Neuroinformatik Biologischer Hintergrund
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- Benedict Günther
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1 Neuroinformatik Biologischer Hintergrund Was will Neuroinformatik? Entwicklung von Maschinenintelligenz durch Nachbildung biologischer Informationsverarbeitungsund Lernprozesse auf neuronalem Niveau Lernfähigkeit und Adaptivität (Wie? Wann? Warum?) Sensorische & motorische Verarbeitung Experimentalfelder: Autonome Roboter & Intelligente Mensch-Maschine Schnittstellen Intelligente Service-Roboter Neuroinformationsverarbeitung (WS2012/13) Prof. Dr.-Ing.habil. H.-J. Böhme Folie 1
2 Kurzer Abriss der Neuroinformatik Aktivitäten Lernmatrix Turing, EDV Hebb Gestaltgesetze Entdeckung von Neuronen Netzwerk- Modelle & Lernverfahren Neuronenmodelle Perzeptron Multi-Paradigmen Systeme Neuartige Brain-like Computing Neuromorphic Systems Breite industrielle Anwendung in Vision, Robotik, Klassifikation & Prädiktion Neue medizinische Untersuchungsverfahren (PET, fmri) Frühe Vorstellungen Neuronale Eiszeit! Zeit Neuroinformationsverarbeitung (WS2012/13) Prof. Dr.-Ing.habil. H.-J. Böhme Folie 2
3 Anatomie des Gehirns Neuroinformationsverarbeitung (WS2012/13) Prof. Dr.-Ing.habil. H.-J. Böhme Folie 3
4 Vorstellungen zur Funktionalität des Gehirns Anfang des 20. Jahrhunderts Neuroinformationsverarbeitung (WS2012/13) Prof. Dr.-Ing.habil. H.-J. Böhme Folie 4
5 Heutige Sichtweise Neuroinformationsverarbeitung (WS2012/13) Prof. Dr.-Ing.habil. H.-J. Böhme Folie 5
6 Experimenteller Nachweis von Einzelneuronen Der spanische Neuroanatom Santiago Ramon y Cajal konnte um 1905 mittels der Golgi-Färbung erstmals nachweisen, dass das Gehirn aus einzelnen, getrennten Zellen (Neuronen) besteht. (Quelle: Spektrum d. Wissenschaft, SPEZIAL 1, Gehirn und Geist, S.9) Neuroinformationsverarbeitung (WS2012/13) Prof. Dr.-Ing.habil. H.-J. Böhme Folie 6
7 Strukturelle Vielfalt der Neuronentypen (Quelle: Spektrum d. Wissenschaft, SPEZIAL 1, Gehirn und Geist, S.11) Neuroinformationsverarbeitung (WS2012/13) Prof. Dr.-Ing.habil. H.-J. Böhme Folie 7
8 Neue medizinische Verfahren für funktionelle Untersuchungen am Gehirn Klassische Verfahren: SUA: Single Unit Activity MUA: Multi Unit Activity LFP: Langsame Feldpot. EEG: Elektroenzephalogramm EP: Evozierte Potentiale Bildgebende Verfahren: PET: Positronen-Emissions-Tomography fmri: functional Magnetic Resonance Imaging MEG: Magnetencephalography Optical dyes: spannungssensitive Farbstoffe Neuroinformationsverarbeitung (WS2012/13) Prof. Dr.-Ing.habil. H.-J. Böhme Folie 8
9 Hirnaktivität bei intellektuellen Aufgaben Hirnaktivität bei mentalen Aufgaben, die mit Sprache zusammenhängen erfasst mit der Positronen- Emissions-Tomographie (PET) aktive Bereiche sind stärker durchblutet (gelb und rot) (Quelle: Spektrum d. Wissenschaft, SPEZIAL 1, Gehirn und Geist, S.14) Neuroinformationsverarbeitung (WS2012/13) Prof. Dr.-Ing.habil. H.-J. Böhme Folie 9
10 Strukturelle und funktionelle Details der Neuronen Quelle: Spektrum d. Wissenschaft, SPEZIAL 1, Gehirn und Geist, S. 24 Neuroinformationsverarbeitung (WS2012/13) Prof. Dr.-Ing.habil. H.-J. Böhme Folie 10
11 Neuronale Informationsverarbeitung im Gehirn Neuroinformationsverarbeitung (WS2012/13) Prof. Dr.-Ing.habil. H.-J. Böhme Folie 11
12 Neuronale Netze in der Robotik - lokale Fahrzeugnavigation durch Experten-Cloning ALVINN: Autonomous Land Vehicle In Neural Networks Neuroinformationsverarbeitung (WS2012/13) Prof. Dr.-Ing.habil. H.-J. Böhme Folie 12
13 Biologisch motiviertes Modell eines 360 Geräusch-Lokalisationssystems für Roboter Neuroinformationsverarbeitung (WS2012/13) Prof. Dr.-Ing.habil. H.-J. Böhme Folie 13
14 Experimentelle Ergebnisse des 360 Geräusch- Lokalisationssystems Neuroinformationsverarbeitung (WS2012/13) Prof. Dr.-Ing.habil. H.-J. Böhme Folie 14
15 Demo: Akustische Nutzerlokalisation Turning the robot towards the localized sound source to get a frontal view of the potential user Neuroinformationsverarbeitung (WS2012/13) Prof. Dr.-Ing.habil. H.-J. Böhme Folie 15
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