсусу по ответу. Широко распространенные мозги могут быть очень умными, но они также очень медленные. и довольно склонны спорить сами с собой.
@PcMan - я никогда не спорю сам с собой. Да. Нет, не знаю.
Где написано, что ваше существо должно следовать земной стандартной биологии? Это относится в первую очередь к очевидной части Вопроса, касающейся скорости нейропередачи, и гораздо раньше, к самой идее мозга диаметром 100 метров. Пока ваше существо не сможет механически поддерживать или биологически питать мозг даже диаметром 10 или 1 метр, не говоря уже о 100, как могут развиваться сложные вещи?
Чтобы получить абсолютно захватывающий рассказ на ту же тему, прочитайте «Остров» Питера Уоттса. Полная история на сайте автора: rifters.com/real/shorts/PeterWatts_TheIsland.pdf . Очень короткая история, но она поразит вас скоростью мысли.

Ответы (16)

Решение: нейроны, которые направляют вспышки света.

Вы слышали о оптоволоконных кабелях ? Нет? Короче говоря, кабель не служит для передачи электрической энергии, а вместо этого направляет фотоны в отражающий кабель. Именно эта технология позволяет Интернету функционировать по всему миру. Это умно, потому что нет ничего быстрее света, когда дело доходит до быстрого преодоления больших расстояний. Все, что вам нужно, это источник света, средства направления его в нужном направлении и рецептор на другом конце.

Как Кайдзю должен использовать это в первую очередь?

введите описание изображения здесь

Организмы освоили использование света с доисторических времен примерно 3,5 миллиарда лет назад. Фоторецепторы практически развились вместе с интеллектом, без них мы не были бы такими сложными, как сегодня. Точно так же биолюминесценция — очень старая черта, присущая многим моим видам, например, светлячкам, удильщикам и некоторым видам медуз. У ночных животных, таких как кошки, есть отражающие клетки, выстилающие их сетчатку, называемые Tapetum Lucidum.

Идеальный. У жизни есть средства производства, отражения и обнаружения света.

Это может работать двумя способами:

Внутричерепные оптические кабели, служащие нейронами , которые, по сути, позволяют гигантскому мозгу думать с разумной скоростью. Это не значит, что Кайдзю будет умнее. Нет, ограничивающим фактором является размер кабелей. Чтобы свет не «вытекал» из кабелей, отражающий слой должен быть определенной толщины. В противном случае одиночный нерв, запускающий световой сигнал, вызовет волновой эффект, который вызовет у кайдзю приступ. Это наименее оптимальное расположение, но оно допускает комично большие мозги .

Периферическая нервная система использует оптические кабели , что полностью сводит на нет обычное отставание Кайдзю. Сигналы, посылаемые мозгом, теперь мгновенно передаются через тело к конечностям. Это намного эффективнее, чем наличие вторичного мозга. Без сомнения, это оптимальный путь .

Оба решения подразумевают, что нервы, соединяющие разные части тела, будут толстыми полыми структурами с отражающими внутренними поверхностями. На одном конце будет биолюминесцентный орган, а на другом — фоторецепторные клетки. Либо орган вспыхивает при получении нервного импульса, либо клапан открывается и закрывает кабель. В любом случае это хорошо.

Просто для ясности: «нет ничего быстрее света, когда дело доходит до быстрого преодоления больших расстояний» верно, но также верно и то, что ничто не быстрее света и при преодолении малых расстояний ;-). Плюс один, потому что этот ответ - это то, что я собирался сказать.
Фотонный динозавр? Отличная идея: «Я вижу, о чем вы думаете» — эффект домино для общения между особями.
Господи Иисусе, биолюминесцентные нейроны — фантастическая идея!
@dmedine существование черенковского излучения говорит об обратном ;-)
Необычная идея, но наша главная проблема здесь не в кабелях, а в кабельных соединениях.
Фантастическая идея, чтобы смягчить проблему, но на самом деле это не решает ее. Для достаточно большого организма общение может продолжаться 1 секунду или 1 час. Тем не менее, за то, что мы думаем, когда читаем «кайдзю», мне это нравится.
Проблема с биолюминесценцией заключается во времени перехода. Типичная активация нейронов переходит из состояния покоя в активное и обратно за несколько миллисекунд [1] , в то время как даже наилучшие реакции биолюминесценции активируются примерно за секунду и обычно несколько секунд возвращаются в состояние покоя [2] . Это значительно ограничивает общее количество нейронов, которые вы можете использовать в секунду.
@StarfishPrime хорошо сыграно! Но поскольку мы биоинженерируем мозг с нейронами, которые общаются в цифровом виде по оптическим каналам, не можем ли мы также сказать, что эти каналы пусты? В этом случае, даже если там есть крошечный ядерный реактор, свет будет распространяться быстрее, чем любое другое электромагнитное излучение.
@dmedine создавать и поддерживать вакуум биологически было бы неудобно, да и не обязательно. В конце концов, в реальной волоконной оптике используются стеклянные или пластиковые волокна.
@StarfishPrime Я согласен. Скорее всего, он будет заполнен водянистой влагой, так как глазные яблоки уже спроектированы таким образом, чтобы пропускать свет.
Хитрость здесь будет заключаться в скорости, с которой эквивалент нейрона может генерировать или считывать импульс. Скорее всего, это верхняя граница, чем скорость, с которой импульс проходит по нервному пути.
Забавный факт, тактовая частота современного компьютера составляет около 5 ГГц, поэтому свет проходит 6 см (2,36 дюйма) за время, необходимое компьютеру для выполнения сложения.
@FedericoPoloni Вроде того. Эти мультигигагерцовые процессоры сильно конвейеризированы, поэтому для выполнения простейших операций на самом деле требуется более 10 тактовых импульсов. У вас может быть несколько операций, проходящих через различные этапы конвейера одновременно, поэтому у вас могут быть последовательные, независимые операции, выполняющие один такт с интервалом друг от друга, но за время между запуском и завершением одной конкретной операции свет пройдет много времени . гораздо дальше 6 см. Конечно, есть много деталей, которые я должен был опустить здесь.
«[...] нет ничего быстрее света» — на самом деле свет в среде (например, в оптоволоконном кабеле) намного медленнее, чем свет в воздухе или вакууме (таким образом, спутники Starlink SpaceX могут быстрее связываться между Европой и США, чем подводный кабель). И вы даже иногда получаете электроны, движущиеся быстрее света в некоторых средах.
Просто для протокола: я знаю, что скорости света можно препятствовать (хотя, согласно моделированию Вселенной современной физикой, как мы все знаем, ее скорость в вакууме является максимально достижимой скоростью). Я просто указывал, что свет так же быстро перемещается на короткие расстояния, как и на длинные. Я сохранил «самую быструю» формулировку, чтобы соответствовать утверждению ОП. Кроме того, я не думаю, что бессодержательные цифровые световые нейроны более надуманные, чем что-либо еще, обсуждаемое в этой теме. Как насчет того, чтобы дыхание использовалось также для выкачивания воздуха из жестких нервных путей?

