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Neuronale Informationsverarbeitung

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

  1. Neuronale Informationsverarbeitung Alexander Fromm Saskia Pohl

  2. 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?

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

  4. 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

  5. 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

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

  7. 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)

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

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

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

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

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

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

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

  15. 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

  16. 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

  17. Danke fürs Zuhören!

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