INTRO




ENTWICKLUNG




SOFTWARE




PROJEKT




DOWNLOAD




NATUR




KLASSIKER
[Map of Belief]




OPENBRAIN




KONTAKT




LINKS








ZEN-WORM (Projekt09)


Status Datum
fertig 16.05.2005

Projektziel Skizze
Die statisischen Eigenschaften biologischer Neuronen entstehen durch das Zusammenspiel fraktaler Dendriten und Axone. Zur Untersuchung dieser Eigenschaften sollen Fraktale benutzt werden, die nach dem Chemoattraktor-Verfahren wachsen. Biologische axonale Spitzen werden von einem Wachstumskegel oft über lange Strecken im Körper zum Bestimmungsort geführt. Auf diese Art und Weise wachsen Axone sogar noch in Regionen, bei denen die eigentliche Zielregion, z.B. ein Muskel, chirurgisch entfernt worden sind (Siehe 'Vom Neuron zum Gehirn').

Aus dem gewachsenen Netz soll ein entsprechendes ZEN-Netzwerk mit der funktionalen Konnektivität des Fraktals generiert werden - hier in Form eines einfachen 'Strickleiternervensystems'. Dieses Netz soll in einem virtuellen 'ZEN-Wurm' zur Anwendung kommen.

Projekt-Aufbau
Der Simulation wird eine fraktale Wachstumssimulation nach "Chemoattrakor"-Art vorgeschaltet. 16 Neurone werden in einem 3D-Koordinatensystem strickleiterartig angeordnet. Jedes Neuron enthält jeweils zwei Neuritenobjekte (Dendrit und Axon). Jeder Neurit besitzt eine NGF-Id (Nerve-Grow-Faktor - ID). Die Dendriten werden mit hoher Teilungswahrscheinlichkeit und geringer Wachstumsrate konfiguriert. Die Axone wachsen mit ausgeprägter Wachstumsrate auf einen Dendriten gleicher NGF-ID zu. Befindet sich kein passender Dendrit in der Nähe, wächst das Neuron zufällig in eine Richtung.

Das resultierende ZEN-Netzwerk soll an einem Ende mit zufälligen Muster-Signalen gereizt werden. Die sich fortpflanzende Aktivität wird in einer Simulation in Winkelstellungen eines '3D-Wurms' umgesetzt.

Einige biologische Dendriten:

Download der Projekt-'EXE'-Dateien projekt09.zip

Video-Download wormmorph.mov wormmorph.mov(5.78MB)

ERGEBNIS

Projekt-Fenster (Motorik des ZEN-Wurm) Netzwerk-Ausschnitt (ZEN-Generator-Visualisierung)

wormmorph.mov(5.78MB)

Projekt-Ergebnis
Die entstandende Simulationsumgebung ist ein nützliches Werkzeug zur Modellierung chemoattraktor-basierten Wachstums.

Die Simulation demonstriert, wie ein zufälliges ungerichtetes Fraktal statistisch die Form einer Kugel annähert (rote Dendriten). Die unteren Axone (blau) wachsten auf den noch im Wachstum befindlichen Dendriten, während die oberen nach Dendriten suchen, die in der Simulation nicht existieren - sie wachsen gerichtet in beliebige Richtungen. Verbundene Axone werden in der Visualisierung heller dargestellt - sie sprossen solange aus, bis sie die maximale Verbindungskapazität erreicht haben.

Realistischere Simulationen können mit komplexeren NGF-Strukturen arbeiten, sowie die Splitwahrscheinlichkeit und Wachstumsrate von der Entfernung (=Konzentration) des NGF-Faktors abhängig machen (Gradientenwachstum).