¿Cómo deberían ser los nervios más rápidos?

En 1830, uno de los más grandes fisiólogos del siglo XIX, Johann Müller, declaró que la velocidad de propagación del impulso eléctrico en las neuronas era imposible de medir. En su opinión, dado que el impulso eléctrico en las neuronas es un impulso eléctrico, debe realizarse a una velocidad aproximadamente igual a la de la luz; Dado el pequeño tamaño de los objetos biológicos, era imposible medir tal velocidad incluso con los mejores instrumentos de la época.

Quince años después, uno de los alumnos de Müller, Hermann von Helmholtz, midió la velocidad de propagación de los impulsos en el nervio de la rana mediante un experimento sencillo y elegante que puede reproducirse fácilmente en un taller de laboratorio para alumnos. En sus experimentos, Helmholtz irritó el nervio en dos sitios separados por 3 cm y midió el tiempo desde el momento en que se aplicó el estímulo hasta la contracción muscular máxima. Este valor resultó ser siete órdenes de magnitud menor que la velocidad de propagación de una corriente eléctrica en un conductor de cobre o en una solución electrolítica. A partir de esto, Helmholtz llegó a la conclusión absolutamente correcta de que la conducción de un impulso nervioso es un proceso más complejo que una simple propagación longitudinal de corriente en una fibra nerviosa.

La velocidad de conducción del impulso en las fibras nerviosas está determinada por su histología y diámetro. En las fibras nerviosas mielinizadas, es de 30-120 m / seg (6 km / min, 360 km / h), en las no carnosas - 0,5-3 m / seg, en las esqueléticas - 5 m / seg.

Y aquí llegamos a la esencia de mi pregunta: ¿qué debe cambiarse en la disposición de las fibras nerviosas para multiplicarse (al menos 10 veces) para aumentar la velocidad de movimiento del impulso eléctrico, sin tener ningún defecto?

Solucionado, pero ¿por qué mi pregunta obtuvo dos puntos negativos de inmediato?
¿Qué son los "votos negativos"?
Sé que puede ser intrascendente, pero ¿por qué necesita velocidades más rápidas?
Fue rechazado porque está etiquetado como "ciencia dura", pero usó nomenclatura y abreviaturas no estándar que, si estuvieran presentes en una respuesta de "ciencia dura" , habrían invalidado esa respuesta. Hard Science impone requisitos adicionales no solo en las respuestas, sino también en sus preguntas.
Estoy escribiendo un libro (más de 50 páginas ya escritas) en el género de la biología especulativa sobre un superhombre científicamente plausible (una nueva forma más avanzada de personas creada por ingenieros genéticos en un futuro lejano). Al igual que su sistema nervioso central, sus nervios también deberían ser mejores (en este caso, más rápidos) que los de la gente común, incluso para no retrasar las señales de diferentes partes de su cuerpo, porque según la trama de mi trabajo, son 3 -3,5 metros.
Nota: claramente hay dificultades en la traducción, no tengo un superman de los cómics estadounidenses, sino un superman Nietzsche
@Alexander, ¿puede comparar las mismas preguntas donde una solicita ciencia dura y la otra no? De lo contrario, worldbuilding.stackexchange.com/questions/10285/… sería un mejor duplicado.
No es una respuesta, pero merece su atención. Busque Brain Wave, una novela de Poul Anderson. Se trata de un evento que acelera la actividad neuronal en la tierra y las dislocaciones resultantes. en.wikipedia.org/wiki/Brain_Wave
@Trioxidane Buena captura. Solo estaba vinculando una pregunta relevante y, como notó, ninguna de las otras dos preguntas es de ciencia dura.

Respuestas (1)

Información más rápida

Por lo que dijiste en los comentarios, veo que quieres una información más rápida . Desafortunadamente, una electricidad diez veces más rápida no dará como resultado una información diez veces más rápida para el cerebro. Hay múltiples partes que reducen la velocidad de la información. Las terminales sinápticas, la estimulación de la neurona, el período refractario y las estructuras neurales. Usaré principalmente Zimbardo, PG, Weber, AL, Johnson, RL (2006) "Psychologie een inleiding", la versión holandesa de "An Introduction to Psychology", las páginas 45 a 54. La electricidad es la parte más rápida y menos en necesidad de mejorar.

Cómo funciona una neurona

ingrese la descripción de la imagen aquí fuente: wikipedia

Una neurona envía una señal por su axón. Se ramifica al final, conectándose a las siguientes neuronas. Aunque puede hacer múltiples conexiones a la misma neurona como en la imagen, la mayoría de las veces también se conecta a otras. La señal eléctrica ahora se 'traduce' a señales químicas en los terminales sinápticos, que viajan por la hendidura entre las células. Luego se recibe en el otro lado llamado dendritas, que excitan la célula. Si está lo suficientemente excitado, enviará otra señal eléctrica por su axón.

terminal sináptica

El terminal sináptico es de naturaleza química. Los hay eléctricos, pero solo pueden enviar información simple. Las señales químicas son obviamente más lentas que las señales eléctricas, tardando alrededor de 0,5 ms en transferirse [cita requerida]. La señal también es modulada por los productos químicos utilizados. Se liberan múltiples químicos, pero la sinapsis receptora tiene receptores en ciertas cantidades para ser estimulados. Esto puede modular los estímulos entre diferentes conexiones.

