Существуют ли организмы с менее чем 1000 нейронов?

Я разрабатываю нейронные сети, состоящие всего из 3-10 слоев виртуальных нейронов, и мне любопытно узнать, существуют ли мозги насекомых с менее чем тысячей нейронов?

  • Существуют ли крошечные существа с небольшим количеством нейронов?
  • Существуют ли нейронные карты для этих простых нервных систем?
У коловраток очень простой мозг с количеством нейронов в несколько сотен. к сожалению, они не все так хорошо изучены. академический.oup.com/icb/article/42/3/660/724027/…
@Viziionary Кстати, обратите внимание, что количество нейронов не всегда является синонимом отсутствия сложности; «более простые» нервные системы с точки зрения количества клеток часто имеют более сложные взаимодействия между нейронами: более двунаправленная связь, задействовано несколько нейротрансмиттеров и т. д. Например, в большинстве нейронов позвоночных существует довольно четкое различие между аксонами (выходными) и дендриты (ввод), с несколькими забавными исключениями. Однако различие между аксонами и дендритами не всегда очевидно у червя или насекомого. Удачи!
@BryanKrause Сложности и различия между нейронными механизмами для разных целей почти безграничны. Вот почему я использую эволюционную модель, в которой очень обширный список мутаций может произойти не только с нейронной структурой, но также с составом и механизмами, связанными с каждым нейроном и соединением в отдельности. Оказывается, моя мутация обработки кода почти такая же сложная и обширная, как и весь остальной код вместе взятый. Кстати, что вы имели в виду под "двунаправленной связью"?
Клетки, которые получают входные данные и выделяют нейротрансмиттер посредством одних и тех же процессов. Это происходит в некоторой степени и в нервной системе позвоночных, но не в основных нейротрансмиттерных системах.
@BryanKrausen Это так ?
@Viziionary Нет, между нейронами; тот о микроглии. Это не моя конкретная область знаний (я работаю с нервной системой млекопитающих), просто некоторые периферийные знания, поэтому я не знаю хорошего источника, который можно было бы процитировать, или даже того, насколько хорошо изучены эти системы. Я думаю, хотя я менее уверен в этом, что некоторые нейроны celegans выделяют разные нейротрансмиттеры в разных контекстах - об этом может быть легче найти информацию.
С вычислительной точки зрения попытка моделирования с использованием небольшого количества нейронов не обязательно является лучшим подходом. Подумайте, как наши компьютеры построены из огромного количества практически идентичных транзисторов, чтобы получить сложное поведение. Небольшое количество нейронов вполне может означать, что взаимодействия между нейронами намного сложнее, чем в организме с «большим мозгом». Подумайте о разнице между моделированием тысячи одинаковых нейронов и сотней нейронов, каждый из которых работает по-разному (как в C. elegans ). Если вы пытаетесь «развить» мозг, не смотрите на «наименее нейроны» — они сильно оптимизированы.
@Luaan Моя нейронная модель способна развиваться, чтобы превзойти Super Mario Bros (NES) всего с 4 слоями и менее чем 40 нейронами. Каждый нейрон мутирует по отдельности, приобретая разные характеристики (пороги потенциала действия, пороги периода рефакторинга, длина памяти, предвзятость памяти по умолчанию и, конечно же, сетевая структура. Всего несколько нейронов с относительно простой репликацией поведения (потенциал действия, память, поляризация, деполяризация, рефакторинговый период и т. д.), по моему опыту, могут выполнять довольно впечатляющие задачи.
О, неважно; Я действительно говорил о имитации реальной жизни; в игре можно использовать множество сокращений (я провел несколько полезных экспериментов), и многие вещи, которые были бы очень сложными в реальном организме, могут быть очень простыми на компьютере (например, некоторые паттерны памяти могут быть построены с использованием плоской памяти компьютера вместо моделирования в сложной сети нейронов). Я предположил, что вам нужен виртуальный организм с как можно меньшим «обманом», когда вы спрашиваете об «организме с наименьшим количеством нейронов», который во многом зависит от сложности его виртуальной среды.
@Luaan А, нет, я не пытаюсь моделировать физически точные нейроны в своем проекте, просто функционально точные (что само по себе является серьезной проблемой)

Ответы (4)

Краткий ответ
Насколько мне известно, полная нейронная карта (коннектом) доступна только для круглого червя C. elegens , нематоды, имеющей всего 302 нейрона (рис. 1).

