Vorwort 2024:
Simulation sensorischer Qualitäten der Haut
Hier wollen wir der Frage nachgehen, warum geringe Erregung mit geringer Feuerrate zu genauester Lokalisierbarkeit eines hervorstechenden Einzelreizes führt, während starke Felderregung mit hoher Feuerrate des einzelnen Nerves zum praktischen Verlöschen der Ortungsmöglichkeit eines hervorstechenden Einzelreizes führt.
Als Generatorfeld könnten wir uns hier die Haut vorstellen, das Detektorfeld möge im Cortex liegen.
In Anlehnung an Darstellungen in Neuroanatomie-Lehrbüchern (Trepel, Duus, Eccles u.a.) werden somatotopische Areale als von drei Nerven innerviert angesehen.
Aus der Sicht der Interferenznetzwerke haben wir es mit einem "bestimmten" System zu tun, für welches die Gleichung k = d+1 gilt (k Kanalzahl, d Dimension, siehe "Dimension und Kanalzahl" [NI93], Kap.7, S.148).
Bei der Gürtelrose bekommt man einen praktischen Eindruck von den sensorischen Qualitäten von Sensoren der Haut. Sie reichen von Hypersensibilität kleinster Gebiete bis hin zu Schmerz, der auch chaotische Muskelkontraktionen und Krämpfe direkt unter der Haut liegender Muskeln bewirkt. Im Detail finden wir:
Begleitend finden wir eine Abnahme der sensorischen Auflösbarkeit eines Quellorts (z.B. Nadelstich) in der Reihenfolge von oben nach unten. Man könnte annehmen, daß sich die Ruhefrequenz der nervlichen Sensoren durch die Erkrankung stark erhöht.
Um zu klären, ob diese Phänomena durch verschiedene Rezeptoren und Reizleitungssysteme ausgelöst werden - diese Frage scheint von klassischer Medizin überwiegend bejaht zu werden - oder ob wir es mit einem einheitlichen Sensorsystem zu tun haben, dessen Eigenschaften nur durch die von den Sensoren abgegebene Pulsrate variieren, entstand 1998 diese Simulation eines dreikanaligen, projektiven Systems, bei welchem nur der Pulsabstand variiert (und damit die Pulsrate).
Letzte Anmerkung: die hier verwendeten Simlationsparameter waren ursprünglich nicht für die Simulation von Dermatomen ausgelegt. Bei der Haut sollte das zur Simulation benutzte, normierte Einheitensystem um einen Faktor hundert variiert werden. So könnte man die Längeneinheit statt in "1 mm" besser in "100 mm" annehmen und andere Einheiten entsprechend korrigieren.
Mit t = s/v und f = 1/t könnte man also für ein gleichartiges Bezugssystem* identischer Geschwindigkeit und v bei s* = 100 s auch annehmen t* = 100 t und f* = 1/(100 t).
Um den historischen Bezug zu wahren, werden hier die historisch originalen Simulationsergebnisse dieser Art von 1998 gezeigt.
Gerd Heinz
In einer dreikanaligen somatotopischen Anordnung soll untersucht werden, ob die Folgefreqquenz von Impulsen, die z.B. durch erhöhte Pulsfrequenz im Generatorfeld, aber auch durch verminderte Refrakterität von Axonen oder durch konjugierte Phantomerregung entstehen kann, einen Einfluß auf die Qualität der Pulsinterferenzabbildung im Detektorfeld hat.
Wir wählen eine ganz einfache Versuchsanordnung, bestehend aus drei Verbindungsleitbahnen (Axonen) zwischen zwei neuronalen Feldern (Generator und Detektorfeld), wobei vereinfachend angenommen wird, daß ein Nervenfilz die Impulse innerhalb der Felder (Generator und Detektor) mit konstanter und vorgebbarer Ausbreitungsgeschwindigkeit weiterleitet.
