Wenn das Denken sich herumtreibt.

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Tagträumen: Von wegen Fehler im System
Gedankliche Auszeiten sorgen für eine bessere Vernetzung des Gehirns

Mehr als nur loses Gedanken-Wirrwarr: Tagträume gelten gemeinhin als störende mentale Aussetzer. Doch solche Auszeiten haben auch etwas Positives. Denn wer seinen Gedanken regelmäßig bewusst freien Lauf lässt, bei dem arbeiten bestimmte Hirnregionen, die für die kognitive Kontrolle zuständig sind, besser zusammen. Tagträumen ist demnach alles andere als ein unkontrollierter Prozess - sondern kann im Gegenteil sogar beim Lösen von Problemen helfen.

Wer kennt das nicht: Am Schreibtisch im Büro sinnieren wir über den bevorstehenden Urlaub, planen auf dem Heimweg gedanklich schon das Wochenende durch oder grübeln beim Autofahren plötzlich darüber nach, ob wir wirklich die Haustür abgeschlossen haben. Immer wieder schweifen wir im Alltag mit unseren Gedanken von der Situation im Hier und Jetzt ab.

 
Passiert das in Momenten, die eigentlich unsere volle Aufmerksamkeit fordern, kann das gravierende Folgen haben - zum Beispiel im Straßenverkehr. Tagträumen gilt deshalb oft als Aussetzer in unserem kognitiven Kontrollsystem: ein Fehler im System, durch den wir für kurze Zeit nicht mehr Herr der Lage sind. 

Bewusste Auszeit 

Doch Tagträumen muss nicht immer etwas Störendes sein. Wissenschaftler sehen inzwischen auch die positiven Seiten des Phänomens. Diese treten vor allem dann zu Tage, wenn wir uns ganz bewusst dafür entscheiden, unseren Gedanken nachzuhängen anstatt ungewollt und spontan abzuschweifen. 

• Träumen und spielen.
• Neues über Träume.
• Lösungen im Traum vorausahnen.
• Im Traum sehen wir Bilder.
• Bewusst sein und die Sprache der Bilder.
• Klarträume und Selbstreflexion.

So haben Verhaltensstudien unter anderem gezeigt, dass absichtliche Tagträume manchen Menschen dabei helfen können, ihre Gedanken zu ordnen. Ein Forscherteam um Johannes Golchert vom Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften in Leipzig hat nun herausgefunden, dass sich diese vorteilhaften Effekte gedanklicher Auszeiten sogar im Gehirn nachweisen lassen.

 
Stärkere Vernetzung

Für ihre Untersuchung befragten Golchert und seine Kollegen ihre Probanden zunächst zu ihrem tagträumerischen Verhalten. Dabei sollten diese selbst einschätzen, wie stark Aussagen wie: "Es passiert mir häufig, dass meine Gedanken spontan abdriften" oder: "Ich erlaube mir, meinen Gedanken freien Lauf zu lassen" auf sie zutreffen. Mithilfe der Magnetresonanztomographie (MRT) untersuchten die Wissenschaftler anschließend die Hirnstruktur der Studienteilnehmer. 

Die Auswertung offenbarte einen deutlichen Zusammenhang: "Wir haben herausgefunden, dass bei Menschen, die häufig gewollt mit ihren Gedanken abschweifen, der Cortex in bestimmten Regionen im Stirnbereich des Gehirns dicker ausgebildet ist", berichtet Golchert. 

Außerdem waren bei diesen Probanden zwei wichtige Netzwerke im Gehirn stärker vernetzt: das sogenannte Default-Mode Netzwerk, das besonders aktiv ist, wenn wir unsere Aufmerksamkeit nach innen, auf Informationen aus unserem Gedächtnis richten und das sogenannte fronto-parietale Kontrollnetzwerk, das als Teil unseres kognitiven Kontrollsystems unseren Fokus stabilisiert und etwa irrelevante Reize hemmt. 

