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Modellierung und Simulation in den Neurowissenschaften [2018 SoSe]
Code
IMSN
Name
Modellierung und Simulation in den Neurowissenschaften
LP
6 LP
Dauer
ein Semester
Angebotsturnus
unregelmäßig
Format
Vorlesung 2 SWS, Übung 2 SWS
Arbeitsaufwand
180 h; davon
60 h Präsenzstudium
25 h Prüfungsvorbereitung
95 h Selbststudium und Aufgabenbearbeitung (evtl. in Gruppen)
Verwendbarkeit
B.Sc. Angewandte Informatik,
M.Sc. Angewandte Informatik
Sprache
Lehrende
Prüfungsschema
Lernziele Die Studierenden
kennen den makro-/mikroskopischen Aufbau eines Gehirns und verstehen die Prinzipien neuronaler Signalverarbeitungsprozesse.
sind in der Lage die Eigenschaften individueller Neuronenmodelle mit Methoden aus dem Bereich der dynamischen Systeme zu analysieren.
können mathematische Modelle von Einzelneuronen selbst entwerfen und numerische Verfahren zur Lösung bestimmen.
haben die Fähigkeit die erforderlichen numerischen Methoden in einer Programmiersprache (C/C++ ) eigenständig umzusetzen.
haben die Kenntnis die Simulationsergebnisse mathematisch-informatisch zu analysieren und zu interpretieren.
Lerninhalte Grundkenntnisse in Neuroanatomie und -physiologie
Bioelektrizität: Biophysikalische Grundlagen von Ionenströmen, Elektrophysiologie, Nernstpotential
Biomembranmodelle
Modellierung von Signalverarbeitungsprozessen im extrazellulären Raum
Integrate-and-Fire Modelle / Neuronenmodelle mit einem Kompartment
Numerische Lösungsmethoden für Einkompartmentmodelle
Dynamische Systeme: Begriffsbildungen, Phasenraumanalyse, Stabilität und Hysterese, Bifurkationen, Spiking, Bursting
Numerische Lösungsverfahren für steife Systeme
Modellierung und Simulation der passiven Kabelgleichung
Diskretisierung der Kabelgleichung
Das Hodgkin-Huxley Modell (HH) der aktiven Signalverarbeitung
Methoden zur nichtlineare Kopplung von HH und Kabelgleichung
Simulation stochastischer Prozesse
Teilnahme-
voraus-
setzungen
empfohlen sind: Grundlagen in Numerik wie z:B. aus MA7
Vergabe der LP und Modulendnote Bestehen der Modulprüfung
Nützliche Literatur C. Koch: Biophysics of Computation: Information Processing in Single Neurons. Oxford Univ. Press, 1999, ISBN 0-19-518199-9