Neuronale Informationsverarbeitung Alexander Fromm Saskia Pohl

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?

1. Das Neuron Axon Dendriden Synapsen Quelle: http://aes.cs.tu-berlin.de/voelz/PDF/Neuronal.pdf

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: http://www.u-helmich.de/bio/neu/1/11/112/vertiefung/vert01.html

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: http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Bild:Adenosintriphosphat_protoniert.svg&filetimestamp=20080419200523

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

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)

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

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

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

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

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

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

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

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

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 http://aes.cs.tu-berlin.de/voelz/PDF/Neuronal.pdf http://www.u-helmich.de/bio/neu/1/11/112/vertiefung/vert01.html http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Bild:Adenosintriphosphat_protoniert.svg&filetimestamp=20080419200523

Danke fürs Zuhören!