Самая основная адаптация к более быстрому функционированию нервной системы — это способность осаждать металлы. Как только форма жизни обретает способность осаждать металлы и строить металлические структуры внутри своего тела, это не особенно большой эволюционный шаг к нейронам с металлическими аксонами.

Если у нас есть металлический аксон с отдельным металлическим сердечником, как биологически созданный коаксиальный кабель, мы увеличили скорость нейронной передачи с сотен метров в секунду почти до скорости света. Тогда основной задержкой будет время, необходимое для деполяризации нейрона и прохождения волны деполяризации к металлическому аксону. Оттуда разность потенциалов будет распространяться со скоростью света к дальнему концу аксона, где дендриты деполяризуются с медленной скоростью и передают свой сигнал следующему нейрону посредством молекулярной диффузии нейротрансмиттеров через нервную щель.

Казалось бы, металлический аксон будет жестким и не сможет сгибаться, но этот аксон будет во много раз тоньше волоса. Когда металл такой тонкий, он очень легко гнется. Они были бы не более хрупкими, чем обычные миелинизированные нейроны.

Что касается того, какой металл можно использовать... серебро обеспечивает наименьшее электрическое сопротивление, за ним следуют золото и медь. Однако нехватка серебра и золота может означать, что медь используется только по причине ее относительно низкого сопротивления и относительно высокой доступности.

Так что... с металлическими аксонами организм может достигать сотен или тысяч метров в длину, но при этом иметь такую ​​же скорость нейронной передачи, как и гораздо меньшее существо.

Редактировать

Поскольку есть некоторое непонимание того, как это работает, я объясню дальше:

Клеточная стенка обычного нейрона имеет заряд. Клеточная стенка является плохим проводником. Внутри клеточной стенки находятся чувствительные к напряжению ионные ворота. Когда активация нервного соединения вызывает достаточную деполяризацию в виде полевого эффекта вокруг соединения, чувствительные к напряжению ворота ненадолго открываются, посылая волну деполяризации через клеточную мембрану. Поскольку врата не очень быстрые, а полевой эффект заряда ограничен, это ограничивает скорость передачи.

Теперь, если бы мы осаждали металлы внутри и снаружи клеточной мембраны, металлические слои, будучи проводящими, передавали бы напряжение по своей массе со скоростью света. По сути, внутри аксона будет непрерывное металлическое волокно, а периодическая миелиновая оболочка будет заменена непрерывной металлической оболочкой.

Таким образом, вместо длинного аксона с медленными воротами и, возможно, миелином, чтобы сделать аксон немного быстрее, у нас будет фактически коаксиальный кабель клеточного масштаба, где изолирующим слоем между проводниками будет клеточная мембрана. Как я уже сказал, это будет передавать разность потенциалов от одного конца аксона к другому со скоростью света, откуда продолжается обычный эффект деполяризации ионных ворот.

