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Veröffentlicht von:Aksel Rawe Geändert vor über 11 Jahren
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PowerPoint-Folien zur 6. Vorlesung „Bionik II / Biosensorik“
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
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Riechsinneszelle im Grubenkegel einer Wanderheuschrecke
Antwort auf einen Duftreiz
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Impulsfrequenzcodierung am Ausgang einer Riechsinneszelle
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Neuron - Biologische Bezeichnungen
Dendrit Synapse Soma Nucleus Axon Myelin Neuron Biologische Bezeichnungen
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Das Gehirn besitzt ungefähr 100 000 000 000 Nervenzellen
Das Gehirn besitzt ungefähr Synapsen pro Nervenzelle
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Aufbau einer Nervenzelle
Elektrisch gesteuerte Membran Axon – Synapse Soma Encoder Dendrit Chemisch gesteuerte Membran + Synapse Aufbau einer Nervenzelle
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Präsynaptisches Gitter
Axon Synapse Synaptische Bläschen Präsynaptisches Gitter Synaptischer Spalt Na -Tor + Postsynaptische Membran
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Transmitter EPSP Erregendes Post-Synaptisches Potenzial
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Form eines EPSPs und eines IPSPs
≈ 10 ms Form eines EPSPs und eines IPSPs
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PSP > 50mV Axon PSP Soma Encoder Dendrit
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Membrantypen V V Elektrisch gesteuerte Membran
Magnetspule Aufgeprägte Spannung Stabmagnet Membran V Elektrisch gesteuerte Membran Ionen Membran Signalmolekül (Transmitter) Rezeptor V Ionen Chemisch gesteuerte Membran
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Signalverarbeitung in einer Nervenzelle
Signalverlauf am Axonhügel (Encoder) Signalverarbeitung in einer Nervenzelle
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Spannungsgesteuerter Na-Kanal mit 2 Toren
geschlossen offen m-Gate Spannungsgesteuerter Na-Kanal mit 2 Toren 2 Depolarisation 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. 1 h-Gate 2 bis 5 ms 1 bis 2 ms 4 3 Repolarisation
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Transmittermolekül Acetylcholin
Magnet Mechanisches Modell für ein Transmitter gesteuertes postsynaptisches Ventil Essigsäure Acetylcholin-Esterase Cholin
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Wiederholung
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Fortleitung eines Nervenimpulses
-45 -70 mV Fortleitung eines Nervenimpulses
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Fortleitung eines Nervenimpulses
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Analogien zur Impulsfortleitung in einer Nervenfaser
Zündschnur Dominosteine Analogien zur Impulsfortleitung in einer Nervenfaser
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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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S VZ1 U F VZ1 VZ1 Nachbau eines Neurons F U Synapse Soma Encoder
Gewichtung Synapse VZ1 Spannungs-Frequenzwandler mit Schwellwertcharakteristik F VZ1-Glied (Linearspeicher) U VZ1 Nachbau eines Neurons
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VZ1 VZ1 U F VZ1 F Bionik-Neuron U Das Berliner Neuronenmodell
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v lin. DGL Mechanisches VZ1-Verhalten Elektrisches VZ1-Verhalten
h (t0 ) v Mechanisches VZ1-Verhalten
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. Rechenoperation mit einem Neuron fa = n fe Impulsvervielfachung fe
-50mV -70mV T R fa Impulsvervielfachung T R = Refraktärzeit . fa = n fe Rechenoperation mit einem Neuron
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Rechenoperation mit einem Neuron
fe1 fe2 -50mV -70mV fa Impulsaddition fa = fe1 + fe2 Rechenoperation mit einem Neuron
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. . Rechenoperation mit einem Neuron fa = k fe1 fe2
-50mV -70mV fa Impulsmultiplikation . . fa = k fe1 fe2 Rechenoperation mit einem Neuron
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Impulsverarbeitung in einem Neuronalen Netz
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Inhibitorischer Neuronenring
Hemmung größer als Erregung ! Inhibitorischer Neuronenring
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Inhibitorischer Neuronenring
Hemmung größer als Erregung ! Inhibitorischer Neuronenring
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Ende
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