Lateral undslipning

Som lateral hæmning (også miljø hæmning , lateral hæmning , Lateralhemmung eller Lateralinhibition kaldes) omtales i neurobiologi en Verschaltungsprinzip af nerveceller ved en aktiv nervecelle hæmmer aktiviteten af nabocellerne. Dette generelle neurofysiologiske princip forekommer i hele centralnervesystemet - det bedst undersøgte eksempel er excitering af keglerne ved dagslys, hvilket hæmmer transmission af stimuli fra stængerne .

Sammenkoblingsprincip for den laterale hæmning

forenklet ledningsføringsprincip for lateral undslipning

Tegningen til højre gør dette princip lettere at forstå. Du kan se tre receptorer, for eksempel på overfladen af ​​huden. De to ydre receptorer er stærkere begejstrede end den indre receptor. Figurerne til venstre er relative enheder, der skal give information om styrken. Jo større tal, jo større er spændingen. Positive, røde tal er spændende, negative, grønne tal er hæmmende. Styrken af ​​excitationen konverteres nu til en handlingspotentialefrekvens og videreføres. Det viste ledningsdiagram viser hæmmende interneuroner, der konverterer et spændende indgående signal ( afference ) til et hæmmende (hæmmende) fortsættende signal. Den skifte fra excitation til inhibering sker ved hjælp af forskellige neurotransmittere (inhiberende: GABA , glycin , adrenalin ). Disse hæmmende interneuroner svækker den tilstødende transmission til en såkaldt anden neuron. Denne svækkelse forekommer proportionalt med excitationen af ​​internuronet (inhibering: negative, grønne tal i figuren). Ved simpelthen at tilføje den spændende og hæmmende indflydelse på den anden neuron, resulterer en kontrastforstærkning. Dette er vist grafisk i det modsatte diagram.

Hændelse

Det forekommer i kompliceret sammenflettede kredsløb, såsom dem, der er placeret i ganglioncelleknuder eller i øjet i de øverste lag af nethinden .

I nethinden kaldes de hæmmende interneuroner vandrette celler og tjener til at forbinde fotoreceptorer (stænger og kegler) til siderne . Imidlertid har nethinden andre, komplekse muligheder for samtrafik for at øge billedkontrasten og den hurtige detektion af bevægelser. Resultatet af den laterale hæmning er primært kontrastforbedringen og dermed dannelsen af ​​formgrænser, der kan tjene som grundlag for rumlig orientering .

Lateral hæmning i udviklingsbiologi

Udtrykket lateral inhibering bruges også til at beskrive en regulatorisk vej inden for udviklingsbiologi. Det formidles for eksempel gennem hakssignalstien . Da udviklingen af flercellede organismer er en kompleks proces, kræves nøjagtig kontrol af spredning og specialisering . Det antages her, at lateral inhibering via Notch-signalstien spiller en vigtig rolle. Med lateral hæmning træffes der normalt en binær beslutning om den videre udvikling af en celle.

I dette tilfælde er alle celler oprindeligt af samme "type", indtil en celle har en asymmetri i forhold til delta på grund af en stokastisk proces og udtrykker mere delta end alle omgivende celler. En efterfølgende positiv feedback øger denne asymmetri, og de andre celler inhalerer Delta og udtrykker mere Notch. Så disse celler bliver celler af den anden "type".

Denne proces spiller f.eks. En rolle i dannelsen af ​​en nøjagtig struktur af hårceller og understøttende celler i øret. Det blev demonstreret hos kyllinger, at Notch først initierer dannelsen af ​​såkaldte prosensoriske celler, og derefter regulerer lateral inhibering mængden og fordelingen af ​​de endelige hårceller.

Lateral hæmning som inspiration til kunstige neurale netværk (maskinindlæring)

I såkaldte " convolutional neurale netværk " (CNNs) simuleres processen med lateral inhibering ved at vælge neuroner til de mest aktive neuroner i et maksimalt puljetrin inden for et lag, mens tilstødende, mere inaktive neuroner er slået fra for yderligere beregningstrin af netværket.