Голосую за более эффективные нейроны, но я беспокоюсь о металле и биологии. У нас есть кислород и соль, и это вызывает коррозию. Как насчет нейронов из углеродного волокна? Углеродное волокно также хорошо проводит тепло, и я думаю, что оно будет более долговечным в соленой сырости.
Не должно быть слишком сложно заменить металл чем-то, что не пропускало бы кислород.
Зачем останавливаться на металлических проводах в мозгу? Если гипотеза Пенроуза и Хамероффа верна, что неврология зависит от квантовых эффектов в микротрубочках, то, возможно, запутанность могла бы помочь. Конечно, это нарушает скорость легкой кожи, но SF делает это постоянно :-)
@KrazyGlew - Однако запутывание нельзя использовать для отправки информации.
@Vilx- «запутанность нельзя использовать для отправки информации» - я это знаю, отсюда и смайлик. Авторы научной фантастики часто позволяют себе вольности :-) :-) или, возможно, мне стоило приподнять бровь ;-)
@KrazyGlew - Ой, извини, мой плохой. :D
Это... совсем не то, как работают нервы. Добавление металлов не ускорит передачу.
@fectin Вот почему вам нужны как ядро, так и внешний слой, чтобы вы могли передавать перепад напряжения, существующий через клеточную мембрану. Я обдумал это как следует.
Опять же, это совсем не то, как работают нервы. Ваша идея работает плохо несколько раз, а затем нет. По сути, вы используете гальваническую коррозию для создания напряжения, но а) оно медленнее, чем нервы, и б) оно не сбрасывается.
Хотя по сути это хорошо, настоящим виновником являются синаптические щели. Улучшение аксонов и дендритов похоже на превращение спортсмена в спортсмена мирового класса в раллийных гонках, но при этом оставить нетронутым часовое администрирование, которое необходимо выполнять на каждом контрольно-пропускном пункте. Вам нужно что-то, чтобы улучшить сигнал, идущий от одного нейрона к другому, а не сам нейрон.
@Trioxidane, в очень большой системе основной задержкой становится время передачи. Конечно, синаптический разрыв вызывает отставание, но это запаздывание на разрыв, а не на расстояние.
@fectin, гальваническая коррозия не используется. Он передает мембранный потенциал вниз по длинному аксону со скоростью света. Мембрана нейрона имеет напряжение на своей мембране, которое инвертируется, когда нейрон срабатывает. Мембрана не является хорошим электрическим проводником, а деполяризация — это полевой эффект, который запускает близлежащие чувствительные к напряжению натриевые затворы. Этот ответ предполагает добавление проводника внутри и снаружи мембраны для передачи напряжения со скоростью света.
Цикл между химическим и электрическим происходит более одного раза на нейрон. Миелин на нервах действует как изоляция, позволяя сигналу прыгать дальше в соответствии с электрической фазой, поэтому у существ с ним нервные импульсы могут достигать 100 м/с, а у существ без него — около 1 м/с. Улучшение проводимости токопроводящих секций путем напыления металла действительно было бы жизнеспособной стратегией для увеличения скорости, равно как и улучшение изоляции для уменьшения утечки. Синаптические щели в этом случае представляют собой относительно небольшую проблему, поскольку даже человеческие нервные клетки могут достигать метра в длину.
Посмотрите: как, по-вашему, заряд уходит в металл? Заряд идет от ионного градиента (ну три градиента). Свободно плавающих электронов нет. Какие частицы движутся, чтобы дать вам ток через ваш металлический нерв?
@fectin, свободные электроны находятся внутри металла. Ионы, которые перемещаются ионными воротами и насосами, представляют собой «батарею». Электрические угри генерируют свободный ток, и это тоже. Думайте об этом как о батарее, подключенной к крошечному конденсатору.
На каждый электрон, проходящий по проводу, вам нужно адсорбировать один отрицательный ион на конце провода. Это не полностью обратимый процесс, поэтому на анодном конце пары электродов образуется толстое хлоридное покрытие.
@fectin Точно! Но это обратимо , так как после волны деполяризации клетка реполяризуется . Фактически это переменный ток, а не постоянный, так что никакого электролиза.

Вы должны учитывать, что человеческий мозг имеет ограниченную крупномасштабную синхронизацию, и он намного меньше 100 м в поперечнике. Ясно, что вы можете получить человеческий эквивалент интеллекта в человеческом мозге, который в тысячу раз меньше. Вымышленные кайдзю, кажется, не демонстрируют какого-либо сверхчеловеческого интеллекта, предполагая, что их продуманное программное обеспечение явно не более способно, чем наше, и поэтому на самом деле не должно быть намного больше. У вас может быть небольшая капля для сознания, а затем просто огромное количество инфраструктуры для управления всеми этими мышечными клетками, которые позволяют огромному животному двигаться.

Итак, принятие сознательного решения помахать рукой, очевидно, связано с очень большой задержкой, если ваш мозг (или тело) находится в десятках или сотнях метров в поперечнике, что может быть довольно раздражающим, но есть способы обойти это. Возможно, вам не нужен сознательный контроль над каждой мышцей до последней... возможно, большая часть фактических деталей координации моторных нейронов, которые управляют конечностью, делегирована локальным полуавтономным областям мозга и другим участкам нервной ткани, распределенным по всему телу. рассматриваемая конечность. Есть реальная вероятность того, что мозг осьминога устроен примерно так : отдельные руки имеют достаточное количество независимых действий, а центральный мозг координирует, но не контролирует напрямую каждую мелочь.

Может быть, мозги кайдзю более распределены по их телам, и, возможно, они действуют гораздо больше как сплоченная группа полунезависимых (хотя и не обязательно сознательных) мозгов.

какая эволюционная адаптация может быть у макрожизни, чтобы обойти ограничения скорости реакции нейронов?

