Die Modellierung natürlicher Neuronenpopulationen stellt den Versuch dar, komplizierte Wechselwirkungen und Ereignisabhängigkeiten in biologischen Systemen quantitativ erfassen zu wollen. Widersprüchlich erscheint dabei die Tatsache, daß ein einzelnes Neuron in einer Population ohne Signifikanz ist, daß sich die gesamte Population aber aus einer Vielzahl derartiger Neuronen zusammensetzt und eine, technischen Systemen überlegene funktionelle Vielfalt besitzt /ZUR 92/, /HOL 93/. Ergo setzt sich die Gesamtleistung eines Systems nicht aus der Summe der Leistungen seiner Komponenten "summarisch" zusammen, sondern resultiert vielmehr aus deren Wechselwirkungen. Technisch interessant erscheinen an dieser Stelle mindestens zwei Fragen: * Welcher Mechanismus begründet den genannten Widerspruch in Neuronenpopulationen? * Welche technische Anleihe bietet dieser Mechanismus? Die Modellierung einer Neuronenpopulation kann auf zweierlei Art und Weise erfolgen. Entweder durch die Aufklärung der Neuronenpopulation "von innen heraus", d.h. durch Beobachtung und mathematische Formulierung physiologischer Abläufe oder durch vergleichende Betrachtungen mit "konvergenten" Modellen, d.h. durch die Schaffung von Modellen mit vergleichbaren Phänomenen. Die nachfolgenden Ausführungen favorisieren die letztgenannte Vorgehensweise. Phänomene sind die ereignisabhängigen Schwellwertentwicklungen der Neuronen in Wechselwirkung mit den umgebenden Neuronen sowie die ereignisabhängigen Entwicklungen der synaptischen Verbindungsstärken zwischen den Neuronen, bezeichnet als "Leitwertentwicklung". Technische Anwendungen dieser Simulationsergebnisse werden erörtert, zum Beispiel die Nachbildung der Durchdringung diffusionsfähiger Medien mit Schadstoffen und die Objektvereinzelung.

Vorgestellt wird ein Ansatz zur mathematischen Beschreibung der Erregungsausbreitung in einer Neuronenpopulation. Beschrieben werden im Detail die Einzugsgebiete der Erregungsausbreitung und die Intensität von Wechselwirkungen innerhalb solcher Einzugsgebiete. Als schwierig erweist sich dabei die Trennung von Ursache und Reaktion. In einer natürlichen Neuronenpopulationen sind Transmittermoleküle, die Botenstoffe zwischen den Neuronen, sowohl Erregung als auch Reaktion. Sie verursachen, angelagert auf der Membranoberfläche eines Neurons, dessen Erregung in Form einer Depolarisation; sie sind gleichermaßen aber auch Reaktion eines Neurons auf eine stattgefundene Erregung, wenn sie aus den Vesikeln des synaptischen Endknopfes in den synaptischen Spalt ausgeschüttet werden. Zur Überwindung dieser Dualität wird der Begriff Wirkstoff definiert. Ein Wirkstoff bewirkt etwas, er besitzt unter diesem Gesichtspunkt ein bestimmtes Potential. Die Ausbreitung von Wirkstoffen, nämlich die Wirkungsübertragung, ereignet sich extrazellulär in Raum und Zeit. Im Detail wird dargelegt, wie aus dem punktuellen Ausbreitungsverhaltens einer Erregung über das unvollständig globale Ausbreitungsverhalten auf das vollständig globale Ausbreitungsverhalten einer Erregung in einer Neuronenpopulation geschlußfolgert werden kann. Das Ziel besteht darin, einen Ansatz zur analytischen Beschreibung der Erregungsausbreitung in natürlichen Neuronenpopulationen vorzubereiten und in seiner Sinnfälligkeit zu plausibilisieren. Sinnfällig erscheinen solche Betrachtungen im Hinblick auf den Entwurf STOCHASTISCH MASSIV PARALLELER SYSTEME. Darunter werden technische Systeme verstanden, die sowohl in ihrem technischen Konzept als auch in ihrer Wirkungsweise Korrespondenzen zu natürlichen Neuronenpopulationen aufweisen. Ausgehend von der Struktur und dem Erregungsmechanismus eines Neurons soll in der Perspektive ein analytisches Entwurfswerkzeug für STOCHASTISCH MASSIV PARALLELE SYSTEME entwickelt werden.

