Создание научно полуобоснованного суперсолдата, часть 2: нервная система

Возможным ответом на мягкую науку может быть использование скелетной структуры, модифицированной той же самой кристаллической структурой на поверхности костей, что и чешуя крыла бабочки, которая будет использовать биолюминесцентные железы для передачи данных в мышцы без обычно медленной нервной системы. передатчики в нормальной нервной системе. биологическая природа чешуи означает, что она может самовосстанавливаться.

Согласно гипертексту , скорость нервных импульсов варьируется от 0,61 м/с (боль), 76 м/с (прикосновение) и 191 м/с (мышечное возбуждение). Он также, в случае рефлекса, может запускать несколько сигналов и регистрировать, но игнорировать опоздавшие.

Если бы вы пронизали нервную систему волокнами, легированными каким-то материалом в активных участках, которые преобразовывали скачки натрия и калия в электрический импульс, то у вас был бы дополнительный материал, подобный диоду, для преобразования этого электрического импульса в свет, пропускающий импульс вниз по волокна, а затем повторил этот процесс в обратном порядке, чтобы стимулировать либо мышцы, либо нервный кластер, скорость сигнала была бы намного ближе к скорости света (300 000 000 м/с). Для человека ростом 2 метра вы бы сбрили всего 0,01 секунды ($2 meters \over 200 m/s$) от времени реакции.

У меня есть старое уравнение для времени прицеливания. Я не помню происхождение, но оно было измерено, когда испытуемых просили щелкнуть мышью по кружку.$t = B + a \log({2\pi\over D})$где D — диаметр мишени в метрах, а B и a — экспериментально определенные значения. B = 0,5 секунды и a = 0,45 секунды у испытуемых. Существует начальное время реакции, но затем ваш мозг включается в цикл обратной связи, двигаясь к цели, оценивая прогресс и снова двигаясь.

Вы можете сократить петлю «попытка-оценка-правильно» (0,45 секунды), тренируясь и наращивая мышечную память. Однако это доступно как обычным людям, так и сверхлюдям.

Если я правильно помню, начальное время реакции «В» различалось у разных испытуемых. Есть исследования, показывающие, что стимуляторы могут сократить время начальной реакции на 100 миллисекунд (20%). Некоторое сочетание стимуляторов и усилителей концентрации может дать больший эффект. Но разгон времени реакции приводит к нервному стереотипу чрезмерно возбужденного человека.

Оптический синапс

Синапс по-прежнему является важным этапом в сигнальном процессе, позволяющим в значительной степени модифицировать информацию. Чтобы сохранить эту информационную модификацию, я бы предложил оптический синапс. Идея проста. вместо химических веществ свет излучается через биолюминесцентную лампу в синаптической щели. С другой стороны, фоторецепторы будут возбуждены, высвобождая химические вещества в нервную клетку для активации.

Сам разрыв можно модулировать химическими веществами, которые уменьшают свет, уменьшая сигнал. Затем химические вещества, в свою очередь, модулируются химическими веществами обратного захвата, которые также присутствуют в нормальных синапсах. Гормоны будут влиять на функциональность биолюминесцентной лампы, заставляя ее активироваться дольше или короче. Возможно также более интенсивно или слабее. Таким образом, мы охватываем все нормальные функции синапсов, а именно продолжительность и интенсивность. Тем временем мы уменьшаем время синапса, поскольку он зависит не от медленных химических веществ, а от быстрого света.

Волоконно-оптические нервы

Синаптическая щель, в которой мы преобразуем электричество в свет, кажется неэффективной. Я бы вообще отказался от электричества и сделал бы весь нейрон оптоволоконным. Нейрон выстрелит в биологическое волокно. Пока волокно не перегнуто слишком сильно, сигнал должен поступать без проблем и заметных ухудшений. Это будет быстрее, чем электричество, и избавит вас от необходимости преобразования электричества в оптический сигнал. Это также быстрее, чем электричество, цель, которую хотят многие здесь на сайте. Нейрон просто выстрелит биолюминесцентной лампой в волокно, и оно достигнет другой стороны. Волокно заканчивается на дендрите, где у него будет небольшая полость с местом для модулирующих химических веществ, что делает его закрытой системой.

