Post on 01-Jan-2016
description
Using Reflexive Behaviors of the Medicinal Leech to Study Information Processing
William B. Kristan Jr., Sawn R. Lockery und John E. Lewis
Themen
• Verteiltes Netzwerk (distributed Network)
• Wie kam man zu der Annahme dass sie vorhanden sind?
• Welche Beutung hat verteilte Verarbeitung
• Warum könnte sich das Netzwerk des Egels so entwickelt haben?
Einführung
• erste neuronale Schaltkreise: Herzschlag; Schwimmen
• Täuschten Einfacheit vor
• Funktionelle Namen
• Hierarchischer Aufbau
• Interneurone mit viel umfassenderen
Ein- und Ausgangsverbindungen als erwartet
• Verteiltes Netzwerk: Fast alle Interneurone sind bei Biegung aktiv
Neuronales Netzwerk
• Muskeln werden gesteuert durch hemmende und erregende Motorneurone
• Mechanosensoren teilt man ein in
P-Zellen; T-Zellen;
N-Zellen
Lokale Biegung
• Biegung vom Reiz weg
• Kontraktion der longitudinalen Muskeln auf Seite des Reizes und Relaxion auf der anderen Seite
• Durch Aktivierung der Motorneurone
Lokales Zusammenziehen
• Kontraktion der longitudinalen Muskeln im kompletten Umfang
• In Addition zur Biegung: effektiver Rückzug
• Reiz muss P-Zelle und L-Zelle aktivieren
• Je stärker der Reiz, desto effektiver zieht sich der Egel zusammen
Schaltkreis für lokale Biegung
• Ursprüngliche Erwartung: jede
P-Zelle verbindet mit einem Interneuron
• Reservierte Interneurone
• Funktionelle Namen
• Nach Untersuchungen: 17 Interneurone gefunden
• Bsp: Zellpaar 115 („d-Interneuron“) erwartete Ausgänge wurden gefunden, aber….
• Zusätzlich werden die Zellen auch von PV-Zellen erregt
• Ergebnis: DE Motorneurone werden von 3 oder 4 P-Zellen aktiviert
• Interneurone sind nicht reserviert!
• Wie findet man heraus wie solche Netzwerke funktionieren?
• Mit Algorithmus zurückrechnen (PC)
• Nach 1000-5000 Wiederholungen:
Ergebniss das sich alle 10 Antworten fast perfekt verhält
• Warum gibt es mehrere Möglichkeiten?
• Evolution könnte beim 1. funktionsfähigen Modell hängen geblieben sein
• System besitzt noch mehr, andere Funktionen
Schaltkreis für lokales Zusammenziehen
• Interneurone sind ein Teil von denen des Biegungs-Schaltkreises
• Beide Verhaltensweisen bezwecken Rückzug vom Reiz
• Manche Interneurone sind multifunktional, manche nicht
Verteiltes Netzwerk
• Warum hat sich ein verteiltes Netzwerk entwickelt?
• Effektivität: bei reservierten Interneuronen ein Verhalten pro Interneuron
• Graceful degradation:
Verlust eines Interneurons
Verlust eines Verhaltens
Lokalisation eines Reizes
• Lokalisation des Reizes auf der Haut ist möglich
• Rezeptive Felder verlieren zu den Rändern an Sensitivität
• Auflösung ist hoch genug um Reiz zu orten
• Durch elektrische Reizung der P-Zellen wurden Tuning Kurven erstellt
• Motorneuron-Antwort gegen Stimulusort
• Stimulusort kann berechnet werden
• Wie wird der Reizort durch Interneurone berechnet?
• Annahmen:
P-Zellen und Motorneurone sind direkt verbunden
P-Zelle haben Antwort-Funktion die sich linear auf Aktivität der Motorneurone summiert
• Modell passt fast perfekt
• Erklärungen: Annahme der linearen Summation falsch
• Interneurone breiten Antwort-Funktion aus
Fazit
• Verteilte Netzwerke sind vorhanden
• Nicht alle Verhaltensweisen sind dadurch gesteuert
• Für Rückzugmechanismen
• Durch Entwicklung von weiteren Verhaltensweisen auf Grundlage des Systems (z.B. Biegung) kam es zur Verteilung
• Nervensysteme sind komplexer als gedacht
• Vorstellung hierarchischer Systeme wurde erschüttert
• Es gibt reservierte Interneurone
• Es gibt ebenso verteilte Netzwerke
mehrere Interneurone für 1 Verhalten