Wird der zeitliche Abstand der Impulse verringert, so treten unterhalb einer gewissen Grenze Fremdinterferenzen des Impulses i mit seinem Vorgänger (i-1) oder Nachfolger (i+1) oder weiteren Vorgängern (i-n) oder Nachfolgern (i+n) im Bildfeld des Detektors auf. Es erscheinen dann mehr und mehr Fremdinterferenzen, die Selbstinterferenzen (Impulse i mit i) als Überbringer der Information sind dann kaum noch auszumachen. Damit verschwindet im informatischen Sinne die Zuordnung zwischen Generator- und Detektorquellen, da im gesamten Detektorfeld mehr und mehr Neuronen erregt werden.
Implizieren wir, daß ein Detektorfeld aufgrund hoher Fremdinterferenz einen höheren Energieumsatz haben wird, als ein Feld mit Neuronen, deren Schwellwert nicht erreicht wird, könnte man vermuten, daß erhöhte Fremdinterferenz zu erheblich steigendem Energieumsatz führt - bis hin vielleicht zu Sauerstoff- und allg. Versorgungsmangel.
Da zu vermuten ist, daß dieser Effekt mit Schmerz in Verbindung stehen könnte oder diesen darstellen könnte, wollen wir uns den Sachverhalt in der Simulation etwas näher ansehen. Wir beobachten die entstehenden Bildqualitäten. Variiert wird die Pulsfrequenz der Neuronen im Generatorfeld, die für die Simulation in Form eines G angeordnet sind. Alle anderen Parameter bleiben unberührt.
Generator ist eine Anordnung pulsender Punkte in Form eines G. An den Stellen 0, 1, 2 gehen die übertragenden Axonen ab. Im Generatorfeld der Größe (z.B. 1x1 mm) herrscht konstante Leitgeschwindigkeit (z.B. 300 mm/s). Pulse haben eine Dauer von 0,2 ms. Generator- und Detektorfeld haben (der Einfachkeit halber) eine homogene Leitgeschwindigkeit, Wellen breiten sich dabei kugelförmig aus.
Koordinaten der Elektrodenorte in Generator- und Detektorfeld bleiben unverändert. Lediglich der Pulsabstand wird systematisch variiert von 7,5 bis 1,0 millisekunden entsprechend 133 Hz < f < 1000 Hz (150 Sampels bis zu 20 Samples bei 20 kS/s).
Die schwarzen Pixel pulsen nacheinander. Generatorgeschwindigkeit ist (normiert) 300, im Detektor laufen die Impulse mit der normierten Geschwindigkeit von 200. Damit wird das Detektorbild geringfügig verkleinert. Generator- wie Detektorfeld sind normiert 1x1 groß. (Wird die Zeit in Sekunden und der Raum in Millimetern gemessen, so ergibt sich die Leitgeschwindigkeit in mm/sec).
Bei allen Simulationen gehen wir von einer identischen und konstanten Laufzeit der Signale auf den Leitungen zwischen Generator- und Detektorfeld aus. Dabei ist unerheblich, wie lang diese absolut ist (z.B. bei Myelinisierung). In der Simulation wird sie zu Null angenommen, sie beeinflußt das Ergebnis nicht.
Jeder Impuls besteht aus der Wertefolge der Samples
IMPULSFOLGE = 0.3000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 0.3000
er besitzt also in diesem Falle ein flaches Dach und ist etwa 0,2 ms lang.
Der Generator erzeugt einen dreikanaligen Datenstrom der folgenden Form. Die Zeitfunktionen der Axonen sind 0: blau, 1: grün, 2: rot; die Zeitachse ist nach rechts gerichtet:
Speisen diese drei Kanäle ein Detektorfeld an den Orten (0, 1, 2), so ensteht dort im Ergebnis eine Erregung der Art:
Die Werte werden in unserem Beispiel an jedem zu berechnenden Interferenzort miteinander multipliziert (AND-Typ), dies ist möglich, wenn keine negativen Werte in den Zeitfunktionen auftreten.
Im Ergebnis entstehen bei den verschieden gewählten Pulsabständen (7.5 ms bis 1 ms) jeweils verschiedene Bildqualitäten im Detektorfeld. Alle Zeitfunktionen sind mit 20 kSps synthetisiert.
