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私たちの脳とニューロンのアーキテクチャは、私たち一人一人が個々の行動選択をどのようにして可能にしますか？ 科学者は長い間、政府の比phorを使用して、意思決定のために神経系がどのように組織されているかを説明しています。 私たちは英国のBrexitへの投票のような民主主義に根付いていますか？ 北朝鮮指導者がミサイル発射を命令するような独裁？ トルコ軍内のような、支配をめぐって争っている派factのセットですか？ または、他の何か？
1890年、心理学者ウィリアム・ジェームズは、私たち一人一人に「ここに…私たちの意識が結びついている中心的または教義的な[神経細胞]がある」と主張しました。しかし、1941年むしろ、神経系が「各ユニットが細胞である百万倍の民主主義」であることを示唆している、単一の責任ある細胞の。
倫理的な理由から、健康な人の脳の単一細胞を監視することはほとんど正当化されません。 しかし、多くの非ヒト動物の脳の細胞メカニズムを明らかにすることは可能です。 私の本「Governing Behavior」で説明するように、実験により、独裁政権から頭政治、民主主義に至るまで、神経系のさまざまな意思決定アーキテクチャが明らかになりました。
一部の行動では、単一の神経細胞が独裁者として機能し、メッセージの送信に使用する電気信号を介して一連の動き全体をトリガーします。 （私たちの神経生物学者は、これらの信号を活動電位、またはスパイクと呼びます。）尾のザリガニに触れる例を見てみましょう。 外側の巨大ニューロンの単一のスパイクは、潜在的な危険から動物を上方に跳ね上げる高速テールフリップを誘発します。 これらの動きは、タッチの約100分の1秒以内に始まります。
ザリガニは「独裁者のニューロン」のおかげで逃げます。 各写真は、100分の1秒間隔で撮影されました。 （イェンス・ハーバーホルツとアビゲイル・シャデッグ、メリーランド大学カレッジパーク） 同様に、魚の脳にある巨大なMauthnerニューロンの単一のスパイクは、安全に泳ぐことができるように、魚を脅威から素早く遠ざける回避運動を誘発します。 （これは脊椎動物で唯一確認されている「コマンドニューロン」です。）
これらの「独裁者のニューロン」のそれぞれは非常に大きく、特にその軸索、長い距離にわたってスパイクを伝達する細胞の長くて狭い部分です。 各独裁者ニューロンは、階層の最上位に位置し、多くの感覚ニューロンからの信号を統合し、その秩序をそれ自体が筋肉収縮を引き起こす多数の下位のニューロンに伝達します。
そのようなセルラー独裁は、特に無脊椎動物の逃避運動によく見られます。 また、クリケットの鳴き声など、発生するたびに基本的に同一である他の種類の動きも制御します。
しかし、これらの独裁者のセルはすべてではありません。 ザリガニは、oli皮として効果的に機能する別の小さなニューロンのセットを介して、テールフリップを別の方法でトリガーすることもできます。
これらの「非ジャイアント」エスケープは、ジャイアントニューロンによってトリガーされたものと非常に似ていますが、少し遅れて開始され、詳細の柔軟性が高まります。 したがって、ザリガニは危険にさらされており、応答する時間がより長いことに気付いている場合、通常、独裁者の代わりに頭を使用します。
同様に、魚のMauthnerニューロンが殺されても、動物は危険な状況から逃れることができます。 他のニューロンの小さなセットを使用して、同様の脱出運動をすばやく行うことができますが、これらのアクションは少し遅れて開始されます。
この冗長性は理にかなっています。捕食者から単一のニューロンへの脱出を信頼することは非常に危険であり、そのニューロンのバックアップ傷害または機能不全は生命を脅かすでしょう。 そのため、進化は脱出を開始する複数の方法を提供しています。
ヒルはあなたのタッチから反発する前にニューロンの選挙を行います。 （Vitalii Hulai / iStock） 神経のlig頭は、人間の顔を認識するときなど、私たち自身の高レベルの知覚を仲介することもあります。 しかし、他の多くの行動では、神経系はシェリントンの「百万倍の民主主義」のようなものを通して決定を下します。
たとえば、サルが腕に手を伸ばすと、脳の運動皮質の多くのニューロンがスパイクを生成します。 すべてのニューロンは、多くの方向の動きをスパイクしますが、各ニューロンには、スパイクを最大にする特定の方向があります。
