Dissertation (Metadaten)
Titel (original):Modeling and analyzing the thalamocortical system
(übersetzt):Modellierung und Analyse des Thalamokortischen Systems
 
Autor:Jörg Mayer
 
URN:NBN:urn:nbn:de:gbv:8-diss-29564
 
Fakultät:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
DDC Sachgebiet:530 Physik
 
Datum der mdl. Prüfung:04.06.2008
 
Referent(in):Prof. Dr. Heinz Georg Schuster
Korreferent(en) Korreferentin:Prof. Dr. Gerd Pfister, Prof. Dr. Klaus Pawelzik
 
Beschreibung (original):Physiological evidence localizes the thalamocortical system as the functional unit being responsible for the perception of sensory input. In this thesis the dynamical processes in the thalamus during sleep are reduced to their bare bones. For this purpose the dynamical behavior of conductance based neuron models, which describe biophysical details with high accuracy, is investigated and reduced models of this behavior are derived. The simplified models derived in this thesis allow an explanation of how sensory perception is strongly decreased during sleep within the framework of nonlinear dynamics. A minimal model for such a mechanism is derived, coarse graining out details but preserving most salient dynamical features. If several of these models are coupled in a network the experimental observed influence of cortical slow-wave oscillations on thalamic spindle oscillations during deep sleep can be reproduced. In particular the influence of cortical oscillations on the synchrony in a thalamic network is studied and the underlying control mechanism is uncovered, leading to a control method which might be applicable for several types of oscillations in the central nervous system.
 
(übersetzt):Physiologisch betrachtet ist das thalamokortische System für die Verarbeitung und Wahrnehmung von sensorischen Reizen zuständig. In dieser Arbeit werden die dynamischen Vorgänge im Thalamus während des Schlafes auf ihre grundlegenden Eigenschaften reduziert. Dazu wird das dynamische Verhalten von komplexen Neuronenmodellen untersucht, die biophysikalische Details mit hoher Genauigkeit wiedergeben und vereinfachte Modelle dieses Verhaltens eingeführt. Diese vereinfachten Modelle erlauben es, mit Hilfe der nichtlinearen Dynamik den Rückgang der sensorischen Wahrnehmung im Schlaf zu erklären. Dazu wird ein minimales Modell für den zugrunde liegenden Mechanismus abgeleitet, in dem Details vernachlässigt werden, ohne dass jedoch die wichtigsten dynamischen Eigenschaften verloren gehen. Koppelt man viele dieser Modelle in einem Netzwerk, so lässt sich der experimentell beobachtete Einfluss kortikaler Oszillationen auf thalamische Oszillationen reproduzieren. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Synchronisation der thalamischen Oszillationen und dem zugrunde liegenden Mechanismus, welcher möglicherweise auch in anderen neuronalen Systemen anwendbar ist.
 
Schlagworte:thalamus, neurons, bifurcation, synchronization, dynamics
Thalamus, Neuronen, Bifurkation, Synchronisation
 
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