Neuronale Informationsverarbeitung

Präsentation zum Thema: "Neuronale Informationsverarbeitung"—  Präsentation transkript:

1 Neuronale Informationsverarbeitung
Alexander Fromm Saskia Pohl

2 Gliederung 1. Das Neuron 2. ATP
3. Informationsgehalt und Bestimmung der Bit-Rate 4. Kosten der neuronalen Informationsverarbeitung 5. Spike Trains als Poisson-Prozesse 6. Input-Output Analyse 7. Rekonstruktion des ursprünglichen Inputs aus einem Spike Train 8. Kosten der Infoübertragung bei Spikes 9. Ist Information teuer?

3 1. Das Neuron Axon Dendriden Synapsen
Quelle:

4 1. Das Neuron: Ionenpumpe
Je Molekül ATP werden drei Na+-Ionen nach außen und zwei K+-Ionen nach innen befördert  elektrisches Potential der Zellmembran Quelle:

5 2. ATP Jedes der Sauerstoff-Atome hat negative Ladung
 stoßen sich gegenseitig ab trotzdem muss Verbindung dieser Tendenz standhalten Bündeln negativer Aufladung sorgt bei der Spaltung für viel freiwerdende Energie. Bildquelle:

6 3. Informationsgehalt und Bestimmung der Bit-Rate
 ...

7 4. Kosten der neuronalen Informationsverarbeitung
Stoffwechselkosten für Photorezeptor I: Rate, mit der Photorezeptor Informationen überträgt Messungen des Energiespektrums des Signals S(f) und des Rauschens N(f)

8  Energiekosten für sensorische Information:
4. Kosten der neuronalen Informationsverarbeitung  Energiekosten für sensorische Information:

9 4. Kosten der neuronalen Informationsverarbeitung
Stoffwechselkosten für Netzhaut-Neuron Verbrauch der Pumpe: Dividiert durch gemessene Bit-Rate:

10 4. Kosten der neuronalen Informationsverarbeitung
Stoffwechselkosten für chemische Synapsen des LMC-ATP-Verbrauchs Division von Verbrauch und Übertragungsrate  eine chemische Synapse braucht

11 4. Kosten der neuronalen Informationsverarbeitung
Quelle: Laughlin et.al. (1998): The metabolic cost of neural information

12 4. Kosten der neuronalen Informationsverarbeitung
Bitrate contra Kosten Quelle: Laughlin et.al. (1998): The metabolic cost of neural information

13 5. Spike Trains als Poisson-Prozesse
 ...

14 8. Kosten der Informationsübertragung bei Spikes
Pumpe braucht Sensorischer Spike: 1-10 Bits  Verbrauch:

15 9. Ist Information teuer? Schätzung des ATP-Konsums des Photorezeptors der Fliege entspricht ca. 8% des gesamten Konsums der ruhenden Fliege + LMC-Verbrauch: insgesamt ca. 10%  neuronale Informationsverarbeitung ist energetisch teuer

16 10. Quellen Fachbücher Artikel Internet
Rieke, F., Warland, D., de Ruyter van Steveninck, R., and Bialek, W., (1999). Spikes. A Bradford Book. MIT Press. Artikel Laughlin, S. B., de Ruyter van Steveninck, R. R., and Anderson, J. C., (1998). The metabolic cost of neural information. Nature Neuroscience, 1(1):36-41 Internet

17 Danke fürs Zuhören!