Using a model network of spiking neurons, the present work invesigates the development of orientation maps in the primary visual cortex. Specifically, a very early Hebbian plasticity of intracortical connections is taken into account. Numerical simulations show that this intracortical plasticity can lead to the development of a lateral connectivity pattern whose global organization resembles very much the structure of orientation maps obtained experimentally. Once such an intracortical connectivity pattern has emerged, it can guide the subsequent Hebbian development of geniculocortical projections. In this way, the layout of the emerging orientation map in the primary visual cortex is predetermined very early by the structure of the intracortical connections. The proposed model provides a unique framework to explain several experimental results that were difficult to understand previously (like, e.g., the results of the so-called reverse-lid-suturing experiments). In order to obtain a better understanding of the underlying processes of synaptic plasticity, an extensive analytical investigation of the model is given in the second part of this work. First, a method is derived that allows to approximate spike-spike correlations in recurrent neural networks. This method is then used to describe the model's learning dynamics by means of eigenvalue problems. The analysis of these eigenvalue problems reveals how the development of the geniculocortical projections can interact with the intracortical connectivity pattern.      «

Using a model network of spiking neurons, the present work invesigates the development of orientation maps in the primary visual cortex. Specifically, a very early Hebbian plasticity of intracortical connections is taken into account. Numerical simulations show that this intracortical plasticity can lead to the development of a lateral connectivity pattern whose global organization resembles very much the structure of orientation maps obtained experimentally. Once such an intracortical connecti...     »

Anhand eines Netzwerkmodells aus spikenden Neuronen wird die Entwicklung von Orientierungskarten im primären visuellen Cortex untersucht. Dabei wird eine sehr frühe Hebbsche Plastizität intracorticaler Verbindungen in Betracht gezogen. Computersimulationen zeigen, dass diese Plastizität zur Ausbildung einer lateralen Verschaltung führen kann, deren Struktur in wesentlichen Merkmalen mit der Struktur experimentell beobachteter Orientierungskarten übereinstimmt. Eine so entstandene intracorticale Verschaltung kann mit der nachfolgenden Entwicklung geniculocorticaler Synapsen in Wechselwirkung treten und deren Resultat weitgehend vorherbestimmen. Auf diese Weise ist die sich ausbildende Orientierungskarte im primären visuellen Cortex bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt durch die Struktur der intracorticalen Verknüpfungen festgelegt. Mit Hilfe des vorgeschlagenen Modells lassen sich einige bisher schwer verständliche experimentelle Befunde (z.B. der sog. Reverse-Lid-Suturing-Experimente) in einem einheitlichen Rahmen erklären. Um die zugrunde liegenden Lernprozesse besser zu verstehen, werden sie im analytischen Teil der Arbeit ausführlich beleuchtet. Dazu wird zunächst eine Methode zur Approximation der Spike-Spike-Korrelationen in rekursiven neuronalen Netzen entwickelt und dann die Lerndynamik mit Hilfe geeigneter Eigenwertgleichungen beschrieben. Diese Gleichungen zeigen, wie die Entwicklung der geniculocorticalen Synapsen mit der Struktur der intracorticalen Verschaltung in Wechselwirkung tritt.      «

Anhand eines Netzwerkmodells aus spikenden Neuronen wird die Entwicklung von Orientierungskarten im primären visuellen Cortex untersucht. Dabei wird eine sehr frühe Hebbsche Plastizität intracorticaler Verbindungen in Betracht gezogen. Computersimulationen zeigen, dass diese Plastizität zur Ausbildung einer lateralen Verschaltung führen kann, deren Struktur in wesentlichen Merkmalen mit der Struktur experimentell beobachteter Orientierungskarten übereinstimmt. Eine so entstandene intracorticale...     »