Konzeptionalisierung: Naturanaloge Modelle - Cognitive Computing - page 181

Vordergründig unterscheiden sich biologische Nervensysteme erheblich von der Archi-
tektur herkömmlicher Rechner. Statt eines Zentralprozessors findet sich ein hochkomple-
xes und kompliziert verdrahtetes Netz, bestehend aus einfachen Aktivierungseinheiten,
den Nervenzellen (Neuronen) und ihren Verbindungen (Synapsen). So schätzt man die
Anzahl der Neuronen auf etwa 10 12 und diejenige der Synapsen auf etwa 10 15 . Folglich
besitzt jedes Neuron im Mittel einige tausend Kontaktstellen mit anderen Neuronen. Da
jedes Neuron mit etwa 1000 weiteren Neuronen verbunden ist, gilt bei einer Gesamtzahl
von 1000 4 Neuronen, dass zwei beliebige Neuronen im Mittel über lediglich 4 Schalt-
stationen miteinander verdrahtet sind. Ähnlich wie der Coderaum des Genoms nutzt das
Gehirn trotz hoher Komplexität eine sehr dichte Struktur. Im Vergleich hierzu enthält das
Rattengehirn etwa 10 10 , dasjenige einer Fliege aber größenordnungsmäßig nur noch 10 4
Neuronen.
Vereinfacht ausgedrückt besteht eine Nervenzelle und damit auch das Neuron aus vier
Komponenten:
• Dendriten : Sie sind die Eingangskanäle der Zelle. Diese Auswüchse des Zellkörpers
empfangen von den Synapsen anderer Neuronen entsprechende Signale. Diese Signale
werden dann im Zellkörper aufaddiert und bestimmen den Aktivierungszustand der
Zelle. Sie bilden in ihrer Gesamtheit ein sich stark verästelndes System von Eingangs-
fasern.
• Soma : Als Soma bezeichnet man den Zellkern oder den eigentlichen Zellkörper der
Nervenzelle. Im Zellkern werden die ankommenden Signale anderer Neuronen im Lau-
fe einer bestimmten Zeitspanne aufsummiert.
• Axon : Das Axon ist das Gegenstück zu den Dendriten einer Nervenzelle. Es ist der
Ausgangskanal der Zelle. Über diesen Auswuchs des Somas wird der Nervenimpuls
an andere Zellen weitergegeben, wenn die aussendende Nervenzelle ihren internen Ak-
tivierungsschwellenwert durch die Addition der eingegangenen Impulse überschritten
hat und einen Impuls aussendet. Das Ende des Axons kann als Hauptfortsatz in viele
einzelne Axone als Endverzweigungen unterteilt sein, die mit den Synapsen der nach-
folgenden Nervenzellen in Verbindung stehen.
• Synapsen : Die Synapsen sind die eigentlichen Übertragungspunkte zwischen den ein-
zelnen Neuronen. Genauer betrachtet bezeichnet man als Synapse nicht einen Teil der
Zelle, sondern im Prinzip ist es der Spalt zwischen den Axonen der sendenden Zelle
und den Dendriten der empfangenden Zellen. Einige Synapsen tragen dazu bei, wenn
sie aktiviert sind, dass ein Neuron „feuert“. Diese Synapsen werden erregende Synap-
sen (exzitatorische Synapsen) genannt. Andere vermindern die Feuerbereitschaft einer
Zelle, diese heißen hemmende Synapsen (inhibitorische Synapsen).
Über diese synaptischen Verbindungen am Dendriten sammelt das Neuron Aktivitäten al-
ler mit ihm verschalteten Neuronen auf und reagiert dann seinerseits mit einer axonischen
Antwort. Dabei arbeitet es im Prinzip wie ein Schwellwertschalter. Ist die Summe der
einlaufenden Aktivitäten groß genug, reagiert es mit Feuern, welches auf andere Neuronen