Anwendung neuronaler Netzwerke und Matrixspeicher zur Erklärung von Umlernvorgängen während des Tragens einer Umkehrbrille

Inhaltsverzeichnis

• Einleitung
• 1. Die Kohler'schen Versuche mit Umkehrbrillen
  • 1.1. Einführung
  • 1.2. Zusammenfassung der Untersuchungsergebnisse
  • 1.3. Bedeutung der Kohler'schen Brillenversuche für die moderne Wahrnehmungsforschung
• 2. Aufbau und Funktionsweise des visuellen Systems
  • 2.1. Die Stationen der visuellen Verarbeitung
    • 2.1.1. Die funktionelle Organisation retinaler Ganglienzellen
    • 2.1.2. Die Sehbahn und ihre Projektionen
    • 2.1.3. Die Signalverarbeitung im Corpus Geniculatum Laterale
    • 2.1.4. Die Signalverarbeitung im visuellen Kortex
    • 2.1.5. Die Verarbeitung in den höheren visuellen Arealen
  • 2.2. Ontogenetische Entwicklung und Plastizität im visuellen System
  • 2.3. Objektrepräsentationen und Objekterkennung im visuellen System
    • 2.3.1. Moderne Theorien des Sehens
      • 2.3.1.1. Eine Arbeitshypothese: »Sehen als Zuordnen von internen Repräsentationen zu Objekten der Außenwelt<<
• 3. Computersimulierte neuronale Netzwerke
  • 3.1. Einleitung
  • 3.2. Vergleich zwischen natürlichen und künstlichen neuronalen Netzwerken
  • 3.3. Geschichtlicher Überblick der Entwicklung neuronaler Netzwerke
  • 3.4. Struktur und Funktionsweise mehrschichtiger neuronaler Netze
    • 3.4.1. Allgemeiner Aufbau
    • 3.4.2. Der Lernvorgang in einem neuronalen Netzwerk
    • 3.4.3. Der Informationsverarbeitungsvorgang in einem Prozessorelement
  • 3.5. Das Backpropagation-Netzwerk
    • 3.5.1. Aufbau eines Backpropagation-Netzwerks
    • 3.5.2. Die generalisierte Delta - Lernregel
    • 3.5.3. Backpropagation-Netzwerke als vereinfachte Modelle für menschliche Wahrnehmungssysteme
  • 3.6. Interne Repräsentationen in neuronalen Netzwerken und Matrixspeichern
    • 3.6.1. Interne Repräsentationen in neuronalen Netzwerken
    • 3.6.2. Interne Repräsentationen in Matrixspeichern
      • 3.6.2.1. Mathematischer Formalismus und Funktionsweise von Matrixspeichern
      • 3.6.2.2. Entwicklung eines musterassoziierenden Matrixspeichers
      • 3.6.2.3. Matrixspeicher als Modelle für die Großhirnrinde
        • 3.6.2.3.1. Das Assoziativ-Speichermodell der Hirnrinde von Günther Palm
        • 3.6.2.3.2. Anwendung des Palm´schen Assoziativspeichermodells
    • 3.6.3. Zusammenfassung
  • 4. Die Computer-Simulation des neuronalen Umlernvorgangs während des Tragens einer Umkehrbrille
    • 4.1. Einleitung
    • 4.2. Beschreibung des Seh- und Umlernvorgangs durch einen musterassoziierenden Matrixspeicher
      • 4.2.1. Der musterassoziierende Matrixspeicher M.A.M.
      • 4.2.2. Durchführung der Simulation
        • 4.2.2.1. Zuordnung interner Repräsentationen zu aufrechten Objekten
        • 4.2.2.2. Zuordnung interner Repräsentationen zu verkehrten Objekten
    • 4.3. Zusammenfassung und Diskussion der Assoziativspeicher-Simulationsergebnisse
    • 4.4. Simulation des neuronalen Umlernvorgangs durch ein Backpropagation-Netzwerk
      • 4.4.1. Erzeugung des Backpropagation-Netzwerks
      • 4.4.2. Training des Netzwerks durch die Lernmusterdateien für aufrechte und verkehrte Muster
      • 4.4.3. Analyse der synaptischen Gewichtungen
        • 4.4.3.1. Untersuchungsfrage
        • 4.4.3.2. Erhebung der Gewichte
        • 4.4.3.3. Statistische Auswertung
          • 4.4.3.3.1. Testauswahl
          • 4.4.3.3.2. Durchführung des T-Tests für unabhängige Stichproben
      • 4.4.4. Simulation des Überlernens von Assoziationen
    • 4.5. Zusammenfassung und Diskussion der Netzwerk-Simulationsergebnisse
    • 4.6. Annahme eines >>Neuronalen Erklärungsmodells<< zum Umlernvorgang während des Tragens einer Umkehrbrille

