¿Hay organismos con menos de 1000 neuronas?

Estoy desarrollando redes neuronales compuestas de solo 3 a 10 capas de neuronas virtuales y tengo curiosidad por saber si hay algún cerebro de insecto con menos de mil neuronas.

  • ¿Hay criaturas diminutas con un pequeño número de neuronas?
  • ¿Existen mapas neuronales para esos simples sistemas nerviosos?
Los rotíferos tienen cerebros muy simples con recuentos de neuronas de cientos. desafortunadamente no están tan bien estudiados. academic.oup.com/icb/article/42/3/660/724027/…
@Viziionary Aparte, tenga en cuenta que la cantidad de neuronas no siempre es sinónimo de falta de complejidad; Los sistemas nerviosos "más simples" en términos de número de células a menudo tienen interacciones más complejas entre neuronas: más comunicación bidireccional, múltiples neurotransmisores involucrados, etc. Por ejemplo, en la mayoría de las neuronas de vertebrados, hay una distinción bastante clara entre axones (salida) y dendritas (entrada), con algunas excepciones divertidas. Sin embargo, la distinción entre axones y dendritas no siempre es sencilla en un gusano o insecto. ¡Buena suerte!
@BryanKrause Las complejidades y diferencias entre los mecanismos neuronales para diferentes propósitos son casi infinitas. Es por eso que uso un modelo evolutivo en el que puede ocurrir una lista muy extensa de mutaciones no solo en la estructura neuronal sino también en la composición y los mecanismos involucrados con cada neurona y conexión individualmente. Resulta que mi mutación de manejo de código es casi tan compleja y extensa como el resto del código combinado. Por cierto, ¿a qué te refieres con "comunicación bidireccional"?
Células que reciben entradas y liberan neurotransmisores a través de los mismos procesos. Esto también sucede hasta cierto punto en los sistemas nerviosos de los vertebrados, pero no con los principales sistemas de neurotransmisores.
@BryanKrausen ¿Es así ?
@Viziionary No, entre neuronas; ese es sobre microglia. Esta no es mi área específica de especialización (trabajo con sistemas nerviosos de mamíferos), solo algunos conocimientos periféricos, por lo que no conozco una gran fuente para citar, o incluso qué tan bien se entienden esos sistemas. Creo, aunque estoy menos seguro de esto, que algunas neuronas de c elegans liberan diferentes neurotransmisores en diferentes contextos, sobre los que podría ser más fácil encontrar información.
Desde un punto de vista informático, tratar de modelar con pocas neuronas no es necesariamente el mejor enfoque. Piense en cómo nuestras computadoras están construidas a partir de enormes cantidades de transistores prácticamente idénticos para obtener un comportamiento complejo. Pocas neuronas pueden muy bien significar que las interacciones entre las neuronas son mucho más complejas que en un organismo de "cerebro más grande". Piense en la diferencia entre modelar mil neuronas idénticas en comparación con cien neuronas que funcionan de manera diferente (como en C. elegans ). Si está tratando de "evolucionar" un cerebro, no mire las "menos neuronas", ya que están muy optimizadas.
@Luaan Mi modelo neuronal puede evolucionar para vencer a Super Mario Bros (NES) con solo 4 capas y menos de 40 neuronas. Cada una de las neuronas muta individualmente para adoptar diferentes características (umbrales de potencial de acción, umbrales del período de refactorización, duración de la memoria, sesgo de memoria predeterminado y, por supuesto, estructura de la red. Solo un puñado de neuronas con una replicación del comportamiento relativamente simple (potencial de acción, memoria, polarización, despolarización, período de refactorización, etc.) pueden realizar tareas bastante impresionantes en mi experiencia.
Oh no importa; Realmente estaba hablando de imitar la vida real; hay muchos atajos que puedes tomar en un juego (he hecho algunos experimentos que valen la pena), y muchas cosas que serían muy complejas en un organismo real pueden ser muy fáciles en una computadora (por ejemplo, algunos patrones de memoria pueden ser construido utilizando la memoria plana de la computadora en lugar de simular en una compleja red de neuronas). Supuse que quería un organismo virtual con la menor "trampa" posible al preguntar sobre el "organismo con menor número de neuronas", que depende mucho de la complejidad de su entorno virtual.
@Luaan Ah, no, no estoy tratando de simular neuronas físicamente precisas en mi proyecto, solo funcionalmente precisas (lo que en sí mismo es un desafío importante)

Respuestas (4)

Respuesta corta
Hasta donde yo sé, un mapa neural completo (un conectoma) solo está disponible para el gusano redondo C. elegens , un nematodo con solo 302 neuronas (fig. 1).

