Gibt es Organismen mit weniger als 1000 Neuronen?

Ich entwickle neuronale Netze, die nur aus 3 bis 10 Schichten virtueller Neuronen bestehen, und ich bin neugierig, ob es da draußen Insektengehirne mit weniger als tausend Neuronen gibt?

  • Gibt es winzige Lebewesen mit einer geringen Anzahl von Neuronen?
  • Gibt es neuronale Karten für diese einfachen Nervensysteme?
Rädertierchen haben sehr einfache Gehirne mit Neuronenzahlen im niedrigen Hunderterbereich. leider sind sie nicht so gut untersucht. academic.oup.com/icb/article/42/3/660/724027/…
@Viziionary Beachten Sie nebenbei, dass die Anzahl der Neuronen nicht immer gleichbedeutend mit mangelnder Komplexität ist. "einfachere" Nervensysteme in Bezug auf die Anzahl der Zellen haben oft komplexere Wechselwirkungen zwischen Neuronen: mehr bidirektionale Kommunikation, mehrere beteiligte Neurotransmitter usw. Zum Beispiel gibt es in den meisten Wirbeltierneuronen eine ziemlich klare Unterscheidung zwischen Axonen (Ausgabe) und Dendriten (Eingabe), mit ein paar lustigen Ausnahmen. Allerdings ist die Unterscheidung zwischen Axonen und Dendriten bei einem Wurm oder Insekt nicht immer einfach. Viel Glück!
@BryanKrause Die Feinheiten und Unterschiede zwischen neuronalen Mechanismen für verschiedene Zwecke sind nahezu unendlich. Aus diesem Grund verwende ich ein Evolutionsmodell, bei dem eine sehr umfangreiche Liste von Mutationen nicht nur der neuralen Struktur, sondern auch der Zusammensetzung und den Mechanismen, die an jedem Neuron und jeder Verbindung einzeln beteiligt sind, widerfahren kann. Es stellt sich heraus, dass mein Code, der Mutationen handhabt, fast so komplex und umfangreich ist wie der Rest des Codes zusammen. Übrigens, was meinten Sie mit "bidirektionaler Kommunikation"?
Zellen, die über die gleichen Prozesse sowohl Eingaben erhalten als auch Neurotransmitter freisetzen. Dies geschieht bis zu einem gewissen Grad auch im Nervensystem von Wirbeltieren, jedoch nicht bei den wichtigsten Neurotransmittersystemen.
@BryanKrausen Ist es so ?
@Viziionary Nein, zwischen Neuronen; dass es um Mikroglia geht. Dies ist nicht mein spezielles Fachgebiet (ich arbeite mit den Nervensystemen von Säugetieren), sondern nur peripheres Wissen, daher kenne ich keine großartige Quelle zum Zitieren oder auch nur, wie gut diese Systeme verstanden werden. Ich denke, obwohl ich mir da weniger sicher bin, dass einige Celegans-Neuronen in verschiedenen Kontexten unterschiedliche Neurotransmitter freisetzen - darüber könnte es einfacher sein, Informationen zu finden.
Aus rechnerischer Sicht ist der Versuch, mit wenigen Neuronen zu modellieren, nicht unbedingt der beste Ansatz. Stellen Sie sich vor, wie unsere Computer aus riesigen Mengen praktisch identischer Transistoren aufgebaut sind, um ein komplexes Verhalten zu erzielen. Wenige Neuronen können sehr wohl bedeuten, dass die Interaktionen zwischen den Neuronen viel komplexer sind als in einem „größeren Gehirn“-Organismus. Denken Sie an den Unterschied zwischen der Modellierung von tausend identischen Neuronen im Vergleich zu hundert Neuronen, die alle unterschiedlich funktionieren (wie in C. elegans ). Wenn Sie versuchen, ein Gehirn zu "entwickeln", schauen Sie nicht auf "kleinste Neuronen" - diese sind stark optimiert.
@Luaan Mein neuronales Modell kann sich weiterentwickeln, um Super Mario Bros (NES) mit nur 4 Schichten und weniger als 40 Neuronen zu schlagen. Die Neuronen mutieren jeweils individuell, um unterschiedliche Eigenschaften anzunehmen (Aktionspotentialschwellenwerte, Refactory-Periode-Schwellenwerte, Gedächtnislänge, standardmäßig eingebaute Gedächtnisverzerrung und natürlich die Netzwerkstruktur. Nur eine Handvoll Neuronen mit relativ einfacher Verhaltensreplikation (Aktionspotential, Gedächtnis, Polarisierung, Depolarisierung, Refraktärzeit usw.) kann meiner Erfahrung nach ziemlich beeindruckende Aufgaben erfüllen.
Vergiss es; Ich sprach wirklich davon, das wirkliche Leben nachzuahmen; Es gibt viele Abkürzungen, die man in einem Spiel verwenden kann (ich habe ein paar lohnende Experimente durchgeführt), und viele Dinge, die in einem echten Organismus sehr komplex wären, können auf einem Computer sehr einfach sein (z mit dem flachen Speicher des Computers gebaut, anstatt in einem komplexen Netzwerk von Neuronen zu simulieren). Ich nahm an, Sie wollten einen virtuellen Organismus mit so wenig "Schummeln" wie möglich, wenn Sie nach dem "Organismus mit der geringsten Neuronenzahl" fragen, der stark von der Komplexität seiner virtuellen Umgebung abhängt.
@Luaan Ah, nein, ich versuche in meinem Projekt nicht, physikalisch genaue Neuronen zu simulieren, sondern nur funktional genau (was an sich schon eine große Herausforderung darstellt).

