Folie 1

1
Ingo Rechenberg
PowerPoint-Folien zur 6. Vorlesung Bionik II /
Biosensorik
Wie eine Nervenzelle funktioniert
und Konstruktion einer künstlichen
Nervenzelle
Weiterverwendung nur unter Angabe der Quelle
gestattet
2
(No Transcript)
3
Riechsinneszelle im Grubenkegel einer
Wanderheuschrecke
Antwort auf einen Duftreiz
4
Impulsfrequenzcodierung am Ausgang einer
Riechsinneszelle
5
Dendrit
Synapse
Soma
Nucleus
Axon
Myelin
Neuron - Biologische Bezeichnungen
6
Das Gehirn besitzt ungefähr 100 000 000 000
Nervenzellen
Das Gehirn besitzt ungefähr 10 000 Synapsen
pro Nervenzelle
7
Elektrisch gesteuerte Membran
Axon
Synapse
Encoder
Soma
Dendrit
Chemisch gesteuerte Membran
Synapse
Aufbau einer Nervenzelle
8
Axon
Synaptische Bläschen
Synapse
Präsynaptisches Gitter
Synaptischer Spalt
Postsynaptische Membran
9
Transmitter
10
EPSP
IPSP
10 ms
Form eines EPSPs und eines IPSPs
11
Axon
? PSP
Soma
Encoder
Dendrit
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Membrantypen
13
Signalverlauf am Axonhügel (Encoder)
Signalverarbeitung in einer Nervenzelle
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offen
geschlossen
m-Gate
Spannungsgesteuerter Na-Kanal mit 2 Toren
Depolarisation
1. Das spannungsabhängige m-Gate ist zu, das
spannungs-unabhängige h-Gate ist offen. 2.
Depolarisation führt zu einer Konformationsänderun
g des m-Gates. Na-Ionen strömen in die Zelle. 3.
Die Aktivierung führt nach 1-2 ms zur Schließung
des Inaktivierungstores (h-Gate). 4.
Repolarisation führt zum Schließen des m-Gates.
Beide Tore sind zu. 1. Die Konformationsänderung
des m-Gates führt nach 2-5 ms (Refraktärzeit) zur
Öffnung des h-Gates.
1
h-Gate
1 bis 2 ms
2 bis 5 ms
Repolarisation
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Transmittermolekül Acetylcholin
N
S
Magnet
Mechanisches Modell für ein Transmitter
gesteuertes postsynaptisches Ventil
Essigsäure
Acetylcholin-Esterase
Cholin
16
Wiederholung
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mV
-70
-45
Fortleitung eines Nervenimpulses
18
Fortleitung eines Nervenimpulses
19
Zündschnur
Dominosteine
Analogien zur Impulsfortleitung in einer
Nervenfaser
20
Die Größe der Synapse bestimmt die Zeitkonstante
(für zeitliche Summation)
Die Entfernung der Synapse vom Axonhügel bestimmt
die Potenzialhöhe (für räumliche Summation)
Evolutionsfähigkeit eines
Neuronennetzwerkes
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Soma
Encoder
Gewichtung
VZ1-Glied (Linearspeicher)
U
Nachbau eines Neurons
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VZ1
VZ1
U
?
F
VZ1
F
Bionik-Neuron
U
Das Berliner Neuronenmodell
23
h (t0 )
v
Mechanisches VZ1-Verhalten
24
fe
-50mV
-70mV
fa
Impulsvervielfachung
Refraktärzeit
.
fa
n fe

Rechenoperation mit einem Neuron
25
fe1
fe2
-50mV
-70mV
fa
Impulsaddition
fa
fe1
fe2


Rechenoperation mit einem Neuron
26
fe1
fe2
-50mV
-70mV
fa
Impulsmultiplikation
.
.
fa
fe1
fe2

k
Rechenoperation mit einem Neuron
27
Impulsverarbeitung in einem Neuronalen Netz
28
H1
H2
E
H3
Hemmung größer als Erregung !
Inhibitorischer Neuronenring
29
H1
H2
E
H3
Hemmung größer als Erregung !
Inhibitorischer Neuronenring
30
Ende