Wird als Längeneinheit z.B. [mm] gewählt, ergibt sich die Einheit der Geschwindigkeit zu [mm/s], die Zeit ist in Sekunden fixiert. In unserem Falle beträgt die Filzgeschwindigkeit im Detektorfeld 200 mm/s = 0,2 m/s. Die Bildgröße entspricht dann 1 mm x 1 mm.
1) 7.5 ms ~ 133 Hz 
2) 6.0 ms ~ 166 Hz 
3) 5.0 ms ~ 200 Hz 
4) 4.0 ms ~ 250 Hz 
5) 2.5 ms ~ 400 Hz 
6) 1.5 ms ~ 666 Hz 
7) 1.0ms ~ 1000Hz 
Simulationsparameter: Dreikanalige Übertragung, Bildfeld 1x1 millimeter, Pulsbreite 0,2 ms. Leitgeschwindigkeiten: Generatorfeld 0,3 m/s, Detektorfeld. 0,2 m/s
Bis zu einem Pulsabstand von 7,5 ms (Fall 1) beobachten wir keine Fremdinterferenzen im Bildfeld. Ab 6 ms (Fall 2) treten die ersten Fremdinterferenzen im oberen Bildbereich auf. Je höher die Feuerrate und je kleiner der Pulsabstand, desto stärker werden die Fremdinterferenzen. Bei einem Abstand von 2,5 ms (Fall 5) ist die Projektion des "G" nicht mehr zu erkennen. Eine genaue Ortung einer Berührung ist dann nicht mehr möglich.
In den Bildern wurde eine automatische Farbkalibrierung verwendet, um qualitative Charakteristika beobachten zu können. Die Effektivwerte der Interferenzintegrale steigen absolut mit jeder weiteren Fremdinterferenz (in den Bildern nicht sichtbar), die mittlere Anregung im Detektorfeld steigt also noch stärker an als in den Bildern erkennbar.
Da jede Erregung eines Neurons Energie verbraucht, steigt der Energiebedarf im Detektorraum enorm mit steigender Feuerrate an.
(Nachtrag 2024 für Gürtelrose: Hier haben wir es wahrscheinlich ausschließlich mit einer Erhöhung der Ruhe-Feuerrate der Neuronen des Erregerfelds zu tun, die dazu führt, daß Fremdinterferenz-Überlauf im Detektorfeld auch ohne Erregung stattfindet.)
1. Pharmaka, die schwellwerterhöhend auf die Detektorneuronen wirken, sind nahezu nutzlos, da sie am Sachverhalt nicht viel verändern können;
2. Mittel, die Leitgeschwindigkeiten in Generator- oder Detektorfeld reduzieren, bewirken u.U. Linderung der Fremdinterferenzen führen aber u.U. gleichzeitig zu verfälschten Abbildungen, wenn sie auf Generator- und Detektorfeld verschieden wirken. (Halluzinationen, Movement oder Zooming-Effekt);
3. Mittel, die die Feuerfrequenz von Neuronen des Generatorfeldes oder die der übertragenden Axonen absenken (Erhöhung der durchschnittlichen Refraktärzeit), sind wirkungsvoll;
4. Methoden, die die Anzahl übertragender Axonen erhöhen, führen auf höhere Überbestimmtheit und damit auf geringere Fremdinterferenzen; diese sind wirksam.
5. Reduktion der Kanalzahl bedeutet Verstärkung der Fremdinterferenzen und damit des Schmerzes bei sonst gleichbleibender Befeuerung des Feldes.
6. Werden aus einer hochkanaligen Abbildung Kanäle entfernt, tritt ebenfalls ein Effekt der Überfeuerung im Detektorfeld ein.
7. Je nach Schwellwertmodell ergeben sich bei dieser kleinen Feuerraten-Variation bis zu 10.000-fach höhere Energieumsätze des Detektorfeldes - im Cortex sind massive Unterversorgungen zu erwarten.
8. Der Effekt kann ebenfalls ausgelöst werden durch:
- in ein einzelnes Axon von außen einströmendes Pulsfeuer
- Phantomerregung im Generatorfeld (Gürtelrose)
- Erhöhte (!) Leitgeschwindigkeit in den Feldern z.B. auch durch Glia-Einfluß
Created Sept.17, 1998
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