Übungen zur Vorlesung Neuronale Netze (Prof. Dr. A. Zell)
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Fakultät für Informatik Wilhelm-Schickard-Institut für Informatik Abteilung Rechnerarchitektur Übungen zur Vorlesung Neuronale Netze (Prof. Dr. A. Zell) Übung 1: Biologische Grundlagen neuronaler Netzwerke 1. Komponenten von Nervensystemen [2 Punkte] Bei den Vertebraten (Wirbeltieren) unterteilt man das Nervensystem nach funktionellen und strukturellen Gesichtspunkten in zwei Teilsysteme. Benennen Sie diese beiden Teile. Worin liegen (makroskopisch) die Hauptunterschiede in Struktur und Funktion? Nervensysteme bestehen aus sehr verschiedenartigen Komponenten wie z.B. Neuronen und SchwannZellen. Beschreiben Sie die Funktionen der verschiedenen Komponenten und Strukturen von VertebratenNervensystemen. 2. Neuronen [2 Punkte] Neuronen sind die spezifischen und auffälligsten Zellen des Nervensystems. Skizzieren Sie bitte ein Neuron wobei die Gemeinsamkeiten aller Neuronentypen deutlich werden sollen. Neuronen lassen sich in drei Hauptklassen gliedern. Worin unterscheiden sich sensorische -, motorische und Interneuronen funktionell? Zu welchen Teilen des Nervensystems gehören Sie? 3. Synapsen [2 Punkte] Synapsen vermitteln die Erregungsleitung zwischen Rezeptoren (z.B. Lichtrezeptoren im Auge), Nervenzellen und Effektorzellen (z.B. Muskelzellen). Erläutern Sie (ggf. anhand einer Skizze) die Funktionsweise von chemischen Synapsen. Ein ankommendes Aktionspotential kann entweder einen hemmenden oder einen aktivierenden Einfluß auf die Folgezelle haben. Wodurch wird dies festgelegt? 4. Erregungsleitung [4 Punkte] Befindet sich eine Nervenzelle im Ruhezustand, so wird entlang der Membran ein elektrochemischer Gradient aufgebaut, an dem vor allem Na+, K+, Cl- und A- (Organische Anionen) beteiligt sind. Wie nennt man diesen Gradienten, wie hoch ist die elektrische Potentialdifferenz zwischen innen und außen? Wird ein Aktionspotential generiert, ändert sich der Gradient entlang der Membran. Unter welchen elektrochemischen Umständen geschieht dies? Wie hoch ist die Potentialdifferenz (innen/außen) an der Spitze des Aktionspotentials? Welche Vorgänge laufen während eines Aktionspotentials ab? Im Verlauf eines Aktionspotentials ändert sich die Spannung, die an der Membran anliegt. Skizzieren sie den Spannungsverlauf einer Membranstelle während eines Aktionspotentials in Abhängigkeit von der Zeit. Der Betrag der Depolarisation einer Membran ist für alle Aktionspotentiale konstant, unabhängig von der Reizstärke. Wie wird bei der Erregungsleitung zwischen starken und schwachen Reizen unterschieden? Literatur A. Zell. Simulation Neuronaler Netzwerke, Oldenbourg 1997 N.A. Campbell. Biologie, Spektrum Akademischer Verlag 1997 D. Voet, J.G. Voet. Biochemie, VCH 1994 ______________________________________________________________________________ Badreddin Abolmaali Lehrstuhl Rechnerarchitektur 11. Mai 2000