Se også

Weblinks

Individuelle beviser

  1. Ish Ashish Bakshi, Kuntal Ghosh: En neural model for opmærksomhed og feedback til beregning af opfattet lysstyrke i synet . I: Handbook of Neural Computation . Elsevier, 2017, ISBN 978-0-12-811318-9 , pp. 487-513 , doi : 10.1016 / b978-0-12-811318-9.00026-0 ( elsevier.com [åbnet 23. oktober 2019]).
  2. ↑ Friedrich Zettler, Matti Järvilehto: Lateral hæmning i et insektøje . I: Tidsskrift for komparativ fysiologi . bånd 76 , nr. 3 , 1972, ISSN  0340-7594 , s. 233-244 , doi : 10.1007 / BF00303230 ( springer.com [åbnet den 25. oktober 2019]).
  3. ^ Richard H. Kramer, Christopher M. Davenport: Lateral hæmning i hvirvelløse nethinden: Sagen om den manglende neurotransmitter . I: PLOS Biology . bånd 13 , nr. 12 , 10. december 2015, ISSN  1545-7885 , s. e1002322 , doi : 10.1371 / journal.pbio.1002322 , PMID 26656622 , PMC 4675548 (gratis fuldtekst) - ( plos.org [åbnet 23. oktober 2019]).
  4. ↑ Cameron HG Wright, Steven F. Barrett: Biomimetiske synssensorer . I: Engineered Biomimicry . Elsevier, 2013, ISBN 978-0-12-415995-2 , pp. 1–36 , doi : 10.1016 / b978-0-12-415995-2.00001-5 ( elsevier.com [åbnet 23. oktober 2019]).
  5. Vis Webvision: Organisering af nethinden og det visuelle system . University of Utah Health Sciences Center, Salt Lake City (UT) 1995, kap. "Enkel anatomi af nethinden", PMID 21413389 ( nih.gov [adgang 23. oktober 2019]).
  6. ↑ Bruce Appel, Lee Anne Givan, Judith S Eisen: [Ingen titel fundet] . I: BMC Developmental Biology . bånd 1 , nr. 1 , 2001, s. 13 , doi : 10.1186 / 1471-213X-1-13 , PMID 11495630 , PMC 37243 (fri fuldtekst) - ( biomedcentral.com [adgang til 24. oktober 2019]).
  7. ↑ Makoto Sato, Tetsuo Yasugi, Yoshiaki Minami, Takashi Miura, Masaharu Nagayama: Notch-medieret lateral inhibering regulerer forudgående bølgeforplantning i kombination med EGF-medieret reaktionsdiffusion . I: Proceedings of the National Academy of Sciences . bånd 113 , nr. 35 , 30. august 2016, ISSN  0027-8424 , s. E5153 - E5162 , doi : 10.1073 / pnas.1602739113 , PMID 27535937 , PMC 5024646 (fri fuldtekst) - ( pnas.org [adgang til 24. oktober 2019]).
  8. ↑ N. Perrimon, C. Pitsouli, B.-Z. Shilo: Signalmekanismer, der styrer cellefate og embryonale mønstre . I: Cold Spring Harbour Perspectives in Biology . bånd 4 , nr. 8 , 1. august 2012, ISSN  1943-0264 , s. a005975 - a005975 , doi : 10.1101 / cshperspect.a005975 , PMID 22855721 , PMC 3405863 (gratis fuldtekst) - ( cshlp.org [adgang til 24. oktober 2019]).
  9. ↑ N. Daudet: To kontrasterende roller for Notch-aktivitet i kyllingens indre øreudvikling: specifikation af prosensoriske pletter og lateral hæmning af hårcelledifferentiering . I: Udvikling . bånd 132 , nr. 3 , 5. januar 2005, ISSN  0950-1991 , s. 541–551 , doi : 10.1242 / dev.01589 ( biologists.org [åbnet den 25. oktober 2019]).
  10. ↑ Cao, C., Huang, Y., Wang, Z., Wang, L., Xu, N., & Tan, T.: Lateral inhiberingsinspireret nedbrydningsneuralt netværk til visuel opmærksomhed og salience detektion . I: 32. AAAI-konference om kunstig intelligens . April 2018.
  11. ↑ Bruno Jose Torres Fernandes, George DC Cavalcanti, Tsang Ing Ren: Lateral Inhibition Pyramidal Neural Network for Image Classification . I: IEEE-transaktioner på cybernetik . bånd 43 , nr. 6. december 2013, ISSN  2168-2267 , s. 2082-2092 , doi : 10.1109 / TCYB.2013.2240295 ( ieee.org [adgang 1. november 2019]).