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Künstliche neuronale Netze

Technische Geräte, die einzelnen Sinnesorganen nachgeahmt sind, wie etwa Kameras oder Mikrofone, wurden schon vor langer Zeit entwickelt, und ihre Leistungsfähigkeit wurde immer weiter erhöht. Das Neue am Projekt «Ada» liegt darin, die Komponenten sinnvoll miteinander zu verbinden. Ada ist somit mehr als nur ihre Einzelteile. Die Daten, die Ada über ihre künstlichen Sinnesorgane gewinnt, werden nicht mittels herkömmlicher Software verarbeitet, sondern ähnlich wie im menschlichen Nervensystem. Ada besteht zwar aus normalen Computern mit gebräuchlichen Betriebssystemen, aber deren Organisation und Vernetzung und die Art und Weise, wie die Informationen verarbeitet werden, sind neu: Ada wurde in Anlehnung an die Funktionsweise biologischer Nervensysteme als hybrides Netzwerk programmiert, das in einem Rechnersystem neuronale und digitale Berechnungen ausführt.


Teilausschnitt des neuronalen Netzwerkes von Ada
Ada ist das erste derart grosse neuromorphe System dieser Art. Viele der verwendeten Technologien sind noch nie in einem gemeinsamen System integriert worden. Die Software, die Ada zu Grunde liegt, vereinfacht nicht nur das Entwickeln neuronaler Netze, sondern auch das Einbinden von externen Geräten, wie Kameras, Lautsprechern, Mikrofone usw. Darüber hinaus ist es möglich, die neuronalen Netze in Echtzeit zu untersuchen, das heisst, Daten gleichzeitig aufzuzeichnen und auszuwerten und die Ergebnisse ohne Zeitverzögerung darstellen zu können.


Neuronales Netzwerk

Im neuronalen Netzwerk gibt es keine übergeordnete Instanz, die allen Funktionseinheiten gleichzeitig Befehle gibt, sondern die Funktionseinheiten, die direkt nebeneinander liegen, kommunizieren viel ausgiebiger miteinander als solche, die weiter auseinander liegen. Die Kommunikation geschieht also weitgehend lokal. Im Gegensatz dazu ist der herkömmliche Computer hierarchisch organisiert: Eine übergeordnete Instanz kann gleichzeitig an alle Punkte herangehen.

Im neuronalen Netzwerk funktioniert die Kommunikation von Funktionseinheit zu Funktionseinheit, wie im Nervensystem von Nervenzelle zu Nervenzelle. Man kann sich das vorstellen wie Dominosteine, die beim Umfallen das Signal an den nächsten Stein weitertragen.

 

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Lernfähige Technik

Teilausschnitt des neuronalen Netzwerkes von Ada
Neuronale Netzwerke sind lernfähige Informationsverarbeitungssysteme. Aufgrund von Beispielen können sie lernen, der Situation gemäss die bestmögliche Lösung zu wählen und diese entsprechend auch immer weiter zu verfeinern. Wie ein Gehirn ist ein technisches neuronales Netz ein komplexes System von autonomen Teilen, so genannten Neuronen oder Units, deren lokale Wechselwirkungen globale Aktivitätsmuster («Antworten») erzeugen. Ihre Dynamik ist nicht wie bei Computern durch Programme zentral gesteuert, sondern organisiert sich selber. Wie Gehirne sind technische neuronale Netze lernfähig, flexibel, tolerieren Abweichungen von der Norm und haben eine parallele Signalverarbeitung.

Die neuronalen Netze, die für Ada entwickelt werden, basieren auf Modellen, die die Funktionsweise echter Gehirne beschreiben. Es gibt unzählige Modelle, die erklären, wie in spezifischen Gehirnregionen die Nervenzellen miteinander kommunizieren. Alle Modelle machen dabei Annahmen, wie diese spezifische Gehirnregion mit anderen Regionen des Gehirns Informationen austauscht. Wir wissen heute aber noch sehr wenig darüber, wie die verschiedenen Regionen des Gehirns zusammenarbeiten. Noch weniger weiss man, wie man die verschiedenen vorhandenen Modelle miteinander verknüpfen könnte, so dass das Ganze als Einheit funktionieren kann. Ada ist ein erster Schritt in diese Richtung.

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