John Searle

Allgemeine Hirntheorie
Aktuelle Probleme und Grenzen der Neurowissenschaft
Marc Schönwiesner
AG Neurobiologie, Universität Leipzig
Allgemeine Hirntheorie
Teil 1 - Neuronale Kodierung
„All of the enormous variety of inputs
that the brain receives - the photons
that stike the retina, sound waves that
stimulate the ear drum, the pressure on
the skin that activates nerv endings for
pressure, heat, cold and pain etc. - all
of these inputs are converted into one
common medium: variable rates of
neuron firing.“
John Searle
Allgemeine Hirntheorie I
Neuronale Kodierung
Was man über das Gehirn wissen muß
~ 1,3 kg (Pottwal 8kg)
1010 Neuronen
1013 Verbindungen (Synapsen)
Anzahl der Synapsen -> bester Prediktor für Intelligenz!
Allgemeine Hirntheorie I
Neuronale Kodierung
Was man über das Gehirn wissen muß
Allgemeine Hirntheorie I
Neuronale Kodierung
Warum sind wir so schlau?(G. Roth)
Spezies
EQ
Spezies
x 106 Neurone
Ratte
Katze
Delphin
Mensch
0,4
1,0
5,4
7,0
Salamander
Ratte & Taube
Katze & Papagei
Affen
Mensch
1
1000
5000
30000
100000
Problem: Elephant >100000 -> Neotänie, 20 Jahre Lernen!
Allgemeine Hirntheorie I
Neuronale Kodierung
Was man über das Gehirn wissen muß
Allgemeine Hirntheorie I
Neuronale Kodierung
Warum sind wir so schlau?(G. Roth)
Hirnvolumen
H. sapiens
H. erectus
en
n
e
ci
e
t
i
lop
a
r
H. habilis Aust
ffen
a
n
he
c
s
n
Me
log(KG)
Das menschliche Gehirn
wächst aus unbekannten
Gründen evolutiv sehr
schnell !
Allgemeine Hirntheorie I
Neuronale Kodierung
Allgemeine Hirntheorie I
Neuronale Kodierung
Funktionelle Neuroanatomie
Supramodaler
Assoziatonskortex
Multimodaler
Assoziatonskortex
Unimodaler
Assoziationskortex
Primäre sensorische
Kortices
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Neuronale Kodierung
Bestandsaufnahme
Allgemeine Hirntheorie I
Neuronale Kodierung
Woher weiß man das alles?
Allgemeine Hirntheorie I
Neuronale Kodierung
Die Betrachtungsebene
Bild Sejnowski
Allgemeine Hirntheorie I
Neuronale Kodierung
Die Betrachtungsebene
Was verleiht dem Hirn seine
außerordentlichen Fähigkeiten?
Basen, DNA, Gene ?
Proteine, Membranen?
Somata, Dendriten,
Axone, Synapsen?
Spikes?
Netzwerke von Neuronen und ihre Eigenschaften
Allgemeine Hirntheorie I
Neuronale Kodierung
Was ist eine Repräsentation
Umwandlung der physikalischen
Reize in anderen Kode nötig
Bild Decarte
-> kodierter Reiz = Repräsentation
Wie ist dieser Kode aufgebaut?
-> Aktionspotentiale
Zeit
[0 5 22 34 39 42 55 60 101 123 125 129 140 146 151 317 322 328...]
Allgemeine Hirntheorie I
Neuronale Kodierung
Möglichkeiten der Kodierung
Ratenkodierung
Synchronisierung von AP‘s
zwischen Neuronen
Regelmäßige AP-Muster
???
Allgemeine Hirntheorie I
Neuronale Kodierung
Ratenkodierung
Ratencode-Theorie :
[0 5 22 34 39 42 55 60 101 123 125 129 140 146...]
100 Hz
Bild vom Reiz zum Spiketrain
FAP= f (R, t)
‚Integrate-and-fire neurons‘
‚smart neurons‘
‚grandmother
neuron‘
Allgemeine Hirntheorie I
Neuronale Kodierung
Ratenkode - Pro & Contra
Wie bestimmt man die aktuelle
Feuerrate?
Problem der geringen
Integrationszeit
Problem der Großmutterneurone
Bindungsproblem
Allgemeine Hirntheorie I
Neuronale Kodierung
Das Bindungsproblem - Visuelles System
Allgemeine Hirntheorie I
Neuronale Kodierung
Das Bindungsproblem - Visuelles System
ventraler & dorsaler visueller Pfad
Allgemeine Hirntheorie I
Neuronale Kodierung
Großmutterneurone?
Gesichtsspezifische Neurone im temporalen Kortex
Großmutterneurone?
Allgemeine Hirntheorie I
Neuronale Kodierung
Das Bindungsproblem
+
Großmutterneurone
+
+
implizite
Kodierung
Allgemeine Hirntheorie I
Neuronale Kodierung
Synchronisation und Perzeption
Allgemeine Hirntheorie I
Neuronale Kodierung
Synchronisation und Perzeption
Allgemeine Hirntheorie I
Neuronale Kodierung
smart neurons vs. assemblies
Allgemeine Hirntheorie I
Neuronale Kodierung
Zusammenfassung
Struktur der Repräsentation
‚smart neurons‘
‚assemblies‘
Selektionsmechanismus
Feuerrate
Synchronisation von AP‘s
in Zellgruppen
Kodierung von Relationen = Bindung
relationsspezifische Neurone
synchronisierte Neuronengruppen
Prinzip der Prozessierung von sensorischem Input
seriell, hierarchisch (bottom up)
dynamisches Matching mit antizipatorischen,
selbst-generierten Aktivitätsmustern (top-down)
Lernen von neuen Inhalten
Modifikation der
synaptischen Konnektivität
Modifikation der
reziproken Verbindungen
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Neuronale Kodierung
ENDE