Nevronet

Et nevron er ei spesialisert celle som er i stand til å motta signaler frå, og senda signaler til andre nevroner. Bortsett frå funksjonen, skil nevronet seg frå andre celler gjennom formen. Ut frå den sentrale cellekroppen, kalla soma, sprer det seg tynne forgreiningar kalla dentrittar og akson. Slik kan det sjå ut:

Dendrittane er tynne og vidt forgreina fibrar som fangar opp signal frå andre nevroner. Somme nevroner har vidt forgreina dendrittar, mens andre har færre. Aksonet er eit enkelt fiber som er tjukkare og lenger enn dendrittane. Det kan vera ein meter eller lenger, for eksempel dei som går frå ryggraden og ned i beina. Det fins nevroner som ikkje har eit akson, og dei kan bare kommunisera med nabonevroner. Nevroner som er kobla til musklar, dvs. såkalte motornevroner, er dekka med eit isolerande material, kalla myelinin. Funksjonen til myelinet er å speeda opp signalet gjennom aksonet. Aksoner uten myelin har ein maksinal signalfart på omtrent 10 m/s, mens aksoner med myelin kan ha ein signalfart som er over 100 m/s.

SYNAPSEN

Synapsane er kontaktpunkta mellom aksonet og dei neste nevrona. Der aksonet endar er det ein smalt gap eller "kløft" kalla synapsen. Synapsane er enten kobla mot ein dendritt, eller direkte på cellekroppen.

Signalet mellom to nevroner skjer ved kjemiske prosessar i synapsen. Når den elektriske pulsen når synapsen, blir det frigjort molekyler kalla nevrotransmittarar som flyttar seg over kløften og blir tatt opp på mottakarsida av ein reseptor. Dette tar ikkje meir enn 0.5 til 2 millisekund. Hjernen brukar ei heil rekke ulike nevrotransmittarar, som har ulik effekt på mottakarnevrona. For mykje eller for lite av ein bestemt type kan gi atferdsmessige avvik. Det same kan skje ved inntak av narkotiske stoff som hemmar, aukar eller på andre måtar påvirkar nevrotransmittarane sin funksjon.

LÆRING:

Eit biologisk nett vil utvikla seg gjennom heile levetida. Det oppstår stadig nye koblingar, mens andre forsvinn. Samtidig forandrar styrken på koblingane seg heile tida. Ein aktiv synapse som gjentatte gonger utløyser at mottakarnevronet fyrer, blir sterkare. Dette er kjent som Hebbs regel, og ein antar at det er eit viktig prinsipp for læring.

DEN ELEKTRISKE PULSEN

Ei nervecelle som får vera i fred er aldri så lite negativ lada i forhold til omgivelsane. Det har med andre ord et negativt kvilepotensial. Årsaken til dette er at cellemembranen til ei uforstyrra celle er ugjennomtrengelig for Na+-ioner. Men hvis nevronet mottar tilstrekkelig sterkt innkommande signal, så vil plutselig membranen bli gjennomtrengelig. Då vil det strøyma inn Na+-ioner og bli positiv i forhold til omgivelsane. Dette resulterer i ein elektrisk puls som sprer seg utover aksonet, og som kan sjå slik ut:



Sagt på ein annan måte: nevroner sender ut ein elektrisk puls når summen av innkommande signal overstig ein bestemt grenseverdi. Om nevronet skal "fyra av" ein puls avheng altså av kor mange av nabonevronane som fyrer av samtidig, samt kor sterke koblingane er med disse nabonevronane.

Etter at ein puls er avfyrt, går det ei lita stund (1-2 milliosekund) før nevronet får roa seg ned igjen og innstilt seg på sitt kvilepotensial. I denne perioden kan ikkje nevronet fyra av ein ny puls, og dette set ei øvre grense for kor ofte eit nevron kan fyra. Med 1 millisekunds kvileperiode, får vi altså maksimalt 1000 signaler per sekund. Slik kan pulsane frå eit nevron fortona seg:



Figur: Tre sekunders opptak frå ein apehjerne. Kvar puls er markert med ein vertkal strek. Det grønnskraverte feltet representerer den tida som trengs for ein fort "utrekning" i hjernen, nemlig 150ms. Innan den tida kan hjernen vår klara ganske komplekse oppgaver, for eksempel å kjenne igjen et ansikt.

Signala mellom nevronene er på mange måtar digitale. Pulsane er like, det er enten alt eller ingenting. Somme har meint at det ikkje er dei tidsmønsteret som betyr noko, men gjennomsnittsfrekvensen. Og slik har det vore i kunstige Nevrale Nett. Likevel er det mange som trur at tidsavhengigheten er viktig.

ULIKE TYPAR:

Det fins mange ulike typar nevroner. Ei Purkinje celle kan for eksempel få input frå så mykje som 80 000 forskjellige synapsar, og kan dermed integrera enormt mykje informasjon. Dendrittane til denne typen celler forgreiner seg i ein bestemt retning og i et bestemt plan. Det fins andre celler med dendrittar som strekkjer seg ut i alle retningar, men bare innanfor ein liten radius. Disse cellene er derfor egna til å delta i feedback, ved å påvirka dei same cellene som påvirka dei sjølv. Ikkje bare formen, og på kva måte cellene er kobla opp mot andre varierer, men også korleis kjemien i synapsene fungerer osv.

Men uansett kor ulike nevronene er, så er dei i prinsippet ganske enkle. Det er måten dei ulike typane er kobla samen og samarbeider på som gjer biologiske Nevrale Nett (som hjernen) så komplekse. Og det er det som har gjort det mulig å enkle matematiske modellar, såkalte kunstige Nevrale Nettverk også klarer å utføra forholdsvis vanskelige oppgaver.

KJELDER

B.Müller og J.Reinhardt: Neural Networks - An Introduction.
James W. Kalat: Biological Psychology.