замена нервной системы

Сможете ли вы заменить этим всю нервную систему? Около. В зависимости от нейрона аксон в последний момент разветвляется на несколько дендритов. Либо света должно быть достаточно, чтобы заполнить волокно, и оно само распространится по ветвям, либо должен быть «распределительный нейрон». Первый нейрон возбуждается по всему аксонному волокну, которое заканчивается на распределительном нейроне. Этот нейрон активируется, запуская свет по нескольким аксонным волокнам вместо одного, гарантируя, что каждый нейрон получит сообщение. В большинстве случаев это означает замедление сигнала, но с гораздо более быстрым синапсом все еще огромный чистый выигрыш.

Более высокая эффективность

Волоконная оптика имеет ряд существенных преимуществ. Информация распространяется буквально со скоростью света. Сигнал четкий и не будет быстро ухудшаться. Многие сигналы могут быть отправлены по сигнальной оптике.

Последнее не так впечатляет, как вы думаете, а также меняет правила игры. Вы вряд ли отправите информацию 20 нейронов по одной линии, если распределительный нейрон понимает, какую информацию нужно отправить по какому волокну, и делает это за вас. Однако вы можете отделить обычные сигналы, проходящие через линию. Нейроны часто выполняют двойную, а то и тройную обязанности. Например, хотя болевые пути частично разделены, они используют существующие нейронные пути для передачи информации. Нейрон, который срабатывает от боли, в данный момент не может быть использован ни для чего другого, но, подобно компьютеру, он может переключаться между сигналами достаточно быстро, чтобы вы этого не заметили. Тем не менее это представляет собой потерю сигнала. Волоконно-оптические нервы могут обойти эту проблему. Они могут посылать свет с разной длиной волны по оптике. восприниматься различными фоторецепторами, которые выделяют химические вещества, чтобы передавать правильные длины волн. Несколько шоссейных дорог могут использовать большее количество длин волн, чтобы передать тонну информации, и с различными диффузорами/блокировщиками длин волн вы можете модерировать информацию, но, скорее всего, вы будете использовать ее для одного нейрона, чтобы обеспечить модерацию сигнала.

Существует также возможность пойти двумя путями с оптоволоконным кабелем. Электрические нейроны могут срабатывать только в одном направлении. Однако свет может быть направлен в обе стороны одновременно без помех, что позволяет дальнейшее слияние нейронных линий / более высокую плотность информации.

Также время преломления. Нормальные электрические нейроны работают импульсами с периодом ожидания сразу после каждого импульса. Это делается для предотвращения шума, а также чрезмерной стимуляции нейрона. Зрительным нервам это может и не понадобиться. Они могут работать в непрерывном масштабе или с более коротким временем преломления, так как легче запустить и остановить световую волну. Это позволяет снова повысить (до безумия) плотность информации.

Другие улучшения заключаются в том, что волокна потенциально занимают меньше места, чем электрические аксоны, волокно может порваться, но все еще работать, и оно невосприимчиво к электрическим помехам.

Это последнее важно. Может быть максимум нейронов, которые вы можете собрать вместе, если они электрические. Со временем они начнут производить шум на близлежащих линиях, что сделает данные менее полезными. Волоконно-оптические нервы могли бы полностью предотвратить это, позволяя вам наполнить мозг нервами.

Решаемые проблемы

Теперь у нас есть работающая система зрительных нервов. Тем не менее есть некоторые проблемы. Изгиб оптоволокна неблагоприятен для сигнала, и он может отразиться обратно. К счастью, с позвоночником все в порядке, но многие суставы конечностей могут двигаться и делать слишком резкие изгибы. Чтобы обойти это, все нейроны должны иметь электрический мост между этими частями. Нейрон перед изгибом будет запускать электричество, которое заставит лампу на другой стороне изгиба зажечь волокно.