Kontrolle bleibt

Insbesondere diese stärkere Verknüpfung ist es, die das Tagträumen zu einem sinnvollen Prozess macht, glauben die Forscher. Denn durch die ausgeprägte Vernetzung könne das Kontrollnetzwerk stärker auf lose Gedanken einwirken und ihnen so eine stabilere Richtung geben. Das sei der Beleg dafür, dass unsere geistige Kontrolle im Falle des gezielten Tagträumens keineswegs aussetze, so das Team. 

"Unser Gehirn scheint hier kaum einen Unterschied darin zu machen, ob unsere Aufmerksamkeit nach außen auf unsere Umgebung oder nach innen auf unsere Gedanken gerichtet ist. In beiden Fällen ist das Kontrollnetzwerk eingebunden", sagt Golchert. Die Folge: Auch beim Tagträumen können wir konzentriert über zukünftige Ereignisse nachdenken oder sogar wichtige Probleme lösen. 

"Tagträume sollten also nicht nur als etwas Störendes betrachtet werden", so Golcherts Fazit. "Kann man sie gut kontrollieren, sie also unterdrücken, wenn es wichtig ist, und ihnen freien Lauf lassen, wenn es möglich ist, kann man den größtmöglichen Nutzen aus ihnen ziehen." (Neuroimage, 2017; doi: 10.1016/j.neuroimage.2016.11.025)

(Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften, Leipzig, 13.04.2017 - DAL)

Künstliche Intelligenz ist nicht objektiver als natürliche.

lesender Roboter Hubo

aus derStandard.at, 13. April 2017, 20:31

Auch künstliche Intelligenz kann Vorurteile entwickeln

Rassistische und sexistische Anwandlungen: Ein komplexes Sprachsystem "lernt" von seinen menschlichen Schöpfern

Princeton/Wien – Computersysteme werden künftig in immer größerem Ausmaß dafür herangezogen, wichtige Entscheidungen zu treffen. Wer soll wieviel für seine Krankenversicherung zahlen? Welchem Bankkunden sollte man einen Kredit lieber verweigern? Welcher Kriminelle könnte am ehesten wieder straffällig werden? Die Idee dahinter ist unter anderem, dass Computer im Unterschied zu Menschen ihr Urteil nicht auf Basis von vorgefassten Meinungen fällen – zumindest hoffte man das früher.

Überraschenderweise machen sich künstliche Intelligenzen (KI) aber durchaus dieselben Ressentiments zu eigen wie ihre Schöpfer. Ein Forscherteam um Aylin Caliskan von der Princeton University hat nun in einem KI-System nicht nur Voreingenommenheit gegenüber bestimmten Hautfarben oder Geschlechtern festgestellt, sondern auch die möglichen Wurzeln dafür identifiziert.

GloVe kennt 2,2 Millionen Worte

Eine verbreitete Methode, Vorurteile zu messen, ist der Implizite Assoziationstest (IAT). Dabei sollen die Teilnehmer am Computer Worte anderen Begriffen zuordnen. "Blumen" werden dabei etwa in der Regel mit "erfreulich" kombiniert, den "Insekten" wird meist der Begriff "unangenehm" zugewiesen. Unter anderem anhand der Reaktionszeit der Probanden lassen sich Aussagen über das Vorhandensein unterschwelliger Vorurteile treffen.

• Aber was unterscheidet die 'künstliche' von natürlichen Intelligenz?

Caliskan und ihre Kollegen modifizierten diesen Test und setzten ihn einem hochentwickelten KI-System vor. Dieser GloVe-Algorithmus (Global Vectors for Word Representation) kennt nicht nur 2,2 Millionen englische Wörter, sondern auch ihre semantischen Beziehungen untereinander. Seine Erkenntnisse hat GloVe gewonnen, indem er für jedes einzelne Wort in Texten aus dem Internet nachgesehen hat, welche anderen Begriffe im näheren Umkreis vorkommen. Das System "las" dafür im Web rund 840 Milliarden Worte. