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ZEN-WORM (Projekt09)
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Status
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Datum
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fertig
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16.05.2005
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Projektziel
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Skizze
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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.
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Projekt-Aufbau
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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:
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ERGEBNIS
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Projekt-Fenster (Motorik des ZEN-Wurm)
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Netzwerk-Ausschnitt (ZEN-Generator-Visualisierung)
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wormmorph.mov(5.78MB)
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Projekt-Ergebnis
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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).
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