Estimulación de la neurona y el periodo refractario

Cuando estimulas una neurona, comenzará a dejar entrar Na+ en la célula. También hay K+ en la membrana, pero también comenzará a salir de la célula. Si se alcanza un cierto umbral, la célula se inundará con Na+ mucho más rápido de lo que K+ puede salir, polarizando positivamente la célula. Esto da como resultado la señal eléctrica. Inmediatamente después de que se dispara la señal eléctrica, la celda no puede enviar otra señal. Este es el período refractario. [Roediger et. all, (2004) 'Psychologie een inleiding']. Durante uno o dos ms, la celda no se disparará incluso si la celda aún pudiera, y se restablecerán todos los productos químicos de la manera correcta para la siguiente señal.

Para alcanzar el umbral del fuego, la mayoría de las veces se necesitan múltiples estímulos. Además, la intensidad de la señal depende de la célula, no del estímulo. Junto con la modulación de los estímulos, las células reaccionan de forma diferente entre sí, añadiendo más profundidad a la información.

Estructuras neurales

La información es más que solo la señal. Es una combinación de señales y estructuras neuronales. Tomemos el lóbulo occipital como ejemplo.

Al ver objetos, se activan diferentes partes del lóbulo. Ver un teclado iluminará algunos, ver una cara activará otros. Esta combinación es importante, ya que diferentes cosas se identifican de esta manera. Sin embargo, si me miro en un espejo al lado de mi gemelo, todavía puedo ver las diferencias aunque la mayoría de las mismas estructuras estén activadas. Esto se debe a que una señal nunca es un solo pulso eléctrico, sino una combinación de pulsos. Al igual que un teléfono que vibra puede decirle si recibió un mensaje de texto o una llamada telefónica.

Una señal no es una señal

Las neuronas se dispararán de vez en cuando independientemente de cualquier otra cosa. Deben reiniciarse de vez en cuando, lo que se hace disparando. Por eso una sola señal nunca es una señal. Esto causa un período refractario y, por lo tanto, puede ralentizar los nervios. Uno podría mirar a las anguilas eléctricas, ya que una vez leí que tenían algunas células que podían almacenarlo durante períodos más largos y liberarlo todo de una vez para el ataque eléctrico, pero no tengo una cita lista. Podría valer la pena su propia investigación.

Resumen

Una célula nerviosa más rápida puede parecer una buena idea, pero es probable que no genere muchas mejoras. Es como una carrera de relevos en la que reemplazas al deportista rápido con ganadores de medallas olímpicas, mientras dejas en paz a las personas que nunca han practicado deportes en su vida. Obtendrá alguna mejora, pero la mejora real sería mejorar a los demás.

Dicho esto, mágicamente mejoraría la velocidad diez veces, es probable que no funcionemos correctamente. Llegarían muchas más señales de lo normal durante los períodos de refracción y los derrochadores de tiempo real todavía están ahí. Es probable que no sea tan malo cuando los sistemas nerviosos crezcan a esta velocidad, pero la mejora simplemente no será impresionante.

Esto no responde a su pregunta, pero lo ayuda a reducir otras preguntas. Que sería algo así como "¿Cómo puedo mejorar la velocidad de la hendidura sináptica" y "Cómo puedo reducir el período refractario de la célula nerviosa". Surgen problemas por la parte de la estimulación, ya que la estimulación múltiple proporciona información. Estos también pueden ser excelentes puntos de partida para su propia investigación, ya que puede encontrar mucho a través de Google Scholar en estos días, como ejemplo. Especialmente para la ciencia dura, diría que cada uno requiere sus propias preguntas.

Tenga en cuenta que gran parte de la lentitud de las sinapsis, por ejemplo, tiene sus méritos. La modulación de las sinapsis puede ayudar en la selección de ciertos estímulos, como que si tienes hambre responderás más a los estímulos relacionados con la comida. Esto se hace en parte por los inhibidores de la recaptación y similares, haciendo que ciertas sustancias químicas en la hendidura sináptica puedan hacer su trabajo por más o menos tiempo, lo que resulta en diferentes cantidades de estimulación.

excelente y completa respuesta. ¡Me gusta la analogía de la carrera de relevos!
Las señales nerviosas más rápidas junto con altos niveles de fuerza muscular y cardio podrían tener excelentes resultados. De la misma manera que un robot de fábrica puede moverse a altas velocidades de manera precisa, una criatura biológica podría utilizar señales nerviosas más rápidas si su cuerpo fuera lo suficientemente fuerte y duradero.