Diplomarbeit Der Vergleich von plastischen Synapsen gegenüber ...

Weitere Magazine

Empfehlungen

Info

4. SYNAPSENPLASTIZITÄT Bisher erstellte Neuronale Netzwerke ließen den Ansatz der Synapsenplastizität unberücksichtigt. Als Synapsenplastizität wurde die Anpassung des Wichtungsfaktors an gewisse Bildklassen bezeichnet, allerdings ist hier die Berücksichtigung der Mengen ausgeschütteter Neurotransmitter und ihre Regenerationsfähigkeit gemeint. Die Änderung der Menge der Neurotransmitter und die Frequenzabhängigkeit der Signalübertragung wurden lange Zeit nicht berücksichtigt, obwohl die Existenz dieses Mechanismus gut an der kalifornischen Meeresschnecke zu erkennen ist. Die Meeresschnecke verfügt über einen Kiemenreflex, die Alphysia zieht ihre Kiemen in eine Mantelhöhle zurück, wenn ein Lufthauch auf die Atemröhre trifft[1,12]. Nach mehreren Reizungen tritt der Reflex nicht mehr auf. Die Schnecke hat sich an die Reizung gewöhnt, nach einiger Zeit kann der Reflex dennoch wieder beobachtet werden, aber erst nach einem Tag hat der Reflex wieder seine volle Stärke erreicht. Die Abnahme des Reizes läßt sich mit der Verschmelzung der Bläschen (Vesikel), die Träger der Neurotransmitter, an der Synapsenwand erklären. Bei der Verschmelzung der Vesikel mit der Synapsenwand werden die Neurotransmitter ausgeschüttet, aber die Regenerierung der Transmitter erfolgt zu langsam, daher nimmt die Stärke des Reflexes ab. Bild 8. Aufbau einer Synapse 4.1 MODELLIERUNG DER SYNAPSENPLASTIZITÄT Markram und Tsodyks haben ein Modell erstellt was die zeitlich variierenden Transmitterstoffmengen und die Frequenzabhängigkeit berücksichtigt[12]. Die Grundmenge der Neurotransmitter wird mit A bezeichnet. Die bei einer Impulszugübertragung ausgeschüttete Menge an Transmitterstoffen wird durch die Variable u dargestellt und bei jedem weiteren auftretenden Impuls neu berechnet. U 0 , als Transmitterstoffmenge des ersten Impulses, wird als Verhältniszahl ohne Einheit angegeben. Aus Versuchen mit dem spannungs- bzw. stromgesteuerten Kanal ergibt sich eine Änderung in der Ionen- SpinnSoftSim 15
leitfähigkeit, die Rückschlüsse auf die synaptische Effektivität u zulassen. Die nach der Ausschüttung in der Synapse verbleibenden synaptischen Vesikel erhalten den Kennbuchstaben R. Diese Menge muß nach weiteren Impulsen neu berechnet werden und R wird ebenfalls als einheitenlose Verhältniszahl dargestellt. Für den ersten Impuls gilt R 1 =1-U.DieZeitkonstanten mit der sich die synaptischen Bläschen regenerieren wird mit τ rec bezeichnet. Die Konstante τ rec kann direkt aus dem Experiment bestimmt werden. Das Zeitintervall, in dem die Wirkung der ausgeschütteten Neurotransmitter andauert, wird mit τ fac angegeben. Die biophysische Wirkung der Potentialanhebung wird den Calciumionen zugeschrieben. Der komplexe Vorgang unterliegt mehreren Zeitkonstanten, von denen τ fac den Mittelwert darstellt. Für den ersten eintreffenden Impuls gilt: R1 = 1 – U0 Für alle weiteren eintreffenden Impulse lassen sich u und R wie folgt berechnen: – Δt Rn + 1 R ( 1– un+ 