Die Modellierung natürlicher Neuronenpopulationen stellt den Versuch dar, komplizierte Wechselwirkungen und Ereignisabhängigkeiten in biologischen Systemen quantitativ erfassen zu wollen. Widersprüchlich erscheint dabei die Tatsache, daß ein einzelnes Neuron in einer Population ohne Signifikanz ist, daß sich die gesamte Population aber aus einer Vielzahl derartiger Neuronen zusammensetzt und eine, technischen Systemen überlegene funktionelle Vielfalt besitzt /ZUR 92/, /HOL 93/. Ergo setzt sich die Gesamtleistung eines Systems nicht aus der Summe der Leistungen seiner Komponenten 'summarisch' zusammen, sondern resultiert vielmehr aus deren Wechselwirkungen. Technisch interessant erscheinen an dieser Stelle mindestens zwei Fragen: * Welcher Mechanismus begründet den genannten Widerspruch in Neuronenpopulationen? * Welche technische Anleihe bietet dieser Mechanismus? Die Modellierung einer Neuronenpopulation kann auf zweierlei Art und Weise erfolgen. Entweder durch die Aufklärung der Neuronenpopulation 'von innen heraus', d.h. durch Beobachtung und mathematische Formulierung physiologischer Abläufe oder durch vergleichende Betrachtungen mit 'konvergenten' Modellen, d.h. durch die Schaffung von Modellen mit vergleichbaren Phänomenen. Die nachfolgenden Ausführungen favorisieren die letztgenannte Vorgehensweise. Phänomene sind die ereignisabhängigen Schwellwertentwicklungen der Neuronen in Wechselwirkung mit den umgebenden Neuronen sowie die ereignisabhängigen Entwicklungen der synaptischen Verbindungsstärken zwischen den Neuronen, bezeichnet als 'Leitwertentwicklung'. Technische Anwendungen dieser Simulationsergebnisse werden erörtert, zum Beispiel die Nachbildung der Durchdringung diffusionsfähiger Medien mit Schadstoffen und die Objektvereinzelung.

Vorgestellt wird ein Ansatz zur mathematischen Beschreibung der Erregungsausbreitung in einer Neuronenpopulation. Beschrieben werden im Detail die Einzugsgebiete der Erregungsausbreitung und die Intensität von Wechselwirkungen innerhalb solcher Einzugsgebiete. Als schwierig erweist sich dabei die Trennung von Ursache und Reaktion. In einer natürlichen Neuronenpopulationen sind Transmittermoleküle, die Botenstoffe zwischen den Neuronen, sowohl Erregung als auch Reaktion. Sie verursachen, angelagert auf der Membranoberfläche eines Neurons, dessen Erregung in Form einer Depolarisation; sie sind gleichermaßen aber auch Reaktion eines Neurons auf eine stattgefundene Erregung, wenn sie aus den Vesikeln des synaptischen Endknopfes in den synaptischen Spalt ausgeschüttet werden. Zur Überwindung dieser Dualität wird der Begriff Wirkstoff definiert. Ein Wirkstoff bewirkt etwas, er besitzt unter diesem Gesichtspunkt ein bestimmtes Potential. Die Ausbreitung von Wirkstoffen, nämlich die Wirkungsübertragung, ereignet sich extrazellulär in Raum und Zeit. Im Detail wird dargelegt, wie aus dem punktuellen Ausbreitungsverhaltens einer Erregung über das unvollständig globale Ausbreitungsverhalten auf das vollständig globale Ausbreitungsverhalten einer Erregung in einer Neuronenpopulation geschlußfolgert werden kann. Das Ziel besteht darin, einen Ansatz zur analytischen Beschreibung der Erregungsausbreitung in natürlichen Neuronenpopulationen vorzubereiten und in seiner Sinnfälligkeit zu plausibilisieren. Sinnfällig erscheinen solche Betrachtungen im Hinblick auf den Entwurf STOCHASTISCH MASSIV PARALLELER SYSTEME. Darunter werden technische Systeme verstanden, die sowohl in ihrem technischen Konzept als auch in ihrer Wirkungsweise Korrespondenzen zu natürlichen Neuronenpopulationen aufweisen. Ausgehend von der Struktur und dem Erregungsmechanismus eines Neurons soll in der Perspektive ein analytisches Entwurfswerkzeug für STOCHASTISCH MASSIV PARALLELE SYSTEME entwickelt werden.