Antworten (4)

Kurze Antwort
Eine vollständige neuronale Karte (ein Konnektom) gibt es meines Wissens nur für den Spulwurm C. elegens , einen Fadenwurm mit nur 302 Neuronen (Abb. 1).

C.elegansConnectom C. elegans
Abb. 1. C. elegans (links, Größe: ~1 mm) und Connectom von C. elegans (rechts).
Quellen: Universität Utrecht & Farber (2012)

Hintergrund
Es ist am besten, sich die am wenigsten komplexen Tiere anzusehen, und Nematoden (Spulwürmer) wie Caenorhabditis elegans sind definitiv eine gute Option. C. elegans hat etwa 300 Neuronen . Unten ist ein Schema der Phyla in Abb. 2.

Sie erwähnen Insekten; Diese Viecher sind viel komplexer als Spulwürmer. Die Gesamtzahl der Neuronen variiert bei jedem Insekt, aber zum Vergleich: Eines der weniger komplexen Insekten wie die Fruchtfliege Drosophila hat bereits etwa 100.000 Neuronen, während eine normale Honigbiene etwa eine Million hat (Quelle: Bio Teaching ).

Die Komplexität des Organismus ist in der Tat ein Indikator für die zu erwartende Anzahl von Neuronen. Schwämme zum Beispiel (Abb. 1) haben überhaupt keine Neuronen, also werden Ihnen die am wenigsten komplexen Tiere nicht helfen. die nächsten in der Reihe sind die Cnidaria (Abb. 2). Zu den Cnidaria gehören die Quallen, und zum Beispiel Hydra vulgaris hat 5,6.000 Neuronen .

Warum also haben Quallen mehr Neuronen? Denn auch die Größe spielt eine Rolle. Hydra vulgaris kann bis zu 15 mm groß werden , während C. elegans nur bis zu 1 mm groß wird. Auf der Wikipedia-Seite finden Sie eine informative Liste von #Neuronen in einer Vielzahl von Arten.

Eine anständige neuronale Konnektivitätskarte (ein Konnektom ) existiert meines Wissens nur für C. elegans (Abb. 1), obwohl andere Karten (Drosophila (Meinertzhagen, 2016) und Mensch ) in Arbeit sind.

Referenzen
- Farber, Sci Am Februar 2012
- Meinertzhagen, J Neurogenet (2016); 30 (2): 62-8

Stämme
Abb. 2. Phyla innerhalb des Königreichs animalia . Quelle: Southwest Tennessee University College

FYI eine Ganzkörpersimulation des gesamten Connectoms der Celegans - openworm youtube.com/watch?v=SaovWiZJUWY
@StefanSzekeres Um klar zu sein, modelliert diese Simulation nicht das Konnektom oder beinhaltet neuronale Aktivität, es ist nur eine physikalische Simulation der Muskulatur. Ihre Konnektom-Simulation ist noch nicht vollständig , da das Verhalten an den Synapsen immer noch nicht vollständig verstanden ist (obwohl dieser Link veraltet ist, scheint es laut dem aktuelleren openworm.org immer noch der Fall zu sein). Noch nicht ganz so weit, aber es ist ein großartiges Projekt, das es wert ist, im Auge behalten zu werden. Es ist nur eine Frage der Zeit.

Der Organismus, nach dem Sie suchen, ist der Fadenwurm C. elegans , der immer die gleiche Anzahl von Neuronen hat, 302, und vollständig kartiert wurde, siehe WormWeb oder Sie können Originalveröffentlichungen von dort jagen. C. elegans ist für diese Art von Arbeit besonders geeignet, weil es eine konstante Anzahl von Zellen hat, die sich in einer völlig vorhersagbaren Reihenfolge teilen und seine Neuronen vorhersagbare Verbindungen bilden. Größere Organismen wie Fliegen haben eine variable Anzahl von Zellen und ihre Neuronen bilden keine genau vorhersagbaren Verbindungen. Das immense Wissen über C. elegans , fortschrittliche Genmanipulationstechniken und ein durchsichtiger Körper helfen ebenfalls.

Mir sind keine Insekten mit so kleinen Gehirnen bekannt, selbst eine Fruchtfliege hat mehrere Größenordnungen mehr.

Ich glaube, es gibt Arten von Wasserschnecken mit 8 verschiedenen Neuronen in einem Ganglion, hier gibt es ein paar Informationen: molluscs.at . Die Zellkörper der Neuronen sind massiv und unter einem Standard-Seziermikroskop sichtbar, daher waren sie bei frühen Elektrophysiologen beliebt. Ich schätze, es gibt wahrscheinlich mehr Neuronen um die Schnecke herum, aber sie ist sicherlich eines der einfachsten "Gehirne" überhaupt ...

Re: Größe des Insektenhirns

Der folgende Artikel hat eine gute Zusammenfassung – kurz gesagt, das Nervensystem von Insekten reicht von 7400 bis 850000 Neuronen:

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

Es gibt vielleicht Hoffnung für parasitäre Insekten, zB Dicopomorpha echmepterygis, wo Männchen weder Flügel noch Augen haben, es ist nicht undenkbar, dass ihre Gehirne einfacher sind.

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