Ansätze zur quantitativen Analyse der Nachrichtenaufnahme und -verarbeitung in biologischen Rezeptoren

Abstract

The flux equilibrium theory, used for interpretating active and passive ion transport, can explain the generation of receptor potentials. In a model, driving forces and velocity coefficients are represented by the parameters of electric circuits. From these membrane models ionic fluxes can be calculated quantitatively on the basis of transport equations. These equations are derived from the theory of irreversible thermodynamic processes. Receptor models allow a simulation and prediction of the bioelectric potentials which were recorded by other authors in neuro-physiological experiments under various stimulus conditions. The information capacity of a single receptor channel is determined by the ionic flux and the stimulus parameters. In combination with the network of neuron models, receptor models can be used in a perception. The problems of on-off-activation and lateral inhibition were investigated with such a network.

Zusammenfassung

• 1. Die bisher zur Verfügung stehenden wichtigsten Informationen über Reiz-Reaktions-Beziehungen biologischer PD-Rezeptoren werden mit den allgemeinen thermodynamischen Grundeigenschaften biologischer Fließgleichgewichtssysteme koordiniert.

• 2. Aus dieser Koordination ergibt sich eine systemtheoretische Arbeitshypothese über die Ursache der Rezeptorpotentialbildung. Der Potentialverlauf unter verschiedensten Reizbedingungen kann auf Fließgleichgewichtsübergänge im offenen Stoffwechselsystem der Rezeptorzelle zurückgeführt werden. Zusatzannahmen regeltechnischer Natur sind hierbei nicht notwendig.

• 3. Zu klären bleibt die Frage nach der speziellen Natur des jeweils wirksamen Fließgleichgewichtssystems. Theoretisch läßt sich die Potentialbildung bereits aus den Fließgleichgewichtsübergängen des aktiven und passiven Ionentransports deuten. Sicher sind aber daran auch Übergänge des allgemeinen Zell- oder des speziellen Transmitter-Stoffwechsels beteiligt.

• 4. Die Arbeitshypothese wird im Modellversuch überprüft. Es wird gezeigt, daß unter allen Reizbedingungen und Reizvariationen eine gute Übereinstimmung zwischen biologischen Rezeptorreaktionen und Reaktionen einfacher Fließgleichgewichts-systeme zu finden ist.

• 5. Es werden Ausblicke auf die Verwendungsmöglichkeiten des Modellprinzips gegeben. Das Modell ist heuristisch wertvoll, weil formale quantitative Analysen und der Ansatz weiterer gezielter Experimente (z. B. Feststellung des im Sinneszellstoffwechsel maßgeblichen Fließgleichgewichtssystems) möglich werden. Die Arbeitshypothese ermöglicht somit den Ansatz quantitativer Betrachtungen zur Informationsaufnahme und -verarbeitung durch biologische PD-Rezeptoren.