Neuronale informationsverarbeitung
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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

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Presentation Transcript


Neuronale informationsverarbeitung

Neuronale Informationsverarbeitung

Alexander Fromm

Saskia Pohl


Gliederung

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

1. Das Neuron

  • Axon

  • Dendriden

  • Synapsen

Quelle: http://aes.cs.tu-berlin.de/voelz/PDF/Neuronal.pdf


1 das neuron ionenpumpe

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

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

3. Informationsgehalt und Bestimmung der Bit-Rate

 ...


4 kosten der neuronalen informationsverarbeitung

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)


Neuronale informationsverarbeitung

4. Kosten der neuronalen Informationsverarbeitung

 Energiekosten für sensorische Information:


4 kosten der neuronalen informationsverarbeitung1

4. Kosten der neuronalen Informationsverarbeitung

  • Stoffwechselkosten für Netzhaut-Neuron

    • Verbrauch der Pumpe:

    • Dividiert durch gemessene Bit-Rate:


4 kosten der neuronalen informationsverarbeitung2

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 informationsverarbeitung3

4. Kosten der neuronalen Informationsverarbeitung

Quelle: Laughlin et.al. (1998): The metabolic cost of neural information


4 kosten der neuronalen informationsverarbeitung4

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

5. Spike Trains als Poisson-Prozesse

 ...


8 kosten der informations bertragung bei spikes

8. Kosten der Informationsübertragung bei Spikes

  • Pumpe braucht

  • Sensorischer Spike: 1-10 Bits

  •  Verbrauch:


9 ist information teuer

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

10. Quellen

  • Fachbücher

    • 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 f rs zuh ren

    Danke fürs Zuhören!


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