Navigation ▼

Zur Kurzanzeige

dc.contributor.advisor Geisel, Theo Prof. Dr. de
dc.contributor.author Stetter, Frank Olav de
dc.date.accessioned 2012-11-15T15:59:49Z de
dc.date.accessioned 2013-01-18T13:40:54Z de
dc.date.available 2013-01-30T23:51:12Z de
dc.date.issued 2012-11-15 de
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-000D-F091-5 de
dc.description.abstract Das Verhältnis von Struktur und Dynamik wird untersucht im Fall von neuronalen Netzwerken in vitro. Der prominenteste Aspekt der Dynamik dieser Zellkulturen ist das Auftreten von Phasen global synchroner Aktivität, so genannter Bursts. Wie in den vergangenen Jahren gezeigt wurde, ist der Beginns solcher Bursts gekennzeichnet durch eine zeitlich hierarchische Abfolge, und wir untersuchen die Frage, inwieweit dies durch die zu Grunde liegende Struktur bestimmt ist. Wir zeigen, dass in silico die erwartete Zeit der erstmaligen Aktivierung eines Neurons relativ zum Burst-Beginn mit hoher Genauigkeit vorhergesagt werden kann, wenn seine topologische Nachbarschaft miteinbezogen wird. Dies stellt die große Bedeutung der Netzwerk-Struktur für die neuronale Dynamik hervor und führt zu der Frage, inwieweit diese Struktur auf Grund von Beobachtungen der Dynamik bestimmt werden kann. Das Maß für die Aktivität sind Kalzium-Fluoreszenz-Aufnahmen, die die gleichzeitige Vermessung von Tausenden von Neuronen erlaubt. Wir zeigen, dass die kausalen Einflüsse zwischen zwei Neuronen vom dynamischen Zustand des Netzwerkes abhängen. Ein sehr guter Überlapp zwischen effektiven und strukturellen Verbindungen, und folglich eine gute Rekonstruktion, kann dennoch erreicht werden durch ein neues Maß der Kausalität, welches wir „verallgemeinerte Transfer-Entropie“ nennen. Schließlich demonstrieren wir die Selbstkonsistenz des vorgestellten Ansatzes durch Vorhersage von dynamischen Aspekten mit Hilfe der rekonstruierten Netzwerkstruktur. de
dc.format.mimetype application/pdf de
dc.language.iso eng de
dc.rights.uri http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/ de
dc.title Bursting dynamics and topological structure of in vitro neuronal networks de
dc.type doctoralThesis de
dc.title.translated Dynamik von Bursts und topologische Struktur von neuronalen Netzwerken in vitro de
dc.contributor.referee Geisel, Theo Prof. Dr. de
dc.date.examination 2012-10-22 de
dc.subject.dnb 530 Physik de
dc.subject.gok RDH 200 de
dc.description.abstracteng The complex relationship between network structure and dynamics is investigated in neuronal networks in vitro. The most prominent dynamics in these cultured networks is synchronous bursting. As the onset of these bursts has recently been shown to be highly non-random, we study this part of the dynamics to understand the extent to which it is determined by the network structure. We find that, in silico, one can predict the expected first firing time of a given neuron relative to the burst onset with high accuracy, by taking its topological neighborhood into account. This highlights the strong impact of network structure on neuronal dynamics and leads to the question to what extent we can determine the network structure based on observing a period of dynamics. The measure of choice is calcium fluorescence imaging, which allows for the simultaneous recording from thousands of neurons. We find that the causal influences between pairs of cells depend on the dynamical state of the network. A very good overlap between structural and effective connectivity, and thus a good reconstruction, can nonetheless be achieved by a novel measure of causality which we propose. We call this measure Generalized Transfer Entropy. We finally demonstrate the self-consistency of our approach by predicting dynamics based on the reconstructed topology. de
dc.contributor.coReferee Moses, Elisha Prof. Dr. de
dc.contributor.thirdReferee Wolf, Fred Prof. Dr. de
dc.subject.topic Physics de
dc.subject.ger Neuron de
dc.subject.ger Verbindungen de
dc.subject.ger Kalzium-Fluoreszenz de
dc.subject.ger Transfer-Entropie de
dc.subject.ger Kausalität de
dc.subject.ger Bursts de
dc.subject.ger Synchronisation de
dc.subject.ger In Vitro de
dc.subject.ger Zellkultur de
dc.subject.ger Effektive Konnektivität de
dc.subject.ger Netzwerk de
dc.subject.eng neuron de
dc.subject.eng connectivity de
dc.subject.eng calcium fluorescence de
dc.subject.eng transfer entropy de
dc.subject.eng causality de
dc.subject.eng bursts de
dc.subject.eng synchronization de
dc.subject.eng in vitro de
dc.subject.eng cultured networks de
dc.subject.eng effective connectivity de
dc.subject.eng network de
dc.subject.bk 33.90 de
dc.identifier.urn urn:nbn:de:gbv:7-webdoc-3792-2 de
dc.identifier.purl webdoc-3792 de
dc.affiliation.institute Fakultät für Physik de
dc.identifier.ppn 737899115 de

Dateien

Das Dokument erscheint in:

Zur Kurzanzeige