1) ⎛-------- ⎞ – Δt = ⋅ ⋅ exp + 1 – exp⎛-------- ⎞ ⎝τ⎠ ⎝ rec τ ⎠ rec un + 1 u ⎛ – Δt n ----------- ⎞ – Δt = ⋅ exp + U⋅⎛1– un⋅exp⎛----------- ⎞⎞ ⎝τ⎠ ⎝ ⎝ facil τ ⎠⎠ facil Für das postsynaptische Potential gilt dann: PSPn = A⋅Rn⋅ un Wenn der Reiz der Synapse einer konstanten Frequenz r entspricht kann der zugehörige Grenzwert für u und R wie folgt bestimmt werden [12]: Rst() r ust() r – 1 1 – exp⎛-------------- ⎞ ⎝r⋅τ⎠ rec = ----------------------------------------------------------------------- – 1 1– ( 1 – ust() r ) ⋅ exp⎛-------------- ⎞ ⎝r⋅τ⎠ rec U = ----------------------------------------------------------------- – 1 1 – ( 1 – U) ⋅ exp⎛------------------ ⎞ ⎝r⋅τ⎠ facil 4.2 DEPRESSION ODER FACILITY-VERHALTEN In Abhängigkeit der dynamischen Botenstoffmenge und der beiden Zeitkonstanten, können beiden Verhaltensweisen ohne weitere Parameter dargestellt werden. Das Facilityverhalten wird wie folgt beschrieben: Die ausgeschüttete Menge an Neurotransmittern wirkt auf das postsynaptische Verhalten des nachgeschalteten Neurons fördernd. Beim ersten Impuls wird eine geringe Menge an Transmitterstoffen ausgeschüttet, U 0 hat einen sehr kleinen Wert (ca. 0.02 bis 0.08). Die nachfolgenden Werte für u steigen an, wenn der Eingangsreiz mit einer Frequenz kleiner als die Grenzfrequenz der Synapse auftritt, sonst würde die Synapse sich in den Sättigungsbereich bewegen und das Verhalten der Synapse wechselt vom Facilityverhalten zum Depressionsverhalten. Beim Facilityverhalten ist die Regenerationskonstante τ rec (ca. 60 ms - 800 ms) kleiner als die Facilitykonstante τ fac (ca. 1 s - 4 s). SpinnSoftSim 16
Seite 1 und 2: Diplomarbeit Dietmar Jung Der Vergl
Seite 3 und 4: 6. Programmierhandbuch.............
Seite 5 und 6: Parallelität der Elemente für ein
Seite 7 und 8: 2. DAS BIOLOGISCHE NEURON Dieses Ka
Seite 9 und 10: Bild 3. Ausschüttung der Neurotran
Seite 11 und 12: oder geschlossen. Sie besitzen kein
Seite 13 und 14: 3. PULSCODIERTE NEURONALE NETZE Dur
Seite 15: 3.4 DAS MEMBRANPOTENTIAL UND DER SC
Seite 19 und 20: 4.3 DIE TESTUMGEBUNG Das Programm S
Seite 21 und 22: 5.3 MENÜ NETZ Alle Parameter zur B
Seite 23 und 24: Bild 13. Dialog der Dendriteparamet
Seite 25 und 26: 5.3.5 Start Die Simulation des Netz
Seite 27 und 28: 5.4.8 Netzausgabe sichern Die Antwo
Seite 29 und 30: auf der linken Seite die statischen
Seite 31 und 32: 6.3 DIE GRAPHISCHE BENUTZEROBERFLÄ
Seite 33 und 34: Die Aufteilung erfolgte aus Gründe
Seite 35 und 36: Bild 19. Struktur der Klasse net Bi
Seite 37 und 38: 6.10.3 confront Das Ausgangssignal
Seite 39 und 40: 6.10.10 dlgctrlneuron Dieser Dialog
Seite 41 und 42: TABELLE 4. Variablen der Klasse mar
Seite 43 und 44: tialverlauf, auf Wunsch des Anwende
Seite 45 und 46: die gewünschte Zeichenfarbe bestim
Seite 47 und 48: 7. AUSWERTUNG Das vorliegende Progr
Seite 49 und 50: 8. ZUSAMMENFASSUNG Das SPINNSoftSim
Seite 51: 9. ANHANG VERWENDETE LITERATUR TABE

Diplomarbeit Der Vergleich von plastischen Synapsen gegenüber ...

Erfolgreiche ePaper selbst erstellen

Template löschen?

Als Template speichern?