Der Begriff "Neuron" und "Neutron" ähneln sich zwar in ihrer Schreibweise, bezeichnen aber fundamental unterschiedliche Konzepte. Während das Neuron eine Zelle des Nervensystems ist, die für die Signalübertragung im Körper verantwortlich ist, ist das Neutron ein subatomares Teilchen, das sich im Atomkern befindet. Dieser Artikel beleuchtet die Unterschiede zwischen diesen beiden Begriffen und gibt einen umfassenden Überblick über ihre jeweiligen Eigenschaften und Funktionen.
Das Neuron: Die Nervenzelle als Informationsträger
Das Neuron, auch Nervenzelle genannt, ist die grundlegende Baueinheit des Nervensystems. Es ist spezialisiert auf die Aufnahme, Verarbeitung und Weiterleitung von elektrischen Signalen. Neuronen sind essenziell für die Kommunikation zwischen verschiedenen Teilen des Körpers und ermöglichen so die Steuerung von Bewegungen, die Wahrnehmung von Sinnesreizen und die Verarbeitung von Informationen im Gehirn.
Aufbau und Funktion eines Neurons
Ein typisches Neuron besteht aus drei Hauptteilen:
- Zellkörper (Soma): Enthält den Zellkern und die meisten Zellorganellen.
- Dendriten: Verzweigte Fortsätze, die Signale von anderen Neuronen empfangen.
- Axon: Ein langer, schlanker Fortsatz, der Signale an andere Neuronen oder Zielzellen weiterleitet. Am Axonhügel eines Neurons entsteht eine Erregung immer.
Die Erregungsleitung ist die Weiterleitung elektrischer Signale in Nerven- und Muskelzellen. Dazu benötigt dein Körper die Erregungsweiterleitung. Das Aktionspotential einer Nervenzelle wird entlang des Nervenzellfortsatzes - dem Axon - weitergeleitet. Dieser Vorgang heißt Erregungsleitung.
Die meisten Nervenzellen bei uns Menschen sind wie elektrische Kabel isoliert oder Markscheide umgeben. Die Myelinschicht bildet aber keine durchgehende Umhüllung, sondern ist im Abstand von etwa 0,5-2 mm immer wieder unterbrochen. Das ermöglicht eine saltatorische Erregungsleitung.
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Arten der Erregungsleitung
Du kannst also zwischen der saltatorischen und der kontinuierlichen Weiterleitung von Erregungen unterscheiden. Wenn Nervenzellen nicht isoliert sind, müssen sie die elektrischen Signale kontinuierlich (fortlaufend) weiterleiten. Diese Art der Weiterleitung ist deshalb vergleichsweise langsam.
Schlussendlich ermöglicht die Erregungsleitung die Weiterleitung eines elektrischen Signals ans Ende einer Nervenzelle. Wenn das Signal am Ende des Neurons angelangt ist, findet an der Synapse (Kontaktstelle) die Erregungsübertragung auf die nächste Zelle statt.
Künstliche Neuronale Netze (KNN)
Künstliche Neuronale Netze (KNN) sind dem menschlichen Gehirn nachempfunden und werden für maschinelles Lernen und Künstliche Intelligenz eingesetzt. Computerbasiert lassen sich damit diverse Problemstellungen lösen, die für uns Menschen fast unmöglich wären. Künstliche Neuronale Netze spielen in vielen Bereichen eine wichtige Rolle.
Dieses abstrahierte Modell miteinander verbundener künstlicher Neuronen ermöglicht es, komplexe Aufgaben aus den Bereichen Statistik, Informatik und Wirtschaft durch Computer zu lösen. Neuronale Netze ermöglichen es, unterschiedliche Datenquellen wie Bilder, Töne, Texte, Tabellen oder Zeitreihen zu interpretieren und Informationen oder Muster zu extrahieren, um diese auf unbekannte Daten anzuwenden.
Das Modell des Neuronalen Netzes besteht aus Knoten, auch Neuronen genannt, die Informationen von anderen Neuronen oder von außen aufnehmen, modifizieren und als Ergebnis wieder ausgeben. Die Information wird durch die Input-Neuronen aufgenommen und durch die Output-Neuronen ausgegeben. Die Hidden-Neuronen liegen dazwischen und bilden innere Informationsmuster ab.
