Wie realisierbar ist mein Modell lückenloser Neuronen?

Es könnte funktionieren, aber zu einem Preis

Ihr Vorschlag ist, die Synapse zu überspringen und die Elektrizität direkt das nächste Neuron stimulieren zu lassen. Ändern wir das mit "den nächsten Dendriten", da die Elektrizität ansonsten einfach auch das nächste Neuron hinunterfließen und es verlassen könnte. Dies unterscheidet sich von der bestehenden elektrischen Synapse , da das Signal im empfangenden Neuron wieder in chemische Signale umgewandelt wird, die erneut feuern. Dies würde das Signal verstärken, im Gegensatz zu elektrischen Synapsen, wo das Signal bestenfalls gleich und meistens schwächer ist.

Das Problem ist, dass die synaptische Lücke ein Ort ist, an dem viele Signalmodifikationen stattfinden. Hormone bestimmen viel über die Menge der Freisetzung von Chemikalien und die Dauer, die sie in der Synapse aktiv sein dürfen. Diese Signalmodifikation wird viel bestimmen. Es hilft Ihnen, Essen früher zu erkennen/zu riechen, wenn Sie hungrig sind, oder einen verfügbaren Partner, wenn Sie geil sind, oder wo Sie Waffen oder strategisch bessere Positionen finden, wenn Sie in Gefahr sind. So hilft es, sowohl Denkprozesse zu bestimmen als auch einige Signale klarer als andere zu machen. Sie werden sie höchstwahrscheinlich in Ihrem Setup vermissen. Bestenfalls können Sie das System innerhalb des Neurons nachahmen, aber das könnte die ganze Übung überflüssig machen.

Zum Schluss die Refraktionszeiten. Sie verwenden Elektrizität, um die Chemikalien zu stimulieren, um ein weiteres Signal auszulösen. Das heißt, wenn das Neuron feuert, könnte es sich selbst stimulieren. Bei normalen Neuronen ist das auch so, aber dank Refraktionszeiten lässt sich das verhindern. Sie müssten den Chemikalien auch Refraktionszeiten hinzufügen, um eine Selbststimulation zu verhindern, die über die normale Refraktionszeit hinaus andauern könnte.

Meine Antwort zum Erreichen Ihres Ziels, das Entfernen / Verkürzen der Synapsenzeit, könnte mehr Si-Fi sein, als Sie möchten. Dennoch hoffe ich, dass ich einen guten Fall machen werde.

Optische Synapse

Wie ich oben zu erklären versucht habe, ist die Synapse immer noch ein wichtiger Schritt im Signalprozess. Um diese Informationsmodifikation beizubehalten, würde ich eine optische Synapse vorschlagen. Die Idee ist einfach. Anstelle von Chemikalien wird Licht über eine Bioluminanzlampe in den Synapsenspalt gestrahlt. Am anderen Ende werden Fotorezeptoren angeregt und setzen die Chemikalien zur Aktivierung in die Nervenzelle frei.

Die Lücke selbst kann durch Chemikalien moduliert werden, die das Licht reduzieren und das Signal reduzieren. Die Chemikalien werden dann wiederum durch Wiederaufnahmechemikalien moduliert, die auch in einer normalen Synapse vorhanden sind. Hormone würden die Funktion der Biolumineszenzlampe beeinträchtigen, wodurch sie länger oder kürzer aktiviert wird. Eventuell auch intensiver oder schwächer. Auf diese Weise haben wir alle normalen Synapsenfunktionen abgedeckt, nämlich Dauer und Intensität. In der Zwischenzeit verringern wir die Zeit der Synapse, da sie nicht auf langsame Chemikalien, sondern auf schnelles Licht angewiesen ist.

