Titelaufnahme

Titel
Der Einsatz von Computersimulationssoftware für Nervenzellenstimulation zu Lehrzwecken / Heiko Simon Reitner
VerfasserReitner, Heiko Simon
Begutachter / BegutachterinRattay, Frank
Erschienen2008
UmfangVI, 97 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Mag.-Arb., 2008
Anmerkung
Zsfassung in engl. Sprache
SpracheDeutsch
DokumenttypMasterarbeit
Schlagwörter (DE)NEURON / Nervenzellenstimulation / Computersimulation / Unterrichtseinsatz
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-21842 Persistent Identifier (URN)
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Der Einsatz von Computersimulationssoftware für Nervenzellenstimulation zu Lehrzwecken [2.53 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Mit dem rasanten Anstieg an Rechenleistung und dem hohen Preisverfall bei lei-stungsfähigen Computern, hat die Computersimulation - die ja im Großen und Gan-zen aus der rechenintensiven Lösung von Differentialgleichungen besteht - auch auf handelsüblichen Computern Einzug gehalten. Dies führte auch dazu, dass die Simu-lation von Nervenzellen einen Aufschwung erlebt hat. Simulationsumgebungen wie NEURON, GENESIS oder NEST ermöglichen heute die brauchbare Simulation von einer einzigen Nervenzelle bis zu ganzen Nervensystemen auf einem einzelnen Computer.

Im Zuge dieser Arbeit kam die Idee, das Simulationstool NEURON auf seine Brauchbarkeit für Unterrichtszwecke zu evaluieren. Es sollte den theoretischen Lehr-stoff über Nerven anschaulich illustrieren und das Zusammenspiel der Neuronen de-monstrieren. Zu diesem Zweck wurde mit einigen Schülern eines Oberstufengymna-siums sowie mit einigen Studenten der Biologie bzw. Medizin die Simulationsumge-bung getestet.

Nach einer eingehenden Evaluationsphase (zuerst allein, anschließend unter fachli-cher Anleitung), schilderten die Schüler bzw. Studenten ihre Erfahrungen und Ein-drücke mit dem Simulationstool. Gemeinsam wurden anschließend Schwierigkeiten bei der Benutzung aufgezeigt. Die Nutzung des Simulationstools stellte sich gemein-hin als sinnvoll und hilfreich zum besseren Verständnis des Unterrichtsstoffs heraus. Auf Grund dessen wurden gemeinsam mit den Schülern und Studenten, anhand der getätigten Erfahrungen und dabei auftretenden Schwierigkeiten, Verbesserungsvor-schläge für die künftige, noch bessere und einfachere Benutzung von NEURON, er-arbeitet. Neben einer allgemeinen biologischen Einführung, findet man in der vorliegenden Arbeit ein umfangreiches Kapitel über NEURON, sowie eine Auflistung vergleich-barer Simulationsumgebungen. Auch der neuen, plattformunabhängigen XML-Modellbeschreibungssprache NeuroML ist ein Kapitel gewidmet. Die ausführliche Schilderung der Evaluierung inkl.

Erläuterung der Verbesserungsvorschläge sowie ein Ausblick schließen diese Arbeit ab.

Zusammenfassung (Englisch)

Due to the recent significant increase in computing power and the substantial de-crease in price of powerful machines (PCs, workstations), computer simulation has experienced rapid growth. Since computer simulation involves mostly the solving of computational-intensive differential equations, the significant increase in computing power now makes it possible to employ simulation software on standard computers. These factors have influenced the simulation of nerve cells and thus have prompted the use of simulation software, such as NEURON, GENESIS or NEST, in the neuro-sciences. These products, which are executable on normal computers, can simulate situations involving even the minimum of one simple neuron up to complicated nervous systems.

This thesis evaluates the simulation environment NEURON for use at schools or universities, to establish whether simulation software helps students to grasp the the-ory of nerve cells and nervous systems. In this study, students from a high school and students studying biology and medicine at the university where chosen to test the NEURON simulation tool to determine whether its use is valuable for their learning experience. The students first attempted to use the simulation environment without instruction. Then the students were instructed by an experienced user, who showed them how to use the environment properly.

After an exhaustive evaluation period, the students provided feedback on their impressions of and experiences with NEURON. A list was compiled which specified the difficulties and problems which arose while utilizing the software. Despite these obstacles, the students unanimously determined that using a software simulation such as NEURON was valuable and that it helped them to better understand the theory of neuroscience. A list was drawn up containing proposals on which software features could be enhanced or updated to provide a simulation environment better adapted to the user.

In this paper, a general biological introduction is followed by a comprehensive chap-ter on NEURON. A brief evaluation of other neural simulation environments is in-cluded. Furthermore the new platform-independent XML-modeling language Neu-roML is described. The paper concludes with a detailed presentation of the student NEURON evaluation, including an extensive exposition of the enhancements sug-gested by the students.