BioHard- und Software im menschlichen Gehirn

Wie arbeitet das menschliche Gehirn? Steckt der Geist im - neuronalen - Netz? Das neue Buch des deutschen Psychologen Manfred Spitzer ist Computermodellen für das menschliche Gehirn auf der Spur.

Kann man Wahrnehmung, Darstellung und Verarbeitung von "Daten" in unserem Gehirn mit neuronalen Netzen erklären? Spitzer vergleicht Hard- und Software bei Mensch und Maschine und greift jüngste Erkenntnisse der Gehirnforschung auf.

Der erste Teil liefert eine Einführung in die basalen Prinzipien von neuronalen Netzwerken. Im zweiten Teil werden Entdeckungen, die aus der Anwendung von coumputersimulierten Netzwerken hervorgingen, beschrieben. Teil drei: verschiedene Anwendungen von neuronalen Netzen im Bereich psychischer Erkrankungen.

Anpassungsfähiges Gehirn
"Menschliche Nerveneinheiten arbeiten langsamer als Computerchips und sind fehleranfälliger, sogar die schnellsten Neuronen schaffen gerade 200 Berechnungen pro Sekunde".

Neuronale Netze bei: The Artificial Brain

Da Neuronen diese paar hundert Berechnungen nur innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens zu bewältigen imstande sind, dürfte die Struktur unserer neuronalen Software einfach gewebt sein, nimmt Spitzer an. Doch im Vergleich zum Computer arbeitet das Gehirn noch dann, wenn etliche Neuronenverbände, ja ganze Gehirnregionen ausfallen.

Und die Vernetzungen zu einem multidimensionalen Gewebe aus Nervenzellen potenzieren die Leistungen um ein Vielfaches. Jene Algorithmen, die zum Beispiel der Gesichter- und Worterkennung zugrunde liegen, unterscheiden sich deutlich von konventionellen Computersystemen.

Entscheidend ist: Das menschliche Gehirn ist ungeheuer flexibel. Im Gegensatz zur Computerhardware paßt sich die "Biohardware" ständig den kognitiven Vorgaben seiner "Software" an.

Daten=Adressen=Programme
Manfred Spitzer: "Das Gehirn und der Computer unterscheiden sich nicht nur hinsichtlich ihrer Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit, sondern auch bezüglich ihrer internen Struktur, sozusagen ihrer Architektur. In Computern werden Daten unter spezifischen "Adressen" abgelegt, während im Gehirn kein Unterschied gemacht wird zwischen Daten und Adressen: Daten und Adressen bilden eine Einheit. Darüber hinaus werden in Computern Daten durch Programme verarbeitet, abgesehen davon existiert eine zentrale Prozessoreinheit. In neuronalen Systemen existiert weder jene zentrale Prozessoreinheit noch wird eine Unterscheidung zwischen Daten und Programmen vorgenommen. Ein wesentlicher Punkt zuletzt betrifft die Bearbeitung der Daten selbst: in konventionellen Rechnern wird Information bit by bit verarbeitet, das Gehirn mit seinen Milliarden von Neuronen rechnet parallel."

Geist im Netz deutsch

Das Netz als Analogie

Theorien, wie Nervenzellen interagieren, sind so alt wie die Gehirnforschung selbst. Eine wesentliche Aufgabe menschlicher Kognition ist die Mustererkennung. Mit neuronalen Netzen in Computern versucht man, diese Erkennungsvorgänge zu simulieren.

Einige Mustererkennungsmodelle finden schon heute Anwendung in klinischen Untersuchungen. Sie sind besonders dort gut einsetzbar, wo hochkomplizierte Muster wie zum Beispiel EEG-Daten analysiert werden müssen. Doch Spitzer betont, daß der direkte Vergleich zwischen Gehirn und Computer nicht möglich ist.

Neuronale Modelle, die das Verständis von der Komplexität unserer Kognitionen erweitern, die scheinbare "Erkennnisse" hinterfragen, die uns von Möglichkeiten ahnen lassen, an die noch niemand gedacht hat.

Auf der Site von MIT-Press kann man direkt das erste Kapitel downloaden und die englische Version bestellen:

MIT-Press

The New Scientist