К. Элегансконнектом C. elegans
Рис. 1. C. elegans (слева, размер ~1 мм) и коннектом C. elegans (справа).
источники: Утрехтский университет и Фарбер (2012 г.) .

Исходная информация
Лучше всего выбирать наименее сложных животных, а нематоды (круглые черви), такие как Caenorhabditis elegans , безусловно, являются хорошим вариантом. C. elegans имеет около 300 нейронов . Ниже представлена ​​схема типов на рис.2.

Вы упоминаете насекомых; эти твари намного сложнее, чем аскариды. Общее количество нейронов зависит от каждого насекомого, но для сравнения: одно из менее сложных насекомых, таких как плодовая муха дрозофила , уже имеет около 100 тысяч нейронов, в то время как у обычной медоносной пчелы их около одного миллиона (источник: Bio Teaching ).

Сложность организма действительно является индикатором ожидаемого количества нейронов. Губки, например (рис. 1), вообще не имеют нейронов, поэтому даже самые простые животные вам не помогут. следующие в очереди - Cnidaria (рис. 2). К Cnidaria относятся медузы, и, например, Hydra vulgaris имеет 5,6 тыс. нейронов .

Так почему же у медуз больше нейронов? Потому что размер тоже имеет значение. Hydra vulgaris может вырасти до 15 мм , в то время как C. elegans вырастает только до 1 мм. См. страницу Википедии для получения информативного списка #нейронов у множества видов.

Насколько мне известно, приличная карта нейронных соединений ( коннектом ) существует только для C. elegans (рис. 1), хотя другие карты (дрозофилы (Meinertzhagen, 2016) и человека ) находятся в стадии разработки.

Ссылки
— Farber, Sci Am , февраль 2012 г.
— Meinertzhagen, J Neurogenet (2016); 30 (2): 62-8

типы
Рис. 2. Типы в царстве животных . источник: Университетский колледж Юго-Западного Теннесси .

К вашему сведению, полная симуляция всего коннектома c elegans - openworm youtube.com/watch?v=SaovWiZJUWY
@StefanSzekeres Чтобы было ясно, это моделирование не моделирует коннектом и не включает нейронную активность, это всего лишь физическое моделирование мускулатуры. Их симуляция коннектома еще не завершена , так как поведение в синапсах до сих пор полностью не изучено (хотя эта ссылка устарела, судя по более свежему openworm.org, это все еще так). Еще не совсем там, но это потрясающий проект, за которым стоит следить. Это только вопрос времени.

Организм, который вы ищете, это нематода C. elegans , которая всегда имеет одинаковое количество нейронов, 302, и была полностью картирована, см. WormWeb или вы можете поискать оригинальные публикации оттуда. C. elegans особенно подходит для такой работы, потому что у него постоянное количество клеток, которые делятся в совершенно предсказуемом порядке, а его нейроны образуют предсказуемые связи. Более крупные организмы, такие как мухи, имеют различное количество клеток, и их нейроны не образуют точно предсказуемых связей. Огромное количество знаний о C. elegans , передовые методы генетических манипуляций и прозрачное тело также помогают.

Я не знаю насекомых с таким маленьким мозгом, даже у дрозофилы он на несколько порядков больше.

Я считаю, что есть виды водяных улиток с 8 отдельными нейронами в ганглиях, здесь есть немного информации: molluscs.at . Клеточные тела нейронов массивны, видны под стандартным препаровальным микроскопом, поэтому они были популярны среди первых электрофизиологов. Я предполагаю, что вокруг улитки, вероятно, больше нейронов, но это, безусловно, один из самых простых «мозгов»...

Re: размер мозга насекомого

В следующей статье есть хорошее резюме — вкратце нервная система насекомых колеблется от 7400 до 850000 нейронов:

http://blogs.discovermagazine.com/notrocketscience/2011/11/30/how-fairy-wasps-cope-with-being-smaller-than-amoebas/

Некоторая надежда может быть на паразитических насекомых, например Dicopomorpha echmepterygis, у самцов которых нет ни крыльев, ни глаз, не исключено, что их мозг будет проще.

Существуют ли организмы с менее чем 1000 нейронов?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v