Od neuronu do sieci: modelowanie układu nerwowego

Od neuronu do sieci: modelowanie układu nerwowego

UWAGA: Poszukuję doktoranta do projektu 
Analiza przetwarzania informacji w pętli korowo-wzgórzowej
 z wykorzystaniem złożonych modeli sieciowych

Osoby zainteresowane proszę o kontakt

Kandydaci mogą zgłaszać dokumenty do 24 maja 2010 roku.
Więcej szczegółów

Celem wykładu jest wprowadzenie do problematyki modelowania układu nerwowego od strony teoretycznej. Aspekty praktyczne będą przedmiotem komplementarnych warsztatów, na których prowadzone będą doświadczenia w symulatorze GENESIS oraz analizowane dane w programie MATLAB.

Wykład zaczniemy od krótkiego wprowadzenia do problemu, jak i po co modeluje się działanie neuronów i złożonych z nich sieci nerwowych. Omówione zostaną podstawowe modele neuronów i sieci nerwowej z uwzględnieniem ich zastosowań przy weryfikowaniu hipotez na podstawie znanych układów. Będziemy dyskutować zarówno realistyczne modelowanie wychodzące od biofizycznych własności błony komórkowej jak i uproszczone modele neuronów wykorzystywane szeroko w modelowaniu sieci. Omówimy własności dynamiczne generycznych modeli sieci oraz własności wybranych układów sensorycznych.

Warunkiem zaliczenia przedmiotu będzie egzamin.

Literatura pomocnicza:

• C. Koch „Biophysics of computation”
  
• D. Johnston, S. Wu „Foundations of cellular neurophysiology”
  
• P. Dayan, L. Abbott „Theoretical neuroscience. Computational and mathematical modeling of neural systems”
• Gary G. Matthews "Neurobiologia. Od cząsteczek i komórek do układów", Wydawnictwo Lekarskie PZWL
• Alan Longstaff "Neurobiologia. Krótkie wykłady", PWN
• Podręczniki do pakietów Neuron, Genesis, Matlab
• Strony internetowe podawane wg potrzeby

TEMATY ZAJĘĆ

1. Błona komórkowa – bariera selektywnie przepuszczająca różne substancje/cząsteczki. Własności błony. Procesy transportu przez błonę. Potencjał równowagi błony. Równanie Nernsta. Równanie Goldmanna-Hodgkina-Katza.
2. Kanały jonowe – struktury białkowe w błonie umożliwiające przemieszczenie jonów przez błonę. Właściwości kanałów (szybkość transportu, selektywność, bramkowanie). Rodzaje kanałów.
3. Potencjał czynnościowy – główny nośnik informacji w układzie nerwowym. Generacja, mechanizmy transportu, własności. Refrakcja bezwzględna i względna
4. Synapsy, część 2 – połączenia między dwoma neuronami umożliwiające przejście sygnału (potencjału czynnościowego) z jednej komórki do drugiej. Efektywność pobudzenia. Rodzaje synaps: chemiczne i elektryczne, pobudzające i hamujące. Klasyczne neurotransmitery chemiczne. Podstawowe elementy synapsy. Lokalizacja synaps w neuronie:
5. Rodzaje aktywności neuronów. Wpływ rozmaitych typów kanałów (prądów) na wzorce aktywności neuronu.
6. Drzewo dendrytyczne – przetwarzanie informacji wejściowej w neuronie. Przewodnictwo kablowe błony komórkowej [dwa wykłady].
7. Potencjały postsynaptyczne - zmiana potencjału błony postsynaptycznej w odpowiedzi na pobudzenie presynaptyczne. Sumowanie czasowe i przestrzenne.
8. Podstawowe własności sieci neuronowych. Konwergencja i dywergencja. Sprzężenie zwrotne i wstępujące.
9. Reguły plastyczności synaptycznej. Waga synapsy, dynamiczne zmiany synapsy i jej potencjału postsynaptycznego; gęstość receptorów (kanałów); wpływ aktywności (LTP i LTD); reguła Hebba.
10. Modelowanie małych sieci na przykładzie ośrodkowych generatorów wzorców ruchu. Synchronizacja fazowa w układach sprzężonych oscylatorów.
    
11. Zredukowane modele neuronów. Od Hodgkina-Huxleya do „integrate and fire”.
12. Modelowanie realistyczne dużych sieci na przykładzie modelu kory gruszkowatej (węchowej). 
    
13. Opis i analiza ciągów potencjałów czynnościowych. [wersja wstępna]
    
14. Wybrane aspekty modelowania układu wzrokowego. Pola recepcyjne i wejście sensoryczne. [wersja wstępna]

Wszelkie komentarze proszę przesyłać na mój adres(należy zmienić "_" na ".", a dalej wiadomo). Ta strona będzie się zmieniać z czasem, zapraszam do odwiedzin przed każdym wykładem.

Daniel Wójcik