  Zielsetzung und Themenschwerpunkte

  Die Diplomarbeit von Hartmut Häfele beschäftigt sich mit der Erklärung von Umlernvorgängen, die beim Tragen einer Umkehrbrille auftreten, mithilfe neuronaler Netzwerke und Matrixspeichern. Ziel ist es, ein Modell zu entwickeln, das das Verhalten des menschlichen visuellen Systems bei der Anpassung an veränderte Umweltbedingungen simuliert und erklärt.

  • Die Kohler'schen Brillenversuche und ihre Bedeutung für die moderne Wahrnehmungsforschung
  • Aufbau und Funktionsweise des visuellen Systems, insbesondere die Plastizität und die Rolle von Objektrepräsentationen
  • Computersimulierte neuronale Netzwerke als Modelle für menschliche Wahrnehmungssysteme
  • Interne Repräsentationen in neuronalen Netzwerken und Matrixspeichern
  • Simulation des Umlernvorgangs während des Tragens einer Umkehrbrille mit Hilfe eines musterassoziierenden Matrixspeichers und eines Backpropagation-Netzwerks

  Zusammenfassung der Kapitel

  Die Arbeit beginnt mit einer Einleitung, die den Fokus auf die Bedeutung von Umlernvorgängen während des Tragens einer Umkehrbrille legt und die Notwendigkeit eines neuronalen Erklärungsmodells hervorhebt.

  Kapitel 1 beleuchtet die Kohler'schen Versuche mit Umkehrbrillen und deren Bedeutung für die moderne Wahrnehmungsforschung. Kapitel 2 widmet sich dem Aufbau und der Funktionsweise des visuellen Systems, wobei insbesondere die Plastizität und die Rolle von Objektrepräsentationen im Fokus stehen.

  Kapitel 3 stellt computersimulierte neuronale Netzwerke als Modelle für menschliche Wahrnehmungssysteme vor. Es werden verschiedene Netzwerkarchitekturen und Lernregeln erläutert, wobei das Backpropagation-Netzwerk als relevantes Modell für die Umlernsimulation hervorgehoben wird.

  Kapitel 4 beschreibt die Computersimulation des neuronalen Umlernvorgangs während des Tragens einer Umkehrbrille. Die Simulation erfolgt mithilfe eines musterassoziierenden Matrixspeichers und eines Backpropagation-Netzwerks. Die Ergebnisse beider Simulationen werden ausführlich analysiert und diskutiert.

  Schlüsselwörter

  Die Arbeit fokussiert auf die folgenden Schlüsselwörter: Umlernvorgänge, Umkehrbrille, neuronale Netzwerke, Matrixspeicher, visuelle Wahrnehmung, Objektrepräsentation, Plastizität, Computersimulation, Backpropagation, Assoziativer Speicher, Hirnrinde.

  Häufig gestellte Fragen

  Was ist das Ziel der Versuche mit Umkehrbrillen?

  Die Arbeit untersucht, wie sich das menschliche Gehirn auf neuronaler Ebene an einen veränderten visuellen Input (z. B. eine auf dem Kopf stehende Welt) anpasst.

  Wie werden neuronale Netzwerke in dieser Studie eingesetzt?

  Computersimulierte neuronale Netzwerke dienen dazu, den menschlichen Umlernvorgang nachzubilden und die Veränderungen in den neuronalen Strukturen zu analysieren.

  Was sind Matrixspeicher im Kontext der Hirnforschung?

  Matrixspeicher werden als Modelle für die Großhirnrinde genutzt, um die Zuordnung interner Repräsentationen zu Objekten der Außenwelt mathematisch zu beschreiben.

  Welche Rolle spielt das Backpropagation-Netzwerk?

  Dieses spezielle Netzwerkmodell wird verwendet, um den Lernprozess und die Anpassung der synaptischen Gewichtungen während des Tragens einer Umkehrbrille zu simulieren.

  Wer war ein Pionier der Brillenversuche?

  Die Arbeit bezieht sich maßgeblich auf die Kohler'schen Versuche, die eine lange Tradition in der Wahrnehmungsforschung haben.