Visualisierung von spikenden neuronalen Netzwerken. Entwicklung einer Webapplikation zum Veröffentlichen von Netzwerkmodellen

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1 Studienprojekte Wintersemester 2014 Visualisierung von spikenden neuronalen Netzwerken Entwicklung einer Webapplikation zum Veröffentlichen von Netzwerkmodellen, Mercator Research Group Structure of Memory Faculty of Psychology

2 Vorstellung Wer wir sind» SFB-Arbeitsgruppe im Bereich Computational Neuroscience» Simulation von neuronalen Netzwerken um zu verstehen, welches Verhalten von bestimmten neuronalen Netzen verursacht wird um zu verstehen, welche neuronalen Netze bestimmtes Verhalten hervorrufen können» Fokus liegt auf Funktionen und die Netzwerkarchitektur des Hippocampus (hauptsächlich am Beispiel der Ratte und des Menschen) 2

3 Visualisierung von spikenden neuronalen Netzwerken» Unsere Arbeitsgruppe entwickelte eine Methode, durch die neuronale Netze basierend auf anatomischen Daten erstellt und simuliert werden können» Vorarbeiten dazu wurden durch ein früheres Studienprojekt erfolgreich durchgeführt 3

4 Visualisierung von spikenden neuronalen Netzwerken Umgebung:» Blender» Python 3.x 4

5 Visualisierung von spikenden neuronalen Netzwerken Wichtiges Merkmal des Netzwerkes» Wenn Neurone spiken, bewegt sich die elektrische Ladung mit einer bestimmten Geschwindigkeit entlang der Axone und Dendriten aus (z.b. 4ms pro Millimeter) 5

6 Visualisierung von spikenden neuronalen Netzwerken Ziel» Importieren von aufgezeichneten Netzwerksimulationsdaten» Visualisierung der Spikes im 3d-Netzwerk 6

7 Visualisierung von spikenden neuronalen Netzwerken Kontext» Array mit Zeitstempel, wann welches Neuron feuert» 3d-Pfade (Bezierpfade)» Geschwindigkeit des Pfades 7

8 Visualisierung von spikenden neuronalen Netzwerken Anforderungen» Python» Blender» GIT» Interesse für neuronale Netze 8

9 Visualisierung von spikenden neuronalen Netzwerken Was Ihr lernen könnt» Techniken und Tools zur Generierung von 3D-Inhalten» on the fly: ein paar Grundlagen in computational neuroscience Anatomie und Funktion des Hippocampus Neuronenmodelle Konzepte der Informationsverarbeitung im Gehirn 9

10 Visualisierung von spikenden neuronalen Netzwerken» Anzahl der Teilnehmer: 2-4» Zielgruppe: Bachelor- und Masterstudenten Organisation:» Teilnehmerspezifische Zielsetzung des Projekts» Wöchentlicher Review des Fortschritt» Abgabe des Codes mit kurzer Dokumentation 10

11 Entwicklung einer Webapplikation zum Veröffentlichen von Netzwerkmodellen Motivation Rat Hippocampus Atlas van Strien et al., 2009 Andersen et al, 2007 Allen Brain Atlas Tracing of neural and synaptic layers» mit unserem Verfahren (Parametric Anatomical Modeling) können verschiedene Gehirnareale exakt gemappt und in Simulationen von neuronalen Netzwerken übersetzt werden» Langfristig soll ein webbasiertes Archiv verschiedener Netzwermodelle basierend auf PAM entstehen 11

12 Entwicklung einer Webapplikation zum Veröffentlichen von Netzwerkmodellen Struktur:» Modell Beinhaltende Regionen Beinhaltende Neuronentypen Tierart verschiedene Metadaten Bewertungen Kommentare möglicherweise automatisches Rendern von Modellen 12

13 Entwicklung einer Webapplikation zum Veröffentlichen von Netzwerkmodellen Ziel: Erstellung einer Webanwendung, in der Modelle angezeigt, und nach verschiedenen Kriterien gesucht werden können 13

14 Entwicklung einer Webapplikation zum Veröffentlichen von Netzwerkmodellen Umgebung: Idealerweise Python-basiert (z.b. Django) 14

15 Entwicklung einer Webapplikation zum Veröffentlichen von Netzwerkmodellen Anforderungen:» Python» Erste Einblicke in die Programmierung von Webanwendungen» GIT 15

16 Entwicklung einer Webapplikation zum Veröffentlichen von Netzwerkmodellen» Entwicklung von Webanwendungen» Datenmanagement 16

17 Entwicklung einer Webapplikation zum Veröffentlichen von Netzwerkmodellen» Anzahl der Teilnehmer: 2-4» Zielgruppe: Bachelor- und Masterstudenten Organisation:» Teilnehmerspezifische Zielsetzung des Projekts» Wöchentlicher Review des Fortschritt» Abgabe des Codes mit kurzer Dokumentation 17

18 Erfahrung» 3 Studienprojekte betreut, die erfolgreich abgeschlossen wurden / abschliessen werden» Interesse für Neurowissenschaften geweckt 2 Bachelorarbeiten 1 Masterarbeit 1 Studentische Hilfskraft» Arbeitsweise der Arbeitsgruppe entscheidend mitgestaltet 18

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