30.10.2012

(Vereinfachende)-Annahmen-
• Das-“Integrate

Zellverbände-
• Manchmal-auch-Hebb’sche-Zellverbände-genannt,-nach-dem-Psychologen-Donald-Hebb-
(1949).-
• Gruppen-von-Neuronen,-die-über-synapJsche-Verbindungen-verfügen.-Ihr-kombiniertes-
Feuerverhalten-bildet-das-AkJvitätsmuster-des-Zellverbands.-
• Verbindungen-können-lokal-sein-(benachbarte-Zellen)-oder-auch-weit-en\ernte-Zellen-
einschließen.--
• Sie-können-transient-sein,-also-nur-kurzzeiJg,-aber-auch-langfrisJg.-
• Instabile-AkJvitätsmuster-sterben-aus,-d.h.-es-bildet-sich-kein-Zellverband-aus.-
• Zellverbände-mit-sowohl-exitatorischen-und-inhibitorischen-Verbindungen-sind-besonders-
stabil-und-dauerha^.-
! Zellverbände!sind!funk:onale!Einheiten.!Sie!bilden!sich!immer!wieder!neu!als!Ergebnis!!!!!!!!!!
von!Lernen.!Die!Neubildung!ist!das!Grundprinzip!von!neuronaler!und!kor:kaler!
Plas:zität.!
2-Physiologie - - - - - - - - - - - - - - - -2-

Hebb’sche-Regel-
A-
+- =-
B-
Wenn-Neuron-A-und-
Neuron-B-wiederholtgemeinsam-feuern,-wirdihre-Verbindung-gestärkt.-
2-Physiologie - - - - - - - - - - - - - - - -3-
Pawlow’scher-Hund-(KondiJonierung)-
-
Zu-Beginn:-
Nach-vielen-Wiederholungen:-
-
=-

RezepJve-Felder-
AkkusJsch-
Visuell-
RezepJve-Felder-der-
Schnurrhaare-
Somatosensorisch-
• Einfachstes-Beispiel-für-exitatorische-
und-inhibitorische-Verschaltung-
(laterale-InhibiJon)-
• Kontrastverstärkung-bei-sensorischem-
Input-
-
• In-allen-sensorischen-Modalitäten-
• Im-somatosensorischen-Fall-besJmmtdie-Größe-des-rezepJven-Feldes-dieräumliche-Auflösung-der-Empfingung.-
• Schönes-Beispiel:-
-----!-Die-Schnurrhaare-der-Rage.-
2-Physiologie - - - - - - - - - - - - - - - -4-

-Beispiel-korJkale-rezepJve-Felder-
2-Physiologie - - - - - - - - - - - - - - - -5-
The-spikes-illustrated-above-show-a-high-spike-rate-when-therectangle-moves-to-the-right-but-none-when-it-is-moved-tothe-le^-or-down.-If-the-rectangle-is-moved-to-the-right-butslightly-in-an-upward-direcJon-the-spike-rate-would-bereduced.-

Arrays-und-Maps-–--
Räumliche-Kodierung-
2-Physiologie - - - - - - - - - - - - - - - -6-
Afferente-Bahnen-
Efferente-Bahnen-
KorJkale-Spalten-(Columns)-
Erinnerung:-
Die-somatotope-senso<
motorische-Karte-

Hierarchien-von-Maps-
-Innerhalb-einer-Hierarchiestufe.-
[nach-Friston,-2003]-
• Abstrakte-Darstellung-einer-
Verschaltunghierarchie-zwischen-
verschiedenen-neuronalen-Karten.-
-
• Obwohl-dies-ein-Beispiel-visueller-
Verarbeitung-ist,-ist-das-Layout-ebenso-
typisch-für-sensorische-und-motorische-
Verschaltungen.-
-
Verschaltungstypen:-
-
-
Lateral:
Forward:- -In-höhere-Hierarchiestufen.-
-
Backward: -In-niedrigere-Hierarchiestufen.-
2-Physiologie - - - - - - - - - - - - - - - -7-

KorJkale-PlasJzität-
• Veränderung-korJkaler-AkJvitätsmuster-durch-Lernen--
• - - - -
-!Am-Besten-an-einem-Beispiel-ersichtlich-(aus-Münte-et-al.,-Nature,-2002)-
Aufgabe/!Bedingungen:!
1. Klavierstück-anhören-[passiv]-
2. Klavierstück-auf-Klaviertastatur-spielen-(stumm,-keine-
akkusJsches-Feedback)-[akJv]-
Methode:!
• EEG-Messungen-
• Ähnlichkeitsmaß-(Skalarprodukt)-für-Vergleich-der-
AkJvierung-bei-Aufgabe-1-und-2.-
!
Ergebnisse:!
• Mit-fortwährendem-Training-nähert-sich-die-AkJvierung-
in-der-passiven-Bedingung-derjenigen-in-der-akJven-
Bedingung-an.-
• Bei-Profis-ist-sie-nahezu-idenJsch.-
----[passiv]- - -[akJv]-
-Ähnlichkeitsmaß-
Profis-
Laien-
Versuchspersonen:!
1. Nicht