Faseroptische Nerven

Aber warum dort aufhören? Eine synaptische Lücke, in der wir Elektrizität in Licht umwandeln, erscheint ineffizient. Ich würde ganz auf Elektrizität verzichten und das ganze Neuron zu einer Glasfaser machen. Das Neuron feuert in eine biologische Faser. Solange die Faser nicht zu stark gebogen wird, sollte das Signal ohne Probleme oder nennenswerte Verschlechterung ankommen. Das ist schneller als Strom und erspart den Schritt, den Strom in ein optisches Signal umwandeln zu lassen. Es ist auch schneller als Strom, ein Ziel, das viele hier auf der Website wollen. Das Neuron feuert einfach mit einer Biolumineszenzlampe in die Faser und kommt auf der anderen Seite an. Die Faser endet am Dendriten, wo sie einen kleinen Hohlraum mit Platz für die modulierenden Chemikalien hat, wodurch sie zu einem geschlossenen System wird.

Ersetzen des Nervensystems

Kannst du damit das ganze Nervensystem ersetzen? Fast. Je nach Neuron verzweigt sich das Axon im letzten Moment zu mehreren Dendriten. Entweder sollte das Licht ausreichen, um die Faser zu fluten, und es verteilt sich an den Verzweigungen, oder es müsste ein "Verteilungsneuron" vorhanden sein. Das erste Neuron feuert entlang der Axonfaser, die am Verteilungsneuron endet. Dieses Neuron wird aktiviert und feuert Licht über mehrere Axonfasern statt über eine, um sicherzustellen, dass jedes Neuron die Nachricht erhält. Das bedeutet in den meisten Fällen eine Verlangsamung des Signals, aber mit der viel schnelleren Synapse immer noch einen enormen Nettogewinn.

Höhere Effizienz

Glasfaser hat einige große Vorteile. Informationen reisen buchstäblich mit Lichtgeschwindigkeit. Das Signal ist klar und wird sich nicht schnell verschlechtern. Viele Signale können über eine Signaloptik gesendet werden .

Letzteres ist sowohl weniger beeindruckend als Sie vielleicht denken, als auch bahnbrechend. Es ist unwahrscheinlich, dass Sie die Informationen von 20 Neuronen über eine Leitung senden, wenn das Verteilungsneuron versteht, welche Informationen über welche Faser gesendet werden müssen, und dies für Sie erledigt. Sie können jedoch die normalen Signale trennen, die über die Leitung gehen. Neuronen übernehmen oft doppelte, wenn nicht sogar dreifache oder mehr Aufgaben. Obwohl zum Beispiel Schmerzbahnen teilweise getrennt sind, nutzen sie vorhandene Neuronen, um Informationen zu übertragen. Ein Neuron, das bei Schmerz feuert, kann in diesem Moment für nichts anderes verwendet werden, aber ähnlich wie ein Computer kann es schnell genug zwischen den Signalen umschalten, dass Sie es nicht bemerken. Dennoch stellt es einen Signalverlust dar. Glasfasernerven könnten dieses Problem überspringen. Sie können unterschiedliche Lichtwellenlängen durch die Optik senden,

Es besteht auch die Möglichkeit, mit Glasfaser zwei Wege zu gehen. Elektrische Neuronen können nur in eine Richtung feuern. Licht kann jedoch ohne Interferenz gleichzeitig in beide Richtungen gesendet werden, was eine weitere Verschmelzung von Neuronenlinien/höhere Informationsdichte ermöglicht.

Auch die Refraktionszeiten. Normale elektrische Neuronen arbeiten in Pulsen mit einer Wartezeit direkt nach jedem Puls. Dies soll sowohl Rauschen als auch eine Überstimulation des Neurons verhindern. Sehnerven brauchen das vielleicht nicht. Sie können auf einer kontinuierlichen Skala oder mit kürzeren Brechungszeiten arbeiten, da es einfacher ist, die Lichtwelle zu starten und zu stoppen. Dies ermöglicht nochmals eine höhere Informationsdichte.