Ленивый ответ состоял бы в том, чтобы сказать, что у них развились нервы, которые работали достаточно быстро, чтобы позволить им двигаться и действовать таким образом, который способствует вашему замыслу.

Наши нервы уже имеют некоторые приспособления для улучшения скорости проводимости в форме скачкообразной проводимости , но нельзя сказать, что то, что у нас есть, обязательно настолько хорошо, насколько нервы когда-либо могли получить. Альтернативные механизмы электрохимической передачи сигналов могут быть намного быстрее, или, может быть, просто передача электрических сигналов при соответствующем формировании изоляции. Другие экзотические вещи, такие как внутренние волноводы , которые позволяли бы звуковым или ультразвуковым сигналам распространяться со скоростью звука в жидкости (в несколько раз превышающей скорость звука в воздухе) или, возможно, полые структуры (может быть, жесткие, может быть, заполненные прозрачной жидкостью или что-то другое). материал вроде оптоволокна), которые используют биолюминесцентную сигнализацию и т. д. и т. п.

Голоса против без комментариев никогда не улучшают ситуацию, ребята.
Это похоже на отличный ответ.

Нужна ли полная синхронизация мозга?

Здесь есть несколько заблуждений. Мозг - это не компьютер. Нам не нужна синхронизация в таких деталях. Используемый метод является более гибким. Также учтите, что информацию можно обрабатывать в структуре мозга, а затем отправлять на другую сторону мозга для дальнейшей обработки. Высшие функции мозга также не требуют скорости в большинстве случаев, в отличие от движения. Вам не нужно иметь готовый ответ за наносекунду.

Теперь рассмотрим высшие функции мозга. Если высшие функции мозга будут затронуты негативно, зачем вообще их ставить далеко друг от друга? У людей более высокие функции мозга с нашим нынешним мозгом. Почему бы просто не расположить важные области мозга близко друг к другу, как это делают люди? У областей мозга не должно быть причин разговаривать друг с другом так далеко друг от друга.

Это поднимает другой вопрос. Зачем тебе мозг размером в 100м? Если вы просто увеличиваете размер кита, вам не нужны дополнительные мозги, чтобы управлять им. Можно обойтись тем же мозгом, что и раньше. Дополнительный мозг предлагает помощь в контроле за экзамолом, но не является обязательным. Муха может летать своими крыльями, так как у нее внутри много рутинных «программ». Это не сознательное усилие, чтобы победить крыло. То же самое для частоты сердечных сокращений, сужения кровеносных сосудов и многого другого. Эти процессы либо управляются косвенно, либо напрямую, им не обязательно нужны сложные мозговые структуры для управления.

Краткое содержание

Вы можете справиться с меньшим количеством мозгов, чтобы управлять все более крупными существами. Высшие функции мозга вполне возможны в большом мозге, вам просто нужно соединить правильные части мозга. Синхронизация — это не то же самое, что с компьютерами, что обеспечивает большую гибкость мозговой коммуникации.

Нам нужна синхронизация. Отсутствие синхронизации в нейронах млекопитающих приводит к эпилепсии.
Эпилепсия @TheSquare-CubeLaw часто является причиной синхронного срабатывания нейронов. Так что теперь это становится битвой определений о синхронизации. Посмотрите на визуальные стимулы. Они являются хорошим примером асинхронной обработки информации, которая используется для большого количества движений. Это показывает, что синхронизация не требуется для обработки и передачи информации.
Я думаю, что наша частота мерцания для визуальных стимулов возникает из-за нейронной синхронизации.
«Зачем вам нужен мозг размером 100 м? Если вы просто увеличите кита, вам не понадобится дополнительный мозг, чтобы управлять им. Вы можете обойтись тем же мозгом, что и раньше». относится и к самим китам. Тем не менее, у них есть огромные мыслители.
@DarthBiomech Динозавры были большими, но некоторые из них весом в 100 тонн имели мозг размером с теннисный мяч. Если вам нужно двигать только определенное количество групп мышц, вам не нужно больше мозга, чтобы управлять ими. В худшем случае вам понадобятся несколько более крупных нервных узлов, которые помогут направить импульсы. Мозг китов аномально большой и не является нормой. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что гигантские кальмары весом в тонну имеют около 100 граммов мозга. Они достаточно близки к размеру кита.
@DarthBiomech, имеющий =/= нуждающийся. И это тоже ответ. Весь критичный ко времени материал находится в небольшой, сгущенной группе, а остальная часть огромного мозга — это философская часть, где обдумываются долгосрочные темы. Может даже помочь небольшая десинхронизация, чтобы мозг мог «обсуждать» с самим собой разные точки зрения. А по поводу отсутствия синхронизации: если существо эволюционировало с таким мозгом, то с рассинхронизированным мозгом у него проблем не будет, лишь бы рефлексы были достаточно хорошими

Мозг имеет меньший мозг.

Многим физическим движениям мозг не нужен. Они проходят только через позвоночник. Люди уже делают это. Большая часть действий при ходьбе и беге не требует наличия головного мозга. Мозг может сосредоточиться на ускорении, замедлении, избегании препятствий и тому подобном. Поддержание темпа и перенос веса на неровной поверхности задействует только позвоночник.