Der-Thalamus-
Diencephalon-(Zwischenhirn)- 5
• Ist-der-Gateway-von-und-zum-Kortex.-
• Besteht-aus-verschiedenen-Nuclei,-die-jeweilsmit-besJmmten-korJkalen-Arealen-verbundensind.-
• ‘Relay‘-Zellen-in-den-Nuclei-projezieren-
hauptsächlich-zu-Pyramidenzellen-(exitatorisch)-
in-Layer-5-des-Kortex.--
• Die-korJkalen-Pyramidenzellen-erhalten-
zusätzlich-Input-von-anderen-korJkalen-Arealen.-
VA
VL
VPL
VPM
PO
• Es-entstehen-kor:kale!Subnetzwerke.-
-Ventral-anterior-nucleus-
-Ventral-lateral-nucleus-
-Ventral-posterolateral-nucleus-
-Ventral-posteromedial-nucleus-
-Posterior-nucleus-
2-Physiologie - - - - - - - - - - - - - - - -9-

Thalamolevel!
Kodierung-gesprochen-
werden.-
A
B
thalamus
C
C
relay cell
inhibitory
interneuron
distributor
neuron
1 s
• Die-Rhythmen-großer-
Netzwerke-oder-Zellverbände-
unterscheiden-sich-von-den-
Rhythmen-einzeilner-
Neuronen.-
2-Physiologie - - - - - - - - - - - - - - - -10-

Beispiel:--Der-Schlaf

Das-motorische-System-
Ak:vierungssequenz!für!
motorische!Handlungen!
!
1. Ziele-der-Bewegung-planen-!-
Präfontaler-Kortex-und-Basale-
Ganglien-(erhalten-Eingaben-
von-parietalen-Regionen)-
2-Physiologie - - - - - - - - - - - - - - - -12-
Bestandteile-der-Basalen-Ganglien-
2. Präzisieren-der-Sequenz-für-die-
benöJgten-
MuskelkontrakJonen,-
Einstellen-der-Gelenkwinkel,-
Planung-in-intrinsischen-
Koordinaten-!PMA-und-SMA,-
Cerebellum-
-
3. BesJmmung-der-nöJgen-Kra^-
für-das-Ausführen-der-
Bewegung-und-
Steuerkommando-abschicken-
!PMC-

Zusammenfassung-Teil-I-
!
• !
• !
2-Physiologie - - - - - - - - - - - - - - - -13-
Kodierung-neuronaler-InformaJon:-
-
• - Räumlich!
Anordnung-von-Neuronen-und-Neuronengruppen-
! Zellverbände,-Arrays-und-Maps-
• ---Hierarchische,-bi

Teil-II-
3-Messverfahren - - - - - - - - - - - - - - -14-
Verfahren-zur-
Messung-von-HirnakJvität-

Grundsätzliches-
Unterscheidungskriterien!
-
• Signalart-
1. -Messung-elektro>magne:scher-Prozesse-
2. -Messung-metabolischer-Prozesse-(Bildgebende-Verfahren)-
• Einsatz-
1. -Invasiv-(OperaJve-Öffnung-des-Schädels,-Einsatz-von-Messtechnik-innerhalb-des-
Gehirns)-
2. -Nicht>invasiv-(Externe-Messung-ohne-operaJven-Eingriff)--
• Experimentelles-Protokoll:-
1. Ereignis/-SJmulus

Messverfahren-–-Übersicht-
log size
brain
EEG / MEG
fMRI PET lesion
map
TMS
column
layer
optical
dyes
multi-unit recording
2-
Deoxy
glucos
e
microlesion
In BMI genutzte Verfahren:
neuron
single unit
Electrophysiologisches
Signal
dendrite
synapse
patch clamp
light microscopy
Bildgebendes
Verfahren
millisecond second minute hour day
log time
3-Messverfahren - - - - - - - - - - - - - - -16-

Messverfahren-–-Übersicht-
3-Messverfahren - - - - - - - - - - - - - - -17-
invasiv-
Elektrophysiologische-Signale-
Bildgebende-Verfahren-
nicht