Andere Verbesserungen bestehen darin, dass Fasern potenziell weniger Platz benötigen als elektrische Axone, die Faser brechen könnte und dennoch funktioniert und immun gegen elektrische Interferenzen ist.

Letzteres ist wichtig. Es könnte ein Maximum an Neuronen geben, die Sie zusammenpacken könnten, wenn sie elektrisch sind. Sie werden schließlich anfangen, Geräusche auf den anderen Leitungen zu erzeugen. Faseroptische Nerven könnten dies vollständig verhindern, sodass Sie das Gehirn mit Nerven vollstopfen können.

Lösbare Probleme

Jetzt haben wir ein funktionierendes System optischer Nerven. Dennoch gibt es einige Probleme. Das Biegen von Glasfasern ist nicht gut für das Signal und es kann zurückprallen. Glücklicherweise scheint die Wirbelsäule in Ordnung zu sein, aber viele Gelenke in den Extremitäten können sich bewegen und zu scharfe Biegungen machen. Um dies zu umgehen, müssen alle Neuronen eine elektrische Brücke zwischen diesen Teilen haben. Ein Neuron vor der Biegung zündet die Elektrizität, die die Lampe auf der anderen Seite der Biegung erregt, um die Faser herunterzufeuern.

Das "Verteilungsneuron" kann Platz einnehmen, der für Neuronen benötigt wird, wodurch es überfüllter als normal wird. Die höhere Effizienz könnte die Menge der benötigten Neuronen reduzieren, daher wäre dies kein Problem.

Im Gehirn machen die Fasern möglicherweise mehr Biegungen, die für das Licht nicht geeignet sind. Das ist kein Problem, da die Fasern stationär sind. Sie müssen nicht dem normalen faseroptischen Verfahren folgen und können auf ganz andere Weise wachsen, indem sie einfach das Licht um eine Biegung reflektieren. Auf diese Weise können alle Neuronen im Gehirn auch optisch sein.

Es gibt keinen Unterschied zu Meyeline-Hüllen, die bei der Bedeutung von Signalen helfen können. Die Meyeline beschleunigt normale elektrische Neuronen und macht sie nicht nur schneller und klarer, sondern meistens auch wichtiger. Dies wird verloren gehen. Glücklicherweise kann sich hier die Modulation als nützlich erweisen. Sie können hellere Lichter haben und mit allen anderen Vorteilen sollte es kein Problem sein, wichtige Dinge noch zu identifizieren.

Potenzielle Probleme

Obwohl das Obige in der Theorie sehr schön klingt, könnte die Praxis ziemlich schwierig sein. Sowohl die Biolumineszenz als auch die Photorezeptoren könnten viel Energie kosten. Obwohl es von Natur aus kühl erscheint, kann der ständige Gebrauch die Neuronen immer noch so weit erwärmen, dass es beispielsweise Enzyme stört. Das abgegebene Licht könnte auch zu wenig sein, um zuverlässig von Fotorezeptoren aufgenommen zu werden. Sie erhalten möglicherweise nie genug Licht, um genügend Chemikalien abzugeben, um das nächste Neuron zu stimulieren.

Abschluss

Wenn es funktioniert, würde es die normale Synapse auf viel weniger als die Hälfte oder das Original reduzieren. Eine Seite der Synapse wird vollständig übersprungen, und anstatt dass sich Chemikalien langsam über die Lücke bewegen, wird es mit Lichtgeschwindigkeit gehen . Die einzige Verlangsamung eines Signals besteht nun in der Übersetzung des Lichtsignals in Chemikalien, um das nächste Neuron zu stimulieren. Darüber hinaus werden auch die Nerven selbst beschleunigt, da sie Licht anstelle von Blitzen verwenden. Es besteht ein Potenzial für eine höhere Informationsdichte, sowohl auf einem Neuronenpaar als auch auf mehreren Wellenlängen gleichzeitig. Natürlich ist es eine theoretische Idee, aber das nächste Neuron elektrisch zu stimulieren ist es auch.