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Ingo Rechenberg PowerPoint-Folien zur 6. Vorlesung Bionik II / Biosensorik Wie eine Nervenzelle funktioniert und Konstruktion einer künstlichen Nervenzelle.

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Präsentation zum Thema: "Ingo Rechenberg PowerPoint-Folien zur 6. Vorlesung Bionik II / Biosensorik Wie eine Nervenzelle funktioniert und Konstruktion einer künstlichen Nervenzelle."—  Präsentation transkript:

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

3 Riechsinneszelle im Grubenkegel einer Wanderheuschrecke Antwort auf einen Duftreiz

4 Impulsfrequenzcodierung am Ausgang einer Riechsinneszelle

5 Nucleus Synapse Dendrit Soma Axon Myelin Neuron - Biologische Bezeichnungen

6 Das Gehirn besitzt ungefähr Synapsen pro Nervenzelle Das Gehirn besitzt ungefähr Nervenzellen

7 Dendrit Soma Encoder Axon Chemisch gesteuerte Membran Elektrisch gesteuerte Membran + Synapse – Synapse Aufbau einer Nervenzelle

8 Synaptische Bläschen Axon Synaptischer Spalt Postsynaptische Membran Präsynaptisches Gitter Synapse Na -Tor +

9 EPSP Erregendes Post- Synaptisches Potenzial Transmitter

10 EPSP IPSP 10 ms Form eines EPSPs und eines IPSPs

11 Soma Encoder Axon Dendrit PSP PSP > 50mV

12 Membran Signalmolekül (Transmitter) Rezeptor V Ionen Chemisch gesteuerte Membran Magnetspule Aufgeprägte Spannung Stabmagnet Membran V Elektrisch gesteuerte Membran Ionen Membrantypen

13 Signalverarbeitung in einer Nervenzelle Signalverlauf am Axonhügel (Encoder)

14 geschlossen offen Depolarisation Repolarisation 2 bis 5 ms 1 bis 2 ms m-Gate h-Gate 1. Das spannungsabhängige m-Gate ist zu, das spannungs- unabhängige h-Gate ist offen. 2. Depolarisation führt zu einer Konformationsänderung 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. Spannungsgesteuerter Na-Kanal mit 2 Toren

15 Mechanisches Modell für ein Transmitter gesteuertes postsynaptisches Ventil Transmittermolekül Acetylcholin Cholin Essigsäure Acetylcholin-Esterase Magnet N S

16 Wiederholung

17 Fortleitung eines Nervenimpulses - 70 mV - 45

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

21 VZ1 U F VZ1 Synapse SomaEncoder Nachbau eines Neurons VZ1 U Spannungs-Frequenzwandler mit Schwellwertcharakteristik F VZ1-Glied (Linearspeicher) Gewichtung

22 Bionik-Neuron VZ1 U F F U Das Berliner Neuronenmodell

23 h (t0 )h (t0 ) lin. DGL v Mechanisches VZ1-Verhalten Elektrisches VZ1-Verhalten

24 = Refraktärzeit T R T R Rechenoperation mit einem Neuron Impulsvervielfachung - 50mV - 70mV fefe fafa n f e fafa.

25 Rechenoperation mit einem Neuron Impulsaddition - 50mV - 70mV fe1fe1 fe2fe2 fafa fe1fe1 fe2fe2 fafa +

26 Rechenoperation mit einem Neuron Impulsmultiplikation - 50mV - 70mV fe1fe1 fe2fe2 fafa fe1fe1 fe2fe2 fafa k..

27 Impulsverarbeitung in einem Neuronalen Netz

28 H1 H3 H2 E Inhibitorischer Neuronenring Hemmung größer als Erregung !

29 H1 H3 H2 E Inhibitorischer Neuronenring Hemmung größer als Erregung !

30 Ende


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