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NeuroSim – Neural Function Simulator, v3.0 (NeuroSim – Nervenfunktionssimulator, v3.0)

NeuroSim ist ein Programmpaket für den Unterricht zur Neurophysiologie vor und unmittelbar nach dem ersten akademischen Grad. Überdies bietet es auch erfahrenen Neurophysiologen nützliche Einblicke. Alle fünf Programme sind voneinander unabhängig und simulieren jeweils einen bestimmten Aspekt der Nervenfunktion, die Benutzeroberflächen sind jedoch einheitlich gestaltet. Die Bildschirmanzeige gleicht der Anzeige eines Oszilloskops bei einem echten Versuch. Um die Auswirkungen verschiedener Bedingungen zu erforschen, können die Parameter variiert und als Dateien abgespeichert werden. Jede Simulation kann zur Anwendung auf verschiedenen Ebenen konfiguriert werden, sodass die Studierenden immer nur mit denjenigen Details zu tun haben, die ihrem jeweiligen Lernziel entsprechen. Der Dozent kann bestimmte Parameterwerte für die Benutzer ausblenden und den Studierenden die Aufgabe stellen, diese durch eigene Versuche herauszufinden.

a. HH simuliert das Hodgkin-Huxley-Modell eines Nervenimpulses. Zwei Reizimpulse können entweder mittels Stromklemme oder mittels Spannungsklemme aufgebracht werden, jeweils mit Rechteck- oder Sägezahnwellenform und vom Benutzer definierter Amplitude und Zeitverlauf. Es kann eine breite Palette von Phänomenen simuliert werden, einschließlich Refraktärzeit, Schwellenwert-Akkomodation, Spannungsklemmen-Restströme („Tail Currents“), Einzelkanalleitfähigkeiten bei der Patch-Clamp-Technik und vielen anderen. Eine Zeichentrick-Animation zeigt die Aktivität von Kanalmolekülen in der Zellmembran. Verschiedene Substanzen können zugeführt und die Temperatur sowie die Ionenkonzentration können variiert werden.

b. NEURON simuliert spannungsabhängige und synaptische Leitfähigkeiten. Dieses Programm ist für komplexere Zellsysteme geeignet als die des Standard-HH-Modells, bietet jedoch ähnliche Einrichtungen für Strom- und Spannungsklemmenversuche. Es enthält bis zu 9 spannungsgesteuerte Kanalarten, jede mit benutzerdefinierter Maximalleitfähigkeit und Gleichgewichtspotenzial sowie mit kinetischen Daten zu Aktivierung und Deaktivierung, die mit Hilfe eines integrierten Gleichungs-Editors definiert werden. Schwankungen der intrazellulären Kalziumkonzentration können simuliert werden und jeder Kanal kann kalziumabhängig eingestellt werden. NEURON repliziert viele klassische Simulationen aus der einschlägigen Literatur. Zusätzlich zu den spannungsgesteuerten Kanälen können außerdem bis zu 5 ligandengesteuerte (synaptische) Kanalarten einbezogen werden.

c. PATCH simuliert die kinetischen Eigenschaften von einzelnen Ionenkanälen. Drei fertige Modelle werden angeboten: ein einfacher Kanal mit 2 Stati (geöffnet, geschlossen), ein agonistenaktivierter Kanal mit 3 Stati (geschlossen/ ungebunden, geschlossen/ gebunden, geöffnet/ gebunden) und ein Kanal mit 3 Stati (geschlossen, geöffnet, blockiert). Weiterhin kann das Programm auch einen Kanal mit bis zu 5 Stati mit benutzerdefinierten Durchgangsratenkonstanten modellieren. Die Simulation entwickelt Histogramme von offenen und geschlossenen Zuständen in Kombination mit Zeichentrick-Animationen zur Veranschaulichung der Kanalmolekülzustände. Über die Histogramme können Mehrfach-Exponentialkurven eingeblendet werden, mit einem Chi-Quadratwert der Passungsgüte. Rohdaten von Offen-Zeiten und Geschlossen-Zeiten können als ASCII-Dateien exportiert werden.

d. NETWORK ermöglicht es dem Benutzer, willkürliche Neuronenschaltkreise zu konstruieren, in denen die Neuronen durch chemische „Spiking”- und „Non-Spiking”-Synapsen bzw. durch gleichrichtende oder nicht-gleichrichtende elektrische Synapsen miteinander verbunden sind. Bei jedem Neuron können viele Membraneigenschaften individuell eingestellt werden, bis hin zu einem endogenen „Burster“. Auch wenn Ereignisse der aktiven Membran zu Zwecken der Geschwindigkeitsoptimierung vereinfacht werden, können Spike-Charakteristiken wie z.B. Schwellenwert-Akkomodation einbezogen werden. In jedes Neuron können Versuchsstromimpulse mit definierter Amplitude und Zeitverlauf injiziert werden. Es können viele verschiedene Synapsentypen definiert werden. Angezeigt wird das Membranpotenzial von bis zu 5 Neuronen im Zeitverlauf wie in einer standardmäßigen Oszilloskopaufzeichnung. Die Membranpotenziale aller Neuronen können als animiertes Balkendiagramm oder die Spike-Aktivität aller Neuronen als animiertes Streudiagramm im Zeitverlauf angezeigt werden.

e. CABLE simuliert die passive Reizleitung in einem langen „Non-Spiking“-Axon. Es demonstriert die Abhängigkeit der Signalabschwächung von den Eigenschaften der Zeitkonstante und der Raumkonstante und zeigt, wie sich diese zu den grundlegenden Axoneigenschaften hinsichtlich von Membranwiderstand und Kapazität sowie Axondurchmesser verhalten. Weiterhin kann die zeitliche Summation demonstriert werden.

Erscheinungsjahr: 1998
Medium: 3,5"-Diskette; CD-ROM
Systemvoraussetzungen: Windows (alle Versionen)
Preis: US-$ 399,00 / £ 199,00 / € 399,00; eine kostenlose Demoversion kann von der Webseite heruntergeladen werden