Das Spike-Response-Neuronenmodell ist ein leicht zu berechnendes Neuronenmodell, das viele Arten biologischer Neuronen gut beschreibt.
Durch die auf seinem Dendritenbaum befindlichen Synapsen bekommt
ein Neuron Eingangssignale von anderen Neuronen. Kommt an solch
einer Synapse ein Aktionspotential an, so löst dieses ein
exzitatorisches postsynaptisches Potential (EPSP) aus. Hierbei ist J die Stärke der Synapse und
beschreibt den zeitlichen Verlauf des EPSPs, etwa
Verschiedene, hintereinander ankommende Potentiale überlagern sich
linear, so dass für das gesamte synaptische Potential
gilt:
Hierbei sind die die Zeitpunkte, zu denen ein
Aktionspotential an der Synapse ankommt.
Das Neuron feuert, wenn sein postsynaptisches Potential h(t)
größer als eine Schwelle wird. (Im Programm ist die
Schwelle
festgelegt, dafür lässt sich jedoch die
Synapsenstärke J verändern.) Nun kann ein Neuron jedoch kurz
nachdem es gefeuert hat nicht gleich nochmals feuern, es besitzt
gewisse Refraktäreigenschaften. Um diese zu modellieren, setzt man
im Spike-Response-Neuronenmodell
wobei das Refraktärpotential durch
beschrieben wird. Hierbei sind die Zeitpunkte, zu denen das
Neuron selbst feuert.
Eine mögliche Funktion für ist
Man bezeichnet als absolute Refraktärzeit, da das
Neuron nachdem es gefeuert hat innerhalb dieser Zeitspanne kein
zweites Mal feuern kann.
Im Grafikausgabefenster des Programms wird das synaptische
Potential rot dargestellt. Seine Höhe lässt sich
durch Verstellen der synaptischen Stärke J regeln.
Das Refraktärpotential wird blau dargestellt.
Synaptisches Potential und Refraktärpotential
überlagern sich zum postsynaptischen
Potential h(t), das im Bild schwarz dargestellt wird. Wenn immer
das postsynaptische Potential größer als die Schwelle wird, d.h.
feuert das Neuron. In der Grafik wird dies durch die grünen
Striche angedeutet. Gleichzeitig entsteht ein entsprechendes
Refraktärpotential, das verhindert, dass das postsynaptische
Potential h(t) die Schwelle gleich wieder
überschreitet.
Mit dem Programm kann auch ein Neuron simuliert werden, das
mehrere Einganssignale kurz hintereinander bekommt. Der Abstand
dieser Eingangssignale lässt sich mit dem Schieber
einstellen.