Часть мозга гигантского монстра, отвечающая за интеллект, ненамного больше человеческого мозга. Асинхронизация не является проблемой для этого подмозга.

Когда животное хочет двигаться вперед, микромозг посылает сигналы ногам, которые говорят «двигайтесь вперед». Ноги, расположенные ближе к голове, первыми получают сигнал и начинают двигаться первыми. Ноги ближе к концу начинают двигаться последними. Ноги знают, как долго ждать после получения сигнала, чтобы идти в ногу друг с другом. Этот расчет делается в той части позвоночника, где соединяется каждая нога.

Затем каждая отдельная нога решает свои проблемы с захватом и балансировкой, не отправляя сигналы обратно в позвоночник.

Если существу нужно внезапно остановиться, мозг посылает команду «СТОП» по позвоночнику. Может быть задержка в несколько минут, пока все ноги не получат сообщение. Но эта задержка редко заметна наблюдателю, учитывая, как требует физика, чтобы сделать один шаг каждой ноге требуется десять минут.

Дарон, это достаточно близко к тому, что я собирался опубликовать, поэтому вместо этого я проголосовал за вас. Но я хочу большего. Расширьте, если хотите, меньший мозг и то, как «подмозги» нервной ткани в позвоночнике выполняют такого рода работу.
Я согласен с тем, что вы имеете в виду, но я думаю, что вы не так ясно формулируете это. Может быть, добавить пример осьминогов, где в каждой руке есть второстепенный мозг, который выполняет движения и т. д., а «основной мозг» занимается реальным мышлением, а затем просто дает расплывчатые инструкции мозгу-щупальцу. Также упомяните где-нибудь «распределенное мышление».
@Willk Добавлено больше деталей.
@Hobbamok Я больше думаю о человеческой ходьбе в качестве примера, чем об осьминоге. Щупальца осьминога имеют гораздо больший диапазон движений, чем человеческие ноги.
@Daronit был больше об идее. Люди также выполняют много низкоуровневого «мышления» в костном мозге в спине, но у осьминогов гораздо больше исследований о том, как работает их распределенное мышление.

В своей естественной среде

Так же, как и мы, только по размеру.

Когда вы пытаетесь прихлопнуть муху или подобную ей муху, она увидит и отреагирует на ваше движение быстрее, чем вы заметите, что она это сделала. Тем не менее, голубая муха не представляет для нас никакой угрозы, так же как и ничто из нашего размера в естественной среде обитания не представляет угрозы для кайдзю. Вы должны быть такими же большими, чтобы представлять угрозу, и поэтому страдать от той же нейронной задержки.

Нет никаких эволюционных причин для решения этой проблемы.

или даже видеть в этом проблему.

Ваши мега-существа могут обойти проблему необходимости больших мозгов, имея несколько меньших мозгов для решения нескольких уровней задач.

Если каждый отдельный мозг заинтересован только в своей конкретной функции, т. е. в поддержании работы пищеварительной системы, восстановлении поврежденной ткани или движении, тогда индивидуальный размер не должен быть таким большим, как вы ожидаете.

Вам потребуется центральный процессор, но он опять же может быть относительно небольшим, потому что он потребуется только для координации низших отделов мозга и предоставления им возможности самостоятельно заниматься основными функциями, оставляя ему больше энергии для высших функций, если только это не другое. уровень мозга опять же..

Задержка сигналов все равно будет, особенно между отдельными мозгами, но эта система может, по крайней мере, ограничить потребность в сигналах на большие расстояния и сохранить возможность более высокой функции по крайней мере в одном из мозгов, если не в большем.

С точки зрения эволюции я вижу в этом возможный путь в будущем, поскольку мозг большинства животных уже в значительной степени разделен на части. Почему бы не довести это до (не)логической крайности?

Из-за [взмаха руки] макро-существа немного предсказуемы и начинают реагировать на стимулы до того, как они произойдут.

Вместо того, чтобы отправлять сообщения быстрее, почему бы вашим гигантским существам не начать реагировать раньше? То есть раньше, чем произошло то, на что они реагируют. Конечно, это невозможно, исходя из нашего понимания причинно-следственных связей и физики. Но так же (большинство) чрезвычайно больших существ, так что вы уже довольно сильно машете рукой.

Преимущество этого, по сравнению с некоторыми биологическими особенностями, просто позволяющими более быструю передачу сообщений, состоит в том, что он имеет встроенный сюжетный крючок. Если однажды мы выяснили, что гигантские существа нарушают законы физики (потенциально пригодным для эксплуатации способом!), у вас появляется мотивация хотеть победить эту вещь, но не убивать ее — в то же время, когда вы только что ее создали. очень, очень трудно для персонажей на самом деле выполнить это. (Как можно победить что-то, не применяя подавляющую силу, когда оно знает секунды или даже больше, прежде чем вы начнете действовать, что собираетесь делать?)

