I løbet af dette kursus vil de studerende opnå en biofysisk forståelse af nerve og hjerne funktion, specielt i forbindelse med de fysiske principper som ligger til grund for hukommelse, kognition, adfærd og neuronale sygdomme. Der vil lægges vægt på modeller inspireret i statistisk fysik. Nylige udviklinger indenfor forskning i biomaterialer vil blive præsenteret (neurale graft, mikroelektrode implantater og anti-epileptiske pacemakere). De studerende vil også skulle arbejde med de fysiske principper som ligger til grund for nogle af de mest almindelige metoder i eksperimentel neurovidenskab (se kursusindhold). For at konsolidere deres forståelse af de introducerede begreber vil vi foretage besøg på et eller flere forskningslaboratorier i Danmark som arbejder med nævnte metoder (Panum eller Hvidovre hospital). Cirka midt i kurset vil de studerende begynde på deres individuelle projekter (afløsningsopgave) som vil være skræddersyet til de studerendes individuelle interesser og ekspertise, og kan variere fra detaljeret modellering af enkelte neuroner (dendriter, synapser), netværk af neuroner, oscillatorisk aktivitet i hele hjernen (eller dele deraf) og hardware implementeringer af neuronale systemer. Projekter kan også bestå af en detaljeret analyse af bestemte resultater i den publicerede literatur med fokus på at ekstrahere biofysisk relevante konklusioner.
Læringsmål:
En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:
Identificere de primære opdelinger af nervesystemet og genkende den terminologi som anvendes i neurovidenskabelig litteratur.
Beskrive neuroanatomiske opdelingers form og funktion udfra et biofysisk perspektiv.
Formulere og anvende membranligninger til beskrivelse af neuroners elektrofysiologi og dynamik.
Designe og implementere computationelle modeller af enkelte synapser, neuroner og små neurale kredsløb
Bruge spinteorier til modellering af neurale netværk
Redegøre for de biofysiske mekanismer som giver mulighed for indlæring og hukommelse i neuronale netværk.
Designe og implementere biofysiske neurale netværk til løsning af simple biologiske problemstillinger.
Forklare eksperimentelle data ved hjælp af neurale modeller med henblik på at sammenligne konkurrerende hypoteser, forudsige effekter og foreslå nye eksperimenter.
Skrive en fokuseret rapport i artikel format om et specifikt neurovidenskabeligt emne.
Kursusindhold:
Spændings-gated ionkonduktans. Ikke-lineære egenskaber ved excitérbare membraner. Neuronal struktur og funktion. Neurotransmitterstoffer. Synaptisk struktur og funktion. Dendritisk struktur og funktion. Plasticitet og konnektivitet i neuronale netværk. Statistisk mekaniske modeller af nerve netværk. Hjerne og rygmarvs anatomi. Oversigt over metoder i neurovidenskab (f.eks. PET, fMRI, TMS, EEG).
Litteratur:
-- Kandel, Schwartz & Jessel: Principles of neural science, McGraw-Hill, senest tilgængelige udgave (helst 2008, ellers 2000). -- Uddrag fra "The Physics of Predicting structure, folds and function of proteins by neural networks", af Henrik Bohr. -- Uddrag fra "Neuroscience" af Dale Purves et al (1997 eller senere) -- udleverede noter.
