要是人類的神經系統變快三倍,我就可以一日八餐了
假如人體的神經的傳導速度變得更快,對人體會有什麼影響??
Mon1st,一元論/相容論/系統神經學沙文主義者
把題目改成神經系統中任意過程的速率都變成了原來的 3 倍(原因見下文),那麼後果有:
說話變快了三倍。葛斯底堡演說 1 分鐘就可以講完。
條件反射快了三倍。IAAF 應該會更新搶跑的時間限制(現在是 0.1 秒),規定發令槍響後 0.03 秒內不得起跑。
耗能大幅增加。這個絕對是好事,每天可以吃好多餐……
內在節律會變成 8 小時。這個有點麻煩,要長期調時差了。很久以後也許會適應?不太清楚。短期內肯定很頭痛。
時間感知。我最好奇的是這個,不過太難了。與其說我們感知時間,不如說我們感知速度:一個生活中常見的例子是聽錄好的演講。YouTube,很多 podcast 等,都提供 2 倍速度播放的功能。大部分演講我是 2 倍速聽的,這樣就節省了一些時間。但是也有些演講 2 倍速根本沒法聽懂,比如 Geoff Hinton。相反的,有些人 2 倍了還是覺得很慢(不點名)。我懷疑不同人的時間感知在此意義上本來就有差別。加速之後,以前錄好的演講不加速聽恐怕會很痛苦。電影同理。
坐飛機更讓人厭煩了。想像從北京飛到廣州要飛 10 個小時!
一次尿尿的時間還是 21 秒 [8]。這個是力學屬性,不會隨神經系統改變。但是說話的速度可以加快,那麼每次洗手間閑聊的內容就會變多,至少會說 3 倍多的句子。
閃爍融合的閾值很可能會變三倍,去到~150 赫茲。這下就出事了。
白熾燈的閃爍頻率是 120 赫茲,肉眼可見。
屏幕刷新頻率常見的 60 赫茲,肉眼可見。
老式的電影放映機閃爍頻率是 96 赫茲,肉眼可見。還好現在絕大多數影院是用數碼放映機應該沒關係。
平時作報告常用的DLP 投影儀會非常令人困惑:因為原理是三種顏色的光輪流投射到幕布上,現在你可以單獨看到每一種顏色的圖像了……(常見的轉速是 60 赫茲)
註:這個現象平時也很容易看到:下次看投影時,當投影中有白色的部分,在附近做快速眼動(看著白色,然後快速掃視到另一個地方)。你就會看到三種顏色了。
下面探討一下可能的神經機制
首先,動物身體中不同部位的神經傳導速度不相同。決定每條神經速度的主要因素是纖維的粗細和是否有髓鞘。來源 [1] 中列出的已知的傳導速度就跨越了兩個半數量級:從 0.3m/s 到 130m/s 都有。這還沒考慮溫度的差異(比如冬天四肢會比較冷,傳導速度相應降低),年齡(老年人的傳導速度會有下降 [2]),健康狀況(例如 MS)等等。
所以我們把題目改成:假如一個普通人體內各神經傳導速度是 m/s,當他的每條神經傳導速度同步提升到 3 倍,即 m/s 時會發生什麼?
不妨先想一下可能的機制。有髓鞘的神經比較好說,因為傳導速度大致與直徑成正比,直接擴大三倍就好了。沒有髓鞘的稍微有點麻煩:其傳導速度與直徑的關係不是很明確,例如 Hodgkin (1954) 就認為傳導速度和直徑的平方根成正比。這樣的話取決於本來的直徑大小,可能要擴大很多倍才能實現三倍的傳導速度。
有髓鞘(虛線)和沒有髓鞘(實線)的軸突傳導速度與直徑的關係。來源:[1]
還好,實際測量的無髓鞘纖維一般不會超過 0.3 um [4],恰好在近似於正比例的起始段。為了簡化討論,我們不妨假設由於無髓鞘纖維足夠短,擴大三倍直徑足以讓傳導速率擴大三倍。那麼只要把所有的纖維都變粗三倍,就可以得到三倍的傳導速率啦!
方案一:所有神經纖維直徑突然擴大三倍。
首先要考慮的後果是整個神經系統體積會擴大。人腦中白質佔總體積的比例約在 2/5 到 1/2 之間 [6],而白質絕大部分都是纖維。纖維直徑擴大三倍意味著白質體積擴大九倍,也就是說整個腦體積擴大了四倍多。
傳導超人一代顱壓驟升,卒。
(當然,我們可以擴大頭顱體積,變成外星人,來適應這個變大了的大腦。)
我的話不太願意突然頭就大了那麼多。而且體積擴大之後會帶來一些意想不到的問題(比如,體積擴大並不是均勻的,而是主要發生在白質。大腦不僅變大了, 結構也會發生改變,不容易預測其功能上的結果)。在微觀層面,單單提升傳導速率而不提高神經元本身的反應速率,感覺不是很過癮呢。
方案二:提高體溫到 52 攝氏度。
另一種提高傳導速率的顯然方法是提高溫度。每升高 10 攝氏度,實驗測得的神經活動速率(包括纖維傳導,突觸的信號傳導,和動作電位產生的速度)提升約 2 倍 [7]。那麼為了提高到 3 倍,我們應該需要把體溫升高 15 度,也就是發 52 度高燒。
傳導超人二號:……
其實二號我覺得可以搶救一下:我們假設因為他畢竟是超人,52 度下可以存活。
這樣題目就又有了微妙的變化:神經系統中任意過程的速率都變成了原來的 3 倍。
[1]Axonal conduction delays
[2]Age-related changes in fastest and slowest conducting axons of thenar motor units.
[3]A note on conduction velocity.
[4]A proposed relationship between circumference and conduction velocity of unmyelinated axons from normal and regenerated cat hindlimb cutaneous nerves
[5]Marked loss of myelinated nerve fibers in the human brain with age
[6]VARIATION WITH AGE IN THE VOLUMES OF GREY AND WHITE MATTER IN THE CEREBRAL HEMISPHERES OF MAN: MEASUREMENTS WITH AN IMAGE ANALYSER
[7]http://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(16)30296-3
[8]Duration of urination does not change with body size
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