Для этого не нужно предвидение. Рассмотрим бросание человека: время реакции человека слишком медленное, чтобы бросать предметы так же точно, как мы. Вместо этого каждая часть нашего разума и тела компенсирует ожидаемое время задержки. Наш мозг посылает сигнал выпустить объект до того, как придет время выпустить его, принимая во внимание ожидаемое время задержки. Мегафауна может научиться ожидать необходимости совершать действия до того, как они потребуются; так что, если он знает, что его нога должна коснуться земли через 3 секунды, он может отправить сигнал сейчас о том, что нога должна сделать тогда.
@Nosajimiki Вы абсолютно правы - и мы распространяем то же ожидание за пределы нашего собственного тела, например, предвидя, как далеко нам нужно целиться над целью, потому что то, что мы бросаем, будет находиться между моментом, когда мы его отпускаем, и тем, когда оно достигает цели. Спортсмены должны иметь глубокое, инстинктивное понимание физики (даже если они так об этом не думают). Но давать монстрам небольшое предвидение было бы забавно.

Скорость мысли

Рассмотрим факторы, влияющие на скорость мысли.

Размер нейрона : сигналы распространяются быстрее в нейронах большего диаметра, чем в более узких.

Сложность : если в мыслительный процесс вовлечено большее количество нейронов, то абсолютное расстояние, пройденное сигналом, больше, что занимает больше времени.

Миелин : На ​​скорость передачи сигнала влияет изолирующий слой, называемый миелином. Миелин представляет собой жировой слой, образованный в центральной нервной системе позвоночных концентрическим оборачиванием клеточных отростков олигодендроцитов вокруг аксонов. Миелин ускоряет проводимость и передачу электрических импульсов и скорость проводимости в аксонах.

Таким образом, скорость мысли может быть увеличена за счет

  • увеличение размера нейрона.
  • Менее сложный мыслительный процесс.
  • Миелинизация

Вызов кадра: Истинная скорость мозга измеряется синапсами, частотами, температурой и шумом: расстояние с течением времени — это всего лишь оценка, основанная на нейронах человеческого размера и формы.

Поскольку мы знаем среднюю длину, диаметр и температуру человеческого нейрона, мы можем оценить скорость передачи сигналов в метрах в секунду, но это сильное упрощение для рассматриваемой вами проблемы. Предполагая, что ваша мегафауна не является также мегаразумной, ее мозг шириной 100 м может иметь не больше индивидуальных синапсов, чем у других животных. Мозг передает данные посредством электрохимических процессов. Электрическая часть, где сигналы перемещаются с одной стороны нейрона на другую, происходит с релятивистскими скоростями. Поскольку ваша клетка в основном состоит из воды и жиров, это ставит вашу относительную диэлектрическую проницаемость где-то между 40-90, что дает вам скорость сигнала ~ 47 000–32 000 км/с.

Медленная часть процесса — это химическая часть, когда окончание аксона ждет, пока не будет получено достаточно импульсов электричества, чтобы высвободить нейротрансмиттер, представляющий собой химическое вещество, которое затем должно вступить в реакцию с дендритом соседней клетки, чтобы передать сигнал в следующую клетку. Таким образом, мозг большего размера с тем же количеством синапсов не будет заметно медленнее, чем мозг меньшего размера. В человеческом мозгу нейроны обычно имеют длину от 6 до 100 мм... так что в мозгу мегафауны те же самые нейроны могут иметь длину от 14 до 230 метров. Такой клетке потребовалось бы меньше чем на 0,000008 секунды больше времени для передачи электрического сигнала от одного конца к другому, как у более короткого человеческого нейрона.

Ваша мегафауна может думать и реагировать быстрее, а не медленнее

Другим большим ограничением времени на обдумывание является достоверность сигнала. Крошечные клетки вашего мозга, смешанные вместе, должны бороться с потерей сигнала и помехами. В школе большинство из нас узнали, что миелиновая оболочка похожа на провод, ускоряющий передачу сигнала, но это неправильно. Миелиновая оболочка на самом деле больше похожа на серию конденсаторов, предназначенных для разбиения непрерывного сигнала на дискретные импульсы точного напряжения и ограниченной частоты. Это увеличивает четкость сигнала. С более четким сигналом мозгу не нужно долго ждать, пока изменение паттерна станет очевидным; таким образом, синапс может начать реагировать раньше. Увеличивая размер нейронов, вы получаете больше свободного места для изоляции аксиона от внешних помех и повышения фактической силы сигнала.

Типичный человеческий нейрон работает на частоте около 340 ± 10 Гц. Это означает, что мы можем посылать сигнал только примерно через 34 нейронных соединения в секунду в зависимости от того, насколько быстро наши натрий-калиевые насосыработа. Увеличив поперечное сечение аксионов примерно в 6500 раз, мы теперь имеем пропускную способность в 42 миллиона раз больше, чем у человеческого нейрона. Мы можем использовать этот дополнительный диаметр не только для уменьшения помех, но и с помощью параллельных аксионов, которые мы видим в слуховом нерве, вы можете достичь частот в мегагерцовом или, может быть, даже гигагерцовом диапазоне, что позволит НАМНОГО сократить время отклика при распознавании сигнала. Химическая часть нейронной связи может вообще не ускоряться, но ускорение системы распознавания должно привести к тому, что распознающая часть системы будет занимать примерно на 0,03 секунды меньше времени на синапс, что более чем компенсирует дополнительное время, необходимое для прохождения электрического сигнала. путешествовать.

Итак, почему так много источников измеряют электрическую скорость нейронов в м/с?

