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Ingo Rechenberg PowerPoint-Folien zur 7. Vorlesung Bionik II / Biosensorik Die laterale Inhibition rezeptiver Felder Leistung einer elementaren Neuronenschaltung.

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Ingo Rechenberg PowerPoint-Folien zur 7. Vorlesung Biosensorik / Bionik II Die laterale Inhibition rezeptiver Felder Leistung einer elementaren Neuronenschaltung.

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1 Ingo Rechenberg PowerPoint-Folien zur 7. Vorlesung Bionik II / Biosensorik Die laterale Inhibition rezeptiver Felder Leistung einer elementaren Neuronenschaltung Weiterverwendung nur unter Angabe der Quelle gestattet

2 Neuronale Inhibitionsschaltung Interneuron

3 Laterale Inhibition in technischer Darstellung Inhibitionskoeffizient = 1/4

4 Amakrinzelle Horizontalzelle Ganglienzelle Bipolarzelle Stäbchen Zapfen Querverschaltung der Netzhaut

5 Licht Zentrum OFF-Bipolare ON-Bipolare OFF- Ganglienzelle ON- Ganglienzelle Zapfen Elementare Sehzellenverschaltung – ON / OFF-Antworten

6 Licht Zentrum Licht Horizontalzelle ON-Bipolare OFF-Bipolare OFF- Ganglienzelle ON- Ganglienzelle Peripherie OFF-Bipolare ON-Bipolare OFF- Ganglienzelle ON- Ganglienzelle Zapfen Elementare Sehzellenverschaltung – ON / Off-Antworten

7 Hervorhebung eines Hell-Dunkel-Sprunges durch Inhibition Inhibitionskoeffizient = 1/4 Verstärkung = 2

8 Mach- Streifen

9 Sehtafel U H N Z E R I L O Z N R P V W Z S T U P N E R F M A D E U V H Z L R P W Z U N V E R O P G H N U P Z R E S F N E Z R H M P L S Z N R P V M U A E E F H W L I A O U

10 e -Ebene a -Ebene Zweidimensionale e- a -Verknüpfung

11 Vertikale und horizontale Inhibitionsoperation Originale Helligkeitsverteilung Hinter dem Inhibitionsfilter Verstärkung um den Faktor 2 (Inhibitionskoeffizient = 1/ 8)

12 Gegenüberstellung

13 H ERMANN sche Kontrasttäuschung Hermann, L. (1870) Eine Erscheinung simultanen Contrastes. Pflügers Archiv für die gesamte Physiologie 3, 13-15

14 Mathematische Interpretation des Fensterkreuzoperators Dieser Operator ist das digitale Analogon zum Laplace-Operator: diskretisiert f1f1 f0f0 f2f2 h h f3f3 f0f0 f4f4 x, y

15 Optische Täuschungen als Grundlage zur Analyse der neuronalen Informationsverarbeitung

16 Szintilations- Täuschung

17 Scheinkontur

18

19 Der Necker-Würfel

20

21 Müller-Lyer-Täuschung

22 Ponzo-Täuschung

23 Poggendorff-Täuschung

24

25 Entwurf eines größen-, dreh- und verschiebungsinvarianten Zeichenerkennungssystems mit einer Inhibitionsschaltung

26 Triviales Modell: Entfernungsinvarianter Intensitätssensor

27 Invarianzeigenschaft: Größe, Rotation, Translation

28 Kompaktheit K als größen- rotations- und translationsinvariante Eigenschaft geometrischer Figuren: Fläche Umfang K = r = Radius des Kreises s = Seite des gleichschenkligen Dreiecks a = Seitenlänge des Quadrats a = Seitenlänge der Quadrate

29 Originale Helligkeitsverteilung Hinter dem Inhibitionsfilter (Verstärkung = 8/3, Inh. Koeff = 1/8 Soll für Umfangsmessung Vertikale, horizontale und diagonale Inhibitionsoperation

30 K 0,282 0,250 0,219 0,177 Biologisch inspirierte Zeichenerkennungs-Schaltung

31 Schichtung von Gestaltfiltern

32 Der Lohmann-Fensteroperator

33 = 1 = 2 Beispiel ( ) [] ( ) [ ] ()() [] ( ) [ ] () [] () [] () [] () [ ] () [] () []

34 Besonderheit des Lohmann-Fensteroperators Der Operator zählt Figuren innerhalb von Figuren negativ +1 Fig. 0 Fig. -1 Fig. +1 Fig.

35 Signalverarbeitung durch lokale Filter

36 Serielle Abarbeitung eines Fensteroperators

37 Entwurf eines Autofocus-Systems mit einen Inhibitionsschaltung

38 = 10 Maximalwert Regler M Zum System Biofocus unscharf scharf | D || D | | D || D || D || D |

39 = 10 = 0 Maximalwert Regler M Zum System Biofocus unscharf scharf | Inh |

40 Realisierung einer künstlichen Netzhaut Spektrum der Wissenschaft, Juli 1991

41 Schematischer Aufbau der Riechschleimhaut Aus Schmidt, Thews, Lang: Physiologie des Menschen Laterale Inhibition durch periglomeruläre Zellen und Körnerzellen

42 Riechen ist dem Sehen nahe Die periglomerulären Zellen entsprechen den Horizon- talzellen und die Körnerzellen den Amakrinzellen in der Netzhaut Die laterale Inhibition in der Riechschleimhaut erhöht den molekularen Kontrast und damit die Unterscheid- barkeit von Düften Horizontalzellen Amakrinzellen

43 Inhibitionsschaltung in der Biologie 1. Photorezeptoren in der Netzhaut 2. Tastsinneszellen der Hautoberfläche 3. Haarzellen in der Cochlea 5. Purkinje-Zellen im Kleinhirn (Korb- und Sternzellen) 4. Riechfasern im Bulbus olfactorius

44 Ende


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