Einen wissenschaftlich halbgültigen Supersoldaten erschaffen, Teil 2: Nervensystem

Eine mögliche Antwort der sanften Wissenschaft könnte darin bestehen, die Skelettstruktur zu verwenden, die mit der gleichen kristallinen Struktur auf der Oberfläche der Knochen modifiziert ist, die in den Schuppen eines Schmetterlingsflügels zu finden sind, die biolumineszente Drüsen verwenden würden, um Daten ohne die normalerweise langsamen Neuro- Transmitter im normalen Nervensystem. Die biologische Natur der Schuppen würde bedeuten, dass sie sich selbst regenerieren könnten.

Laut Hypertextbook variieren die Nervenimpulsgeschwindigkeiten zwischen 0,61 m/s (Schmerz), 76 m/s (Berührung) und 191 m/s (Muskelfeuerung). Im Falle eines Reflexes kann es auch mehrere Signale abfeuern und die verspäteten Signale registrieren, aber ignorieren.

Wenn Sie das Nervensystem mit Fasern durchziehen, die an den aktiven Stellen, die Natrium- und Kaliumstöße in einen elektrischen Impuls umwandeln, mit irgendeinem Material dotiert sind, dann hätte ein zusätzliches diodenähnliches Material, um diesen elektrischen Impuls in Licht umzuwandeln, den Impuls nach unten weitergegeben Faser, dann diesen Vorgang in umgekehrter Reihenfolge wiederholt, um entweder Muskeln zu stimulieren oder einen Nervencluster zu erregen, wäre die Signalgeschwindigkeit viel näher an der Lichtgeschwindigkeit (300.000.000 m/s). Für eine 2 Meter große Person würden Sie sich nur 0,01 Sekunden rasieren ($2 meters \over 200 m/s$) aus Reaktionszeit.

Ich habe eine alte Gleichung für die Zielzeit. Ich erinnere mich nicht mehr an den Ursprung, aber er wurde gemessen, indem die Probanden gebeten wurden, mit einer Maus auf einen Kreis zu klicken.$t = B + a \log({2\pi\over D})$wobei D der Zieldurchmesser in Metern ist und B und a experimentell bestimmte Werte sind. B = 0,5 Sekunden und a = 0,45 Sekunden bei den Testpersonen. Es gibt eine anfängliche Reaktionszeit, aber dann befindet sich Ihr Gehirn in einer Rückkopplungsschleife, die sich auf das Ziel zubewegt, den Fortschritt bewertet und sich erneut bewegt.

Sie können die 'ein' Versuch-Beurteile-Korrektur-Schleife (0,45 Sekunden) rasieren, indem Sie trainieren und das Muskelgedächtnis aufbauen. Dies steht jedoch sowohl normalen Menschen als auch Supermenschen zur Verfügung.

Wenn ich mich richtig erinnere, variierte die anfängliche Reaktionszeit 'B' zwischen den Probanden. Es gibt Studien, die darauf hindeuten, dass Stimulanzien die anfängliche Reaktionszeit um 100 Millisekunden (20 %) verkürzen könnten. Einige Kombinationen von Stimulanzien und Fokusverstärkern können möglicherweise eine größere Wirkung erzielen. Aber das Übertakten der Reaktionszeit führt zu dem nervösen Stereotyp von jemandem, der überreizt ist.

Optische Synapse

Die Synapse ist immer noch ein wichtiger Schritt im Signalprozess und ermöglicht viele Informationsänderungen. 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

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 Nervenbahnen, 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, von verschiedenen Fotorezeptoren empfangen werden, die die Chemikalien freisetzen, damit die richtigen Wellenlängen weitergegeben werden. Einige Autobahnstraßen können mehr Wellenlängen verwenden, um eine Menge Informationen zu übertragen, und mit verschiedenen Wellenlängendiffusoren / -blockern können Sie die Informationen moderieren, aber höchstwahrscheinlich werden Sie sie für ein einzelnes Neuron verwenden, um eine Moderation des Signals zu ermöglichen.

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 wiederum eine höhere (bis hin zum Wahnsinn) Informationsdichte.

Andere Verbesserungen bestehen darin, dass Fasern möglicherweise 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, auf Leitungen in der Nähe Rauschen zu erzeugen, wodurch die Daten weniger nützlich werden. 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 Elektrizität, die die Lampe auf der anderen Seite der Biegung anregt, 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 Glasfaserverfahren 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.

Fazit

Wenn es funktioniert, würde es die normale Synapse auf viel weniger als die Hälfte oder das Original reduzieren. Eine Seite der Synapse wird komplett übersprungen, und statt Chemikalien, die sich 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. Das ist natürlich theoretisch, aber mit hohem Potenzial. Sie hören nicht auf, einen Hyperloop zu bauen, weil es theoretisch ist.

Sie können immer den synthetischen menschlichen Weg gehen. Ein Gehirn aus Milliarden winziger Einzelmaschinen, die sich zu einem Netzwerk vernetzen. Die Verbindungen sind nicht vorhanden, weil sie durch den Subraum oder so etwas kommunizieren können. Jede solche Maschine würde einem Prozessor unserer Zeit entsprechen, aber um ein Vielfaches kleiner, so groß wie ein Neuron, und es wird Milliarden davon geben. Sie können als beliebige Teile eines Computers wie Speicher, Prozessor usw. fungieren. Ein Problem wäre der hohe Energiebedarf eines solchen Rigs oder die daraus resultierende Wärme. Hitzebeständige synthetische Neuronen und angetrieben von einem Fusionsreaktor irgendwo im Herzen. Die überschüssige Hitze könnte vielleicht als Waffe verwendet werden. Feuerbändigende synthetische Supersoldaten. Das wäre cool.

Vielleicht kann ein verteiltes Nervensystem helfen, mit einzelnen automatischen Funktionen in Nervenclustern, die direkt neben (oder zumindest näher) an Organen liegen, die sie kontrollieren müssen. Verringert zumindest die Distanz.

Eine weitere interessante Sache ist die Verwendung einer ähnlichen Gehirnarchitektur wie bei intelligenten Vögeln. Vögel wie Krähen und Papageien packen viel Gehirnleistung in ein sehr kleines Gehirn, und sie tun dies, indem sie Cluster winziger Neuronen (die wenig Platz einnehmen, aber keine großen Entfernungen überbrücken können) durch größere Neuronen verbinden, um sie zu verbinden Cluster zusammen. Erweitern Sie diese Struktur zu einem Gehirn von der Größe eines Menschen, und Sie könnten eine phänomenale Menge an Rechenleistung nutzen. Ich bin mir nicht sicher, wie gut sich das auf die rohen Reaktionszeiten auswirken würde, aber es könnte eine schnellere Vorhersage potenzieller Umstände ermöglichen, die Reaktionen ermöglichen, bevor ein tatsächliches Ereignis stattgefunden hat.