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Entstehung von APs Neuronen, Modelle, Anwendungen Florian Kaiser.

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Präsentation zum Thema: "Entstehung von APs Neuronen, Modelle, Anwendungen Florian Kaiser."—  Präsentation transkript:

1 Entstehung von APs Neuronen, Modelle, Anwendungen Florian Kaiser

2 Überblick Nervenzellen in der Natur Gepulste Neuronen –Hodgkin-Huxley –Leaky Integrate & Fire –Spike Response Model Anwendungen –Beuteortung eines Wüstenskorpions –Richtungshören der Schleiereule –Liquid-State-Machine

3 Biologische Neuronen Grober Aufbau Informationsaustausch über elektrische Pulse Funktionale Einteilung –Dendriten(Eingabe) –Soma(Verarbeitung) –Axon(Ausgabe)

4 Biologische Neuronen Zellmembran Inneres Milieu Äußeres Milieu Phospholipid-Molekül Kanalprotein Ionenpumpen und Transportkanäle transportieren Ionen durch die Membran Transportkanäle werden abhängig vom Typ gesteuert durch –Liganden (chemische Botenstoffe) –Elektrische Spannungen –Mechanische Einflüsse K+K+ Na + K+K+ Ionenpumpe

5 Biologische Neuronen Transportprozesse an der Zellmembran Aktiver Transport –Ionenpumpen –Huckepack mit passiven Transporten Passiver Transport –Semi-permeabilität durch Kanäle –Diffusion Inneres Milieu Äußeres Milieu K+K+ Na + K+K+ Treibende Kraft für passiven Transport –Elektrischer Gradient durch Ladungsungleichgewicht –Chemischer Gradient durch Konzentrationsgefälle K+K+ Na + Cl - K+K+ K+K+ K+K+ K+K+ K+K+ Na + Cl -

6 Biologische Neuronen Ionenkonzentrationen und Ruhemembranpotential K+K+ Na + Cl - K+K+ K+K+ K+K+ K+K+ K+K+ Na + Cl - Ion Konz., intra (mmol/l) Konz., extra (mmol/l) Verhältnis Na :12 K+K :1 Cl :20 Weitere beteiligte Ionenarten: Ca 2+, HCO3 -, H +, Anionische Proteine Inneres Milieu Äußeres Milieu Gesamtpotential ergibt sich durch –Ionenspezifische Leitfähigkeit der Membran –Konzentrationsunterschied der Ionen zwischen Zellinnerem und -äußerem Gleichgewichtspotential für Membran heißt Ruhemembranpotential –-70 mV in Neuronen –-90 mV in Herz- und Skelettmuskulatur

7 Biologische Neuronen Aktionspotential 1.Bei Spannungsanstieg –Öffnen von Na + -Kanälen –Ab Schwellen-Spannung Lawineneffekt 2.Na + kann einströmen Depolarisation 3.Na + -Kanäle schließen schnell wieder (vor Spannungsmaximum) Repolarisation 4.Na + -Kanäle sind eine zeitlang deaktiviert Refraktäre Phase 5.Verzögert öffnen sich K + -Kanäle Verstärkung der Repolarisierung 6.Öffnung der K + -Kanäle hält länger an Hyperpolarisation

8 Biologische Neuronen Weiterleitung des Aktionspotential Leitungsgeschwindigkeit hängt ab von –Schwannsche Zellen mit Einschnürungen sprunghafte Weiterleitung –Dicke des Axons geringerer Widerstand Geschwindigkeiten zwischen 1 m/s (langsamer Schmerz) und 90 m/s (Ansteuerung der Muskelspindeln) Aktionspotential Ruhepotential K+ Na Na+ Hyperpolarisation

9 Biologische Neuronen Chemische Synapsen Aktionspotential initiiert Ca 2+ -Einstrom Ca 2+ -Ionen lösen Neurotransmitter-Ausschüttung aus Neurotransmitter öffnen an Dendriten Ionenkanäle Einfliessende Ionen ändern Membranpotential Post-Synaptisches Potential (PSP) Stärke (Gewicht) der Synapse = Stärke des Post-Synaptischen Potentials –Abhängig von der Anzahl chemisch-sensibler Ionenkanäle Prä-synaptisch Post-synaptisch

10 Hodgkin-Huxley Modell Einführung 1952 von Alan L. Hodgkin und Andrew F. Huxley Untersuchung am Riesenaxon des Tintenfisches 1963 Nobelpreis für Medizin 2006 Neue Theorie liefert genauere Vorhersagen Betrachtung von drei Ionenströmen –Na + (spannungs- und zeitabhängig) –K + (spannungs- und zeitabhängig) –Leckstrom (konstant)


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