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Bei einer vorhandenen Netzstruktur bekommt jedes Neuron ein zufälliges Anfangsgewicht zugeteilt. Das Ergebnis dieser Berechnung wird an die nächsten Neuronen der nächsten Schicht oder des nächsten Layers weitergegeben, man spricht auch von einer „Aktivierung der Neuronen“. Natürlich sind, wie bei jedem maschinellen Lernverfahren, nicht alle Ergebnisse (Outputs) korrekt und es treten Fehler auf. Diese Fehler sind berechenbar, ebenso wie der Anteil eines einzelnen Neurons am Fehler. Im nächsten Durchlauf wird der Fehler erneut gemessen und angepasst. Dieser Prozess ist dem menschlichen Entscheidungsprozess sehr ähnlich.
Das Neutron: Ein Baustein des Atomkerns
Das Neutron ist ein subatomares Teilchen, das sich im Atomkern befindet. Es ist elektrisch neutral und hat eine Masse, die der des Protons sehr ähnlich ist. Zusammen mit den Protonen bilden die Neutronen den Atomkern und bestimmen somit die Masse und die Stabilität eines Atoms.
Entdeckung und Eigenschaften des Neutrons
Zu Beginn des 20. Jahrhunderts erkannten die Physiker beim Beschuss von Atomen mit energiereichen Teilchen, dass Atome keine homogenen Massekugeln sind, sondern eine Struktur aus einem positiv geladenen Atomkern und einer negativ geladenen Atomhülle besitzen. Rutherford vermutete bereits 1920, dass sich in Atomkernen neben den Protonen noch eine weitere Sorte von Teilchen befindet, die elektrisch neutral ist und deren Masse sehr nahe bei der Protonenmasse liegt. Erst im Jahre 1932 konnte James Chadwick die Neutronen experimentell nachweisen.
Die Masse von Proton und Neutron ist ungefähr gleich, aber jeweils etwa 1800 Mal so groß wie die eines Elektrons der Hülle.
Nuklide, Massenzahl und Neutronenzahl
Jeder Atomkern besteht also aus einer bestimmten Anzahl von Protonen und einer bestimmten Anzahl von Neutronen. Die dadurch möglichen verschiedenen Arten von Atomen bezeichnet man als Nuklide. Ein Nuklid ist also eine Art (Sorte) von Atomen, charakterisiert durch die beiden Zahlen (Z) und (N), die angeben, aus wie vielen Protonen ((Z)) und wie vielen Neutronen ((N)) ihre Atomkerne bestehen. Die Summe aus Protonen- und Neutronenzahl in einem Atomkern bezeichnet man mit (A) und nennt diese Zahl Nukleonenzahl oder Massenzahl. Es gilt also[A=Z+N]Die Massenzahl (A) bestimmt ungefähr die Kernmasse (m{\rm{K}}) und die Atommasse (m{\rm{A}}). Aus der Differenz von Massenzahl (A) und Ordnungszahl (Z) ergibt sich die Neutronenzahl (N): (N=A-Z)
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Isotope
Die Anzahl der Neutronen im Atomkern eines Elementes kann variieren. So hat zwar Wasserstoff typischerweise kein Neutron, es existieren aber auch sogenannte Isotope des Wasserstoffatoms mit einem bzw. zwei Neutronen im Atomkern. Für die Bindung der Elektronen an einen Atomkern sind die Protonen maßgeblich, daher ist die Elektronenhülle von Isotopen nahezu identisch.
Neuron vs. Neutron: Eine Zusammenfassung der Unterschiede
| Merkmal | Neuron | Neutron |
|---|---|---|
| Art | Zelle | Subatomares Teilchen |
| Funktion | Signalübertragung im Nervensystem | Baustein des Atomkerns, bestimmt Masse und Stabilität des Atoms |
| Ladung | Elektrisch polarisiert (Ruhepotential, Aktionspotential) | Elektrisch neutral |
| Ort | Nervensystem | Atomkern |
| Bedeutung | Grundlage für Denken, Fühlen, Handeln | Bestimmt die Eigenschaften von Elementen |