«Распределительный нейрон» может занимать место, необходимое для нейронов, что делает его более тесным, чем обычно. Более высокая эффективность может уменьшить количество необходимых нейронов, так что это не будет проблемой.

В мозгу волокна могут делать больше изгибов, которые не подходят для прохождения света. Это не проблема, так как волокна неподвижны. Им не нужно следовать обычной волоконно-оптической процедуре, и они могут расти совершенно по-другому, просто отражая свет вокруг изгиба. Таким образом, все нейроны в мозгу тоже могут быть оптическими.

Нет никакой разницы с мейелиновыми оболочками, которые могут помочь с важностью сигналов. Мейелин ускоряет нормальные электрические нейроны, делая их не только быстрее и четче, но и в большинстве случаев более важными. Это будет потеряно. К счастью, именно здесь модуляция может пригодиться. Они могут иметь более яркий свет, и со всеми другими преимуществами не должно быть проблем с идентификацией важных вещей.

Потенциальные проблемы

Хотя вышеизложенное звучит очень красиво в теории, на практике может быть довольно сложно. Биолюминесценция, а также фоторецепторы могут стоить много энергии. Несмотря на то, что по своей природе это кажется прохладным, постоянное использование может все же разогреть нейроны настолько, что, например, будет мешать ферментам. Испускаемый свет также может быть слишком слабым, чтобы его надежно улавливали фоторецепторы. Они могут никогда не получить достаточно света, чтобы выделить достаточное количество химических веществ для стимуляции следующего нейрона.

Заключение

Если это сработает, нормальный синапс уменьшится вдвое меньше, чем в оригинале. Одна сторона синапса вообще пропущена, и вместо химических веществ, медленно перемещающихся по щели, она будет двигаться со скоростью света. Единственное замедление сигнала теперь заключается в преобразовании светового сигнала в химические вещества для стимуляции следующего нейрона. Более того, сами нервы также ускоряются, поскольку они используют свет вместо молнии. Существует потенциал для более высокой плотности информации, как в паре нейронов, так и на нескольких длинах волн одновременно. Это конечно теоретически, но с большим потенциалом. Вы не прекращаете строить Hyperloop только потому, что это теоретически.

Вы всегда можете пойти по синтетическому человеческому пути. Мозг состоит из миллиардов крошечных отдельных машин, объединенных в сеть друг с другом. Связей не существует, потому что они могут общаться через подпространство или какое-то дерьмо. Каждая такая машина будет эквивалентна процессору нашего времени, но во много раз меньше, размером с нейрон и их будет миллиарды. Они могут действовать как любая часть компьютера, например, хранилище, процессор и т. д. Одной из проблем может быть высокая потребность в энергии такой установки или тепло от нее. Термостойкие синтетические нейроны и питание от термоядерного реактора где-то в сердце. Возможно, избыточное тепло можно использовать как оружие. Огненные синтетические суперсолдаты. Было бы здорово.

Возможно, может помочь распределенная нервная система с отдельными автоматическими функциями в кластерах нервов, непосредственно прилегающих (или, по крайней мере, ближе) к органам, которыми они должны управлять. По крайней мере сокращает дистанцию.

Еще одна интересная вещь — использование архитектуры мозга, похожей на разумных птиц. Птицы, такие как вороны и попугаи, вмещают много умственных способностей в очень маленький мозг, и они делают это за счет кластеров крошечных нейронов (которые занимают мало места, но не могут преодолевать большие расстояния), соединенных более крупными нейронами, чтобы связать кластеры вместе. Расширьте эту структуру до мозга размером с человеческий, и вы сможете использовать феноменальную вычислительную мощность. Не уверен, насколько хорошо это повлияет на необработанное время реакции, но это может позволить быстрее прогнозировать потенциальные обстоятельства, позволяя реакции произойти до того, как произойдет фактическое событие.