Zellbiologie
Nun soll auf die biologischen Grundlagen der neuronalen Netze,
welche für die Motivation der künstlichen neuronalen Netze (KNN)
wichtig sind, eingegangen werden. Es zeigt sich, welche Konzepte die KNN
von den biologischen neuronalen Netzen (NNN) übernommen haben, wenn
man Eigenschaften und Verhalten von beiden vergleicht. Bevor technische
NN entstanden, haben sich Wissenschaftler ausführlich mit den natürlichen
NN auseinander gesetzt. Das heißt, sie betrachteten Nervenzellen
und Zellverbände von verschiedenen Lebewesen. Um die Grundlagen der
NN zu erklären, soll nun das Nervensystem von Tieren und Menschen
betrachtet werden.
Siehe Abb.2.1: Nervenzelle mit
Zellorganellen und Fortsätzen.
Die Nervenzelle - biologisches Neuron
Nervenzellen sind biologische Neuronen - Einheiten des Nervengewebes.
Man schätzt, dass Menschen ca. 100 Milliarden Nervenzellen
besitzen. Sie vermögen Reize aus der Außenwelt und dem Innern
des Körpers aufzunehmen, in Erregungen umzuformen und diese zu verarbeiten,
zu speichern oder weiterzuleiten. Nervenzellen sind durch einen großen
chromatischen Kern, spezielle Zellorganellen wie zum Beispiel Mitochondrien,
das endoplasmatische Retikulum und den Golgiapparat charakterisiert. Diese
sind für die Energieversorgung in der Zelle zuständig.
Das endoplasmatische Retikulum und der Golgiapparat sind
außerdem verantwortlich für die Herstellung der synaptischen
Vesikel, kleiner Bläschen, die chemische Botenstoffe (Neurotransmitter)
mit sich führen, die wichtig sind zur Weiterleitung von Nervenimpulsen
zwischen Zellen.
Weiterhin besitzen Nervenzellen Fortsätze, die in
zwei Gruppen gegliedert werden können. Zum einen sind dies kurze,
dünne, röhrenförmige, bäumchenartig verzweigte Dendriten,
die hauptsächlich der Erregungsaufnahme dienen und zum anderen ein,
zwei oder mehrere Neuriten (Axone), die Erregung von der Zelle weg leiten.
Nach der Anzahl der Fortsätze werden uni-, bi- und multipolare Zellen
unterschieden. Axone können mehrere Millimeter bis zwei Meter lang
werden, und ihre Verästelungen beginnen erst im Zielgebiet, dort,
wo die Information hingelangt. An dieser Stelle bildet das Axon Verdickungen,
die so genannten Endknöpfchen oder Synapsen. Dies sind die Verbindungsstellen
zwischen den Zellen.
Die Leitung der Reize findet in Nervenzellen und auch
zwischen ihnen statt. Im nächsten Abschnitt soll zunächst auf
die Reizleitung in Nervenzellen und später zwischen Nervenzellen eingegangen
werden.
Siehe Abb.2.2: Uni-, bi- und multipolare Nervenzellen.
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