C.elegansconectoma C. elegans
Fig. 1. C. elegans (izquierda, tamaño: ~1 mm) y conectoma de C. elegans (derecha).
fuentes: Universidad de Utrecht y Farber (2012)

Antecedentes
Observar los animales menos complejos será su mejor apuesta y los nematodos (gusanos redondos) como Caenorhabditis elegans son definitivamente una buena opción. C. elegans tiene unas 300 neuronas . A continuación se muestra un esquema de phyla en la Fig.2.

Mencionas insectos; estos bichos son mucho más complejos que los gusanos redondos. El número total de neuronas varía con cada insecto, pero a modo de comparación: uno de los insectos menos complejos como la mosca de la fruta Drosophila ya tiene alrededor de 100 000 neuronas, mientras que una abeja normal tiene alrededor de un millón (fuente: Bio Teaching ).

De hecho, la complejidad del organismo es un indicador del número de neuronas que cabe esperar. Las esponjas, por ejemplo (Fig. 1) no tienen neuronas en absoluto, por lo que el menor complejo de animales no te ayudará. los siguientes en la línea son los Cnidaria (Fig. 2). Los Cnidaria incluyen las medusas y, por ejemplo, Hydra vulgaris tiene 5.6k neuronas .

Entonces, ¿por qué las medusas tienen más neuronas? Porque el tamaño también importa. Hydra vulgaris puede crecer hasta 15 mm , mientras que C. elegans crece solo hasta 1 mm. Consulte la página de wikipedia para obtener una lista informativa de #neuronas en una gran cantidad de especies.

Hasta donde yo sé, solo existe un mapa de conectividad neuronal decente (un conectoma ) para C. elegans (Fig. 1), aunque otros mapas (Drosophila (Meinertzhagen, 2016) y humanos ) están en marcha.

Referencias
- Farber, Sci Am febrero de 2012
- Meinertzhagen, J Neurogenet (2016); 30 (2): 62-8

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Fig. 2. Phyla dentro del reino de animalia . fuente: Colegio Universitario del Suroeste de Tennessee

FYI, una simulación de cuerpo completo de todo el conectoma de c elegans - openworm youtube.com/watch?v=SaovWiZJUWY
@StefanSzekeres Para ser claros, esa simulación no modela el conectoma ni incluye actividad neuronal, es solo una simulación física de la musculatura. Su simulación del conectoma aún no está completa , ya que el comportamiento en las sinapsis aún no se comprende por completo (aunque este enlace está fechado, todavía parece ser el caso según openworm.org más actualizado). Todavía no está del todo allí, pero es un proyecto increíble que vale la pena vigilar. Es solo cuestión de tiempo.

El organismo que está buscando es el nematodo C. elegans , que siempre tiene el mismo número de neuronas, 302, y ha sido mapeado completamente, vea WormWeb o puede buscar publicaciones originales desde allí. C. elegans es particularmente adecuado para este tipo de trabajo porque tiene un número constante de células que se dividen en un orden completamente predecible y sus neuronas forman conexiones predecibles. Los organismos más grandes, como las moscas, tienen un número variable de células y sus neuronas no forman conexiones predecibles con precisión. La inmensa cantidad de conocimiento sobre C. elegans , técnicas avanzadas de manipulación genética y un cuerpo transparente también ayuda.

No conozco ningún insecto con cerebros tan pequeños, incluso una mosca de la fruta tiene varios órdenes de magnitud más.

Creo que hay tipos de caracoles de agua con 8 neuronas distintas en un ganglio, hay un poco de información aquí: molluscs.at . Los cuerpos celulares de las neuronas son masivos, visibles bajo un microscopio de disección estándar, por lo que fueron populares entre los primeros electrofisiólogos. Supongo que probablemente haya más neuronas alrededor del caracol, pero ciertamente es uno de los "cerebros" más simples que existen...

Re: tamaño del cerebro de un insecto

El siguiente artículo tiene un buen resumen: en resumen, los sistemas nerviosos de los insectos varían de 7400 a 850000 neuronas:

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

Puede haber alguna esperanza para los insectos parásitos, por ejemplo, Dicopomorpha echmepterygis donde el macho no tiene alas ni ojos, no es inconcebible que sus cerebros sean más simples.