BIOPHYSIK


Neuronale Netzwerke

Als Physik- und Biophysikstudent arbeitete ich an biologisch orientierte Modelle von neuronalen Netzen. Mit J.Zimányi und P. Vecsernyés demonstrierten wir Effekte der optischen Täuschung in einem Zweischichtmodell bestehend aus excitatorischen und inhibitorischen Neuronen und presentierten dadurch einen Hinweis auf ihre nichtpsychologische Ursprung. Diese Arbeit hat den ersten Preis auf dem Nationalen Studentenwettbewerb in Ungarn (OTDK) in 1979 gewonnen.

Dieses Modell beinhaltet zwei komplementäre Sätze von Gleichungen: die Neurongleichung, welche die schnelle Reaktionen (Entladung und Signalerzeugung) beschreibt, und die Memoriegleichung, welche langzeitige Änderungen der synaptischen Stärke simuliert. Die excitatorische Neuronen beziehen ihre Eingaben aus einem Gebiet, welches kleiner ist als das entsprechende Gebiet für die inhibitorischen Zellen. Genau dies ist die Voraussetzung für die spontane Musterbildung.

Die von uns untersuchte optische Täuschung entseht wenn zwei Lichtpunkte sich nähern und wieder entfernen: die Anregungsmuster sind länger voneinander separiert bei der Näherung (Hystereseverhalten).


Lipidmembrane

Meine Diplomarbeit [1] wurde von I. Sugár betreut am Biophysikalischen Institut der Semmelweiss Medizinische Universität Budapest (SOTE) in 1980. Ich habe ein Mittleres-Feld-Modell zur Beschreibung von Phasenübergängen um Körpertemperatur (37 - 42 C) in molekularen Zweischichtlipidmembranen entwickelt. Diese Membrane stellen den Baumatrix lebendigen Zellen und wurden derzeit zwecks Einbettung von Medikamente am Institut künstlich erzeugt.

Das Modell beschreibt die Lipidmoleküle mit einem kompakten hydrophylen Kopf und einem Multikarbonschwanz als ein Hochspinsystem, wobei die Spinzustände den aufeinanderfolgenden Cis- und Trans-Konfigurationen der Karbonkette entsprechen. Die zwischen benachbarten Ketten wirkende Van der Waals - Kräfte berücksichtigend konnte ein Phasenübergang zwischen einer elongierten (dichtgepackten) und einer losen Membranstruktur beschrieben werden. Die treibende Kraft hinter diesem Phasenübergang ist der Wetteifer zwischen den freien Energien innerhalb und zwischen den Karbonketten.

Der Fakt, dass Zweischichtlipidmembrane ihre Oberflächenstruktur um Körpertemperatur plötzlich verändern können, unterstützt die Idee der Fähigkeit von primitiven Zellmembranen in der früher Entwicklungsphase des irdischen Lebens für aktiven Transport: sie hielten bestimmte Ionen innerhalb der Zelle auch gegen Konzentrationsgradienten, und zwar ohne der Hilfe von hochentwickelten, komplexen Proteinstrukturen, die als Ionenkanalöffner in heutigen lebendigen Zellen agieren.