Короче, потому что так легче понять. Большинство авторов не понимают/не различают скорость распространения фактического электричества и потенциала действия. Как отметил Остин в комментариях, человеческий нейрон может посылать сигнал со скоростью от 0,1 до 100 м/с. Этот очень широкий диапазон скоростей не пропорционален примерно 50-процентной разнице скоростей распространения электрического тока между обычными органическими соединениями, которые вы находите в организме.

Вместо этого на него влияет длина и ширина нейронов, насколько хорошо они спроектированы для фильтрации шума и насколько высокой частоты они могут генерировать. Для нейронов размером с человека даже миелиновая оболочка может лишь отфильтровать шум от соседних клеток, а это означает, что даже более длинной клетке требуется больше импульсов, чтобы получить четкий сигнал, что эффективно создает отношение скорости к расстоянию (это не 1: 1, но это корреляция) Когда вы смотрите, например, на аксионы кальмаров, они могут получать «более быстрые» сигналы с более толстыми и более распределенными нервами для типов нейронов, которые у них есть. Вы также видите сигналы «замедления» при более низких температурах. Однако сопротивление электронов в холодных средах меньше, а не больше. Этот "медленнее" сигнал вызван тем, что химические реакции натрий-калиевых насосов замедляются, уменьшая частоту сигнала. Если бы электричество текло только со скоростью 0,1-100 м/с, тогда диаметр большего диаметра и более теплый нейрон не увеличивал бы скорость сигнала.

«Электрическая часть... движется с релятивистскими скоростями». На самом деле это не так. Распространение потенциала действия у людей составляет не более 100 м/с, а в некоторых случаях может достигать 1 м/с, что даже не является сверхзвуковым, не говоря уже о релятивистском.
@AustinHemmelgarn Распространение действия и скорость электрического импульса - две очень разные вещи. время, которое требуется электричеству, чтобы пройти от одной стороны нейрона к другой, является релятивистским, но узким местом распространения действия является синапс, где сигнал интерпретируется и преобразуется в химический сигнал.
@AustinHemmelgarn, чтобы уточнить, электрический сигнал распространяется со скоростью около 47 000–32 000 км / с.

Нейронная оптоволокно

Чтобы действительно увеличить скорость нейронов, мы можем изменить их работу. Мы можем использовать оптоволокно в нейронах вместо электричества.

Волоконная оптика — это способ передачи света по прозрачным кабелям. Пока изгиб кабеля не слишком большой, он будет прыгать до самого конца. Это означает, что мы можем использовать его в качестве строительного блока для волоконно-оптических нейронов.

Нейрон будет обладать биолюминесцентным свойством. Он может быть выключен или изменить яркость. На принимающей стороне у вас есть фоторецептор, как в глазу, но только примитивная высокочувствительная версия. Это будет транслировать сигнал и стимулировать его собственный биосветящийся орган.

Это можно рассматривать как аналоговый сигнал, в отличие от электрического потенциала. Хотя стимуляция нейрона является аналоговой, электрический потенциал представляет собой механизм включения и выключения и, следовательно, цифровой. Он может передавать информацию только через шаблоны. Таким образом, оптоволоконный нейрон может помещать в сигнал больше информации.

Это может быть дополнительно улучшено путем добавления различных сигналов. Точно так же, как в наших глазах, мы можем выбирать определенные длины волн, которые может воспринимать нейрон. Если у вас есть два или даже больше разных рецепторов, вы можете добавить несколько длин волн к одному нейрону. В качестве быстрого примера: один нейронный путь может запускать красный, желтый и синий цвета, что позволяет использовать 3 сигнала. Больше информации сразу!

Истинное улучшение здесь — это скорость. Синаптическая щель удалена, которая была самой медленной частью в передаче. Его функция заменяется градиентом света и чувствительностью рецептора. Кроме того, сигнал будет двигаться со скоростью света, хотя и немного медленнее, так как он все еще отскакивает, то есть не является прямой линией.

Волоконно-оптический нейрон невероятно увеличивает скорость, является гибким, может обрабатывать больше информации за сигнал, может иметь несколько сигналов на цепочку, не может иметь электрические помехи от самого себя, в зависимости от чувствительности может снизить затраты энергии и может уменьшить количество нейронов необходимый.

Больше мозгов .

У людей наш мозг постоянно посылает сигналы ногам, говоря «влево, вправо, влево» и любые другие движения мышц, которые необходимы.

Но если бы у вас был мозг ближе к ногам, который говорил «Влево, вправо, влево», тогда вашему центральному мозгу нужно было бы только сказать: «Эй, ноги, запускайте подпрограмму влево/вправо/влево!» а затем он может отправлять любые необходимые изменения, такие как изменение направления, когда глаза что-то замечают, и просто останавливаться или начинать идти. Это будет очень простой мозг-спутник.

То же самое и с другими областями тела, которые обычно полагаются на сигналы от обычных сигналов мозга.

Теперь, если ваше существо настолько массивно, что ожидание сигнала от глаз, чтобы достичь первичного мозга, то отправка сигнала в мозг ног была бы катастрофически медленной, тогда было бы эволюционно выгодно иметь вторичные глаза рядом с ногами, может быть. даже уши. Тогда ноги могли бы начать работать гораздо более независимо с точки зрения предотвращения столкновений и поиска пути. Первичный мозг скорее передаст цель мозгу ног, например: «Мы хотим пойти в это место, где мы были раньше», и мозг, расположенный ближе к ногам, позаботится об этом.

