neuroinformatika - rmki.kfki.hubanmi/sote/biobase_v1.pdf · lengyel máté: biológiai alapok /...

15
Lengyel Máté: Biológiai alapok / Modellek az idegrendszer-kutatásban 2018 Neuroinformatika, Zalányi László NEUROINFORMATIKA Zoltán Somogyvári & László Zalányi MTA Wigner Research Centre for Physics

Upload: others

Post on 08-Oct-2019

1 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Lengyel Máté: Biológiai alapok /Modellek az idegrendszer-kutatásban2018 Neuroinformatika, Zalányi László

NEUROINFORMATIKA

Zoltán Somogyvári&

László Zalányi

MTA Wigner Research Centre for Physics

Lengyel Máté: Biológiai alapok /Modellek az idegrendszer-kutatásban2018 Neuroinformatika, Zalányi László

Computational Neuroscience

Structure – Dynamics – Implementation – Algorithm – Computation - Function

Lengyel Máté: Biológiai alapok /Modellek az idegrendszer-kutatásban2018 Neuroinformatika, Zalányi László 3

The brain and the computer

Lengyel Máté: Biológiai alapok /Modellek az idegrendszer-kutatásban2018 Neuroinformatika, Zalányi László 4

Hierarchy of description

Mind

Brain

Body

Nervous System

Peripheral Central

Spinal Cord

Neurons Glial cells

Membrane potential Chemistry

Under treshold Action potential

Frequency Time patterns

?

Lengyel Máté: Biológiai alapok /Modellek az idegrendszer-kutatásban2018 Neuroinformatika, Zalányi László

Brain of vertebrates (mammals)as visible with naked eye

human

rat

1. medulla oblongata2. pons3. cerebellum4. mesencephalon5. metencephalon

thalamus hypothalamus epithalamus

6. telencephalon ganglia basalis cortex

paleocortex archicortex

➢hippocampus, ... neocortex

➢lobus frontalis➢lobus parietalis➢lobus occipitalis➢lobus temporalis

1

2 34

5

6

5

Lengyel Máté: Biológiai alapok /Modellek az idegrendszer-kutatásban2018 Neuroinformatika, Zalányi László

Elementary unit of the nervous system: The neuron

Parts of the neuron:dendritesoma

nucleusaxon

initial segmentterminal

synapse

gliamyelin sheath

Ranvier-nodes

6

Function:receptionintegration

reproductiontransmission

encodingoutput

communication

backgroundspeed up

amplification

Lengyel Máté: Biológiai alapok /Modellek az idegrendszer-kutatásban2018 Neuroinformatika, Zalányi László

Types of neurons Pyramidal cell

in the cerebralcortex

Purkinje cellin thecerebellum

Bipolar cellin the retinal

Mitral cellin theolfactory bulbReticular cell

in the thalamus

Lengyel Máté: Biológiai alapok /Modellek az idegrendszer-kutatásban2018 Neuroinformatika, Zalányi László

The cellwith electronmicroscope

nucleuscytoplasmmembrane

lipid bilayerproteins

integralperipheral

extracellular space (EC)intracellular space (IC)

8

Lengyel Máté: Biológiai alapok /Modellek az idegrendszer-kutatásban2018 Neuroinformatika, Zalányi László

Trough the cell membrane

Different permeability, for different ions and molecules

Forces of ion transport

Membrane transport, trough proteins• pumps (+energy!)• channels• transporters

9

Lengyel Máté: Biológiai alapok /Modellek az idegrendszer-kutatásban2018 Neuroinformatika, Zalányi László

Discovery of the electricity in animals

10

Galvani, De Viribus - Electricitatis in Motu Musculari. 1792.

Lengyel Máté: Biológiai alapok /Modellek az idegrendszer-kutatásban2018 Neuroinformatika, Zalányi László

The electric neuron: resting potentialwith electrode

The phenomenon:Potential difference between the two sideEC and IC of the membrane

Reason:on the two different sides of the membrane: • different concentrations of ions on • the two side of the membrane• different permeability for different• ions 11

Lengyel Máté: Biológiai alapok /Modellek az idegrendszer-kutatásban2018 Neuroinformatika, Zalányi László

The generation of the resting potential

12

Lengyel Máté: Biológiai alapok /Modellek az idegrendszer-kutatásban2018 Neuroinformatika, Zalányi László

The electric neuron: action potentialwith electrode

What is the action potential?A short change in the membranepotential Time: 0 ms

Time: 1 ms

Time: 2 ms

Traveling action potential

The action potential is an 'all or none' phenomenon

firing threshold potentialresting potential

13

Lengyel Máté: Biológiai alapok /Modellek az idegrendszer-kutatásban2018 Neuroinformatika, Zalányi László

Between two neuron: The synapse

14

Excitatory and inhibitory postsynaptic potentials

Ionotrophic (A) andmetabotrophic (B,C)receptors

Lengyel Máté: Biológiai alapok /Modellek az idegrendszer-kutatásban2018 Neuroinformatika, Zalányi László 15

Excitatory and inhibitory neurotransmittersGlutamat(information transmission)

Serotonin (mood, wake/sleep)

Acetlicholin(neuromuscular junction)

Noradneraline(arousal)

Dopamine (reward system, Parkinson disease,schizophrenia)

GABA-gamma aminobutyric acid(in the central neural system)

Glycine(in the periphery)