研究者は、各ニューロンがすべてのリーチにある程度寄与しているが、リーチが最も寄与しているリーチが最も多いと仮定しました。 それを理解するために、彼らは多くのニューロンをモニターし、いくつかの計算を行いました。
研究者は、サルが複数の標的に到達したときの複数のニューロンのスパイクの割合を測定しました。 次に、単一のターゲットに対して、各ニューロンをベクトルで表します。角度はニューロンの優先到達方向（最もスパイクが発生するとき）を示し、長さはこの特定のターゲットに対するスパイクの相対速度を示します。 彼らはその効果（加重ベクトル平均）を数学的に合計し、ニューロンが送信していたすべてのメッセージの動きの結果を確実に予測できました。
これは、一部のニューロンが他のニューロンよりも頻繁に投票するニューロン選択のようなものです。 図に例を示します。 淡い紫色の線は、個々のニューロンの運動票を表します。 オレンジ色の線（「人口ベクトル」）は、それらの合計方向を示します。 黄色の線は、実際の移動方向を示しています。これは、母集団ベクトルの予測と非常によく似ています。 研究者たちは、この集団コーディングと呼びました。
一部の動物や行動については、選挙を混乱させることにより、神経系の民主主義のバージョンをテストすることが可能です。 たとえば、サル（および人間）は、「サッカード」と呼ばれる動きをして、目をある固定点から別の固定点にすばやく移動させます。 サッカードは、上丘と呼ばれる脳の一部のニューロンによってトリガーされます。 上記のサルの例のように、これらのニューロンはそれぞれ、さまざまなサッカードでスパイクしますが、1つの方向と距離で最もスパイクします。 上丘の一部に麻酔をかけると（特定の有権者の権利を奪い去る）、すべてのサッカードは、現在沈黙している有権者が好む方向と距離から遠ざかります。 選挙は現在不正に行われています。
単一セルの操作により、ヒルも選挙を行うことが実証されました。 ヒルは体を曲げて皮膚に触れないようにします。 この動きは、少数のニューロンの集合的効果によるものであり、その一部は結果の結果に投票し、一部は別の方法で投票しました（ただし、投票されました）。
リーチの動きを混乱させる「選挙」。 左：研究者は矢印で示された場所で動物の皮膚に触れた。 各実線は、1回の試行でヒルがこのタッチから離れる方向に曲がる方向です。 中：異なる感覚ニューロンへの電気刺激により、ヒルは異なる方向に曲がった。 右：研究者は皮膚に触れてニューロンを同時に刺激し、ヒルは中間方向に曲がった。 （Macmillan Publishers Ltdの許可を得て転載：JEルイスとWBクリスタン、Nature 391：76-79、著作権1998） リーチが上部に触れている場合、このタッチから離れて曲がる傾向があります。 底面のタッチに通常応答するニューロンが代わりに電気的に刺激されると、ヒルはほぼ反対方向に曲がる傾向があります（図の中央のパネル）。 このタッチとこの電気刺激が同時に発生すると、ヒルは実際に中間方向に曲がります（図の右側のパネル）。
この結果は、個々の刺激には最適ではありませんが、それでも選挙結果であり、2つの両極端間の妥協のようなものです。 政党が会議で集まり、プラットフォームをまとめるようなものです。 党のさまざまな翼が何を望んでいるかを考慮すると、途中で妥協につながる可能性があります。
ニューロンの民主主義の他の多くの例が実証されています。 民主主義は、クリケットやショウジョウバエから人間まで、私たちが見たり、聞いたり、感じたり、嗅いだりするものを決定します。 たとえば、物理学者および医師のトーマス・ヤングが1802年に提案したように、それぞれが異なる波長の光に最もよく反応する3種類の光受容体の比例投票を通して色を知覚します。投票ではスパイクが平均化されるため、実際には知覚や動きは、1つまたはいくつかのニューロンに依存している場合よりも正確です。 また、一部のニューロンが損傷した場合、他の多くのニューロンがたるみを吸収するために残ります。
ただし、国とは異なり、神経系は複数の形態の政府を同時に実装できます。 神経独裁は頭制や民主主義と共存できます。 最速で行動する独裁者は、他のニューロンがその後の動きを微調整している間に、行動の開始を引き起こす可能性があります。 行動の結果が生存と繁殖の確率を高める限り、政府の単一の形態である必要はありません。