Примером этого могут быть осьминоги, у которых есть основной мозг и восемь ганглиев (группа тел нервных клеток, связанных синапсами, как мини-отруби), которые могут передавать информацию друг другу без участия центрального мозга, что делает ганглии более эффективными. .

Хороший первый пост Эль Дабс. Приглашаем вас посетить нашу экскурсию и обратиться в справочный центр за руководством по нашим путям. Наслаждайтесь построением мира.

Радиоволны

Основываясь на идее Монти Уайлда о металлических аксонах, можно сказать, что если мозг станет достаточно большим, возможно, аксоны начнут превращаться из проводов, несущих ток, в радиогенераторы. Вместо того, чтобы иметь один длинный аксон длиной с мозг, вы начинаете иметь аксоны, которые действуют как диполи. Мозг будет отращивать аксоны разной длины (таким образом, сигнал каждого аксона будет распространяться на разной длине волны, чтобы уменьшить интерференцию), затем вам понадобится соответствующий аксон на другой стороне мозга и немного ручного волноверия, чтобы превратить радиосигнал обратно в полезный нейронный сигнал. импульс.

Передайте работу вторичным мозгам

Были некоторые упоминания об осьминогах, чьи руки имеют вторичный мозг, способный в некоторой степени принимать независимые решения.

Но люди делают это тоже!

У нас есть концепция мышечной памяти и рефлексов, потому что наша нервная система имеет обширные локальные скопления нейронов гораздо ближе к конечностям. Эти кластеры можно обучить выполнять сложные действия на основе простых входных данных из основного мозга.

Для выполнения некоторых из этих действий даже не нужны сигналы от мозга. Например, оттолкнуть что-то очень горячее. Болевой сигнал от руки доходит до локального узла и немедленно реагирует на месте, а не доходит до сознательного мозга и обратно.

Точно так же, пока я печатаю это, я не осознаю процесс печатания. мои руки «знают», где находятся все подходящие клавиши для данной буквы. Я даже не думаю об отдельных буквах, я думаю, что Слова и мои руки знают, как двигаться, чтобы писать буквы и группы букв, намного быстрее, чем мой глаз может следить и даже обрабатывать то, что я делаю.

Моим вторичным нервным кластерам передаются целые модели поведения, которые позволяют моему мозгу, несмотря на нервную задержку до полсекунды, своевременно выполнять высокоскоростные и точные действия.

Вернемся к тому, что это значит для Кайдзю.

Я ожидаю увидеть больше этой функциональности, и, вероятно, многие из них будут неосознанными.

Кайдзю обязательно будет существом инстинктов и рефлексов.

Если Годзилла ударится ногой, он не почувствует этого в течение нескольких секунд, но его нога все равно должна отреагировать, чтобы он не споткнулся и не упал.

Я полагаю, что кайдзю обязательно потребуются локальные гироскопические ощущения в стиле «внутреннего уха» ближе к ногам, чтобы его кластеры вторичного мозга не полагались на кластеры в голове.

А еще есть задача координации движений ног на сотнях метров тела.

У Годзиллы должен быть довольно обширный нейронный кластер в области таза, который может выполнять 90% немозговой работы для его ног.

Ему нужно иметь довольно обширную нервную ткань в руках/руках, чтобы, когда он касается чего-то, чего не должен, он немедленно отпускал, а не продолжал получать урон в течение пяти или десяти секунд.

Возможно, часть сверхъестественной стойкости кайдзю заключается в том, что у них такая вялая реакция на боль, что они просто не реагируют на то, что из них выдувают куски.

У осьминога много нервов на руках/щупальцах. Настолько много, что у них в основном есть собственные мозги. Вы когда-нибудь слышали о синдроме чужой руки? Это так, но преднамеренно. Гигантское существо, вероятно, имело бы ряд второстепенных мозгов, которые могли бы реагировать, прежде чем общаться с центральным мозгом.

Любое немгновенное общение все равно будет иметь нейронную задержку, и это будет проблемой при достаточно большом размере. Может быть, есть момент, когда вас устраивает размер ваших существ, и нейронная задержка не имеет большого значения (как в случае с нами, людьми), но если вы хотите решить проблему для ЛЮБОГО размера, вам нужно мгновенное коммуникация.

Войдите в квантовую запутанность.

Квантово-запутанные нейроны могли общаться друг с другом мгновенно, независимо от расстояния (по крайней мере, находясь в одной и той же вселенной). Это позволяет создавать мозг размером с галактику, не принимая во внимание известные нам законы физики (за исключением, конечно, квантовой запутанности), и имеет забавный побочный эффект, заключающийся в том, что для формирования мозга не требуются физически связанные нейроны. Один нейрон размером с человеческий нейрон в каждой галактике, все они квантово-запутанные, действительно может сформировать мозг (или разум, я полагаю). Как этот разум будет общаться со своим телом — это совсем другой вопрос, но, возможно, у каждого нейрона есть одно тело с нервной системой, точно такой же, как у нас, или все клетки квантово-запутаны, и у вас есть не галактическое существо, а скорее целая галактика. на самом деле единое существо. Много странного может случиться!