為什么生物的感知器官都集中在頭部？

為什么生物的感知器官一般都集中在頭部?

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為什么生物的感知器官一般都集中在頭部?

Owl of Minerva，vx: wenmiau

這個問標題問題前沒有一致的權勢巨子詮釋，這里我僅供給一些假設和證據。

拿網線[1]做一個類比，我們常用的網線有 cat3（三類），Cat5（五類）, Cat5e（超五類）, Cat6（六類）, Cat6a（超六類）等幾個尺度，按照挨次，其傳輸速度越來越高，同時其有用傳輸距離越來越短:

按照傳輸速度，千兆收集一般保舉利用超五類及以上彀線。同時，跟著尺度的提高, 響應速度越來越快；為包管傳輸速度(噪聲按捺)，網線長度越來越短，單元長度的當作本也越來越高

跟著尺度的升高，線材的線束更多，屏障越來越好

高標網線做的短、粗、屏障好、線束多是由噪聲按捺、響應速度、傳輸速度等幾個方面的身分決議的。之所以能拿網線作為類比，是因為作為感知信息傳遞的載體，神經纖維束也存在著這些機能要求：傳輸帶寬、響應速度、噪聲按捺[2]. 神經纖維 / 神經纖維束素質上傳遞的是數 / 模夾雜旌旗燈號[3].

對于一個典型的由樹突(Dendrites)、胞體(Soma)和軸突(Axon)構成神經細胞，其旌旗燈號傳遞的最長一段顯然是軸突。因為神經旌旗燈號的生化反映素質，我們可以簡單認為統一種神經細胞的單根軸突傳遞旌旗燈號的帶寬是一致的（接近的）。

神經細胞根基布局：樹突(Dendrites)、胞體(Soma)和軸突(Axon)

跟網線一樣，有些軸突會有屏障層——髓鞘(Myelin Sheath)[4], 這對旌旗燈號傳遞過程中的噪聲按捺具有積極感化：

軸突的屏障層——髓鞘(myelin sheath)

從神經旌旗燈號的整個傳輸和處置過程來看，在各個階段噪聲都有可能發生[5]：

從感知到傳輸，再到旌旗燈號的處置（此中也需要按照處置階段進行處置區域之間的傳輸），神經旌旗燈號城市混入噪聲，這是由神經旌旗燈號的生化反映素質決議的[5].

軸突的屏障層——髓鞘(myelin sheath)

具體地，我們考查一段軸突上旌旗燈號在傳遞過程中的環境，可以不雅察到肉眼可見的跟著傳輸距離增添而噪聲增大的環境[6, 7]：

在軸突上每隔 150 微米進行旌旗燈號采樣(a), 可以看到旌旗燈號傳輸過程中的轉變環境(b)

不難理解地，噪聲旌旗燈號，出格是傳輸過程中引入的噪聲旌旗燈號對感知信息的處置具有負面的結果[8, 9]. 按照上面的信息，我們可以猜想，跟著感知旌旗燈號帶寬和響應速度要求的增添，神經纖維束（樹突的調集體）越粗、而且越短，其髓鞘屏障越好。

以旌旗燈號帶寬最高的感知旌旗燈號——視覺旌旗燈號為例()[10]:

視覺旌旗燈號從眼睛底部起頭就進入大腦，然后經由過程視神經（optic nerve）等布局進行傳輸和處置（邊傳輸邊處置）[10]

嚴酷意義上，視覺旌旗燈號被視網膜感知就已經進入了“大腦”，然后經由過程視神經(optic nerve)進行傳輸。是以視神經中傳輸的是最為原始的，根基未經大腦進行感知加工過的旌旗燈號。其直徑是單一功能神經纖維中最粗的[11, 12].

視神經剖解環境，可見其粗細

同時，視神經具有較粗的髓鞘作為屏障層庇護旌旗燈號的傳輸[13]：

正常的視神經髓鞘（上部）和受損的髓鞘（下部, md）

具體地，對于人類來說，視神經髓鞘的損壞將直接影響人的視覺感知，好比視神經炎、多發性硬化等城市損壞人的視覺[14].

若是以數字旌旗燈號來等效，視神經的一般傳輸速度為約 8.75Mb/s, 而且具有峰值約 40Mb/s 的傳輸能力[15], 這根基上是 Cat5 網線的尺度。巧合的是，二者的粗細也是差不多的。比擬之下，傳輸嗅覺旌旗燈號的嗅神經纖維就要細得多了[16], 因為其帶寬要求也低得多。

在傳輸速度（響應速度）上，神經旌旗燈號約為 100m/s[17]. 不外具體數值受到良多身分的影響，好比春秋、性別、疾病，以及神經纖維的粗細和髓鞘[18, 19]：

神經纖維越粗，神經旌旗燈號傳遞越快

髓鞘環境（旌旗燈號屏障）越好，神經旌旗燈號傳遞越快

是以，像視覺、聽覺、嗅覺、味覺這樣對傳輸帶寬（旌旗燈號豐碩性）、響應速度或者噪聲按捺（敏感性）要求高的旌旗燈號，從旌旗燈號發生到旌旗燈號處置之間的距離短，對生物的保存和演化具有更為積極的意義。這些感知器官離大腦近的生物種類和個別，是以在天然選擇中具有競爭優勢。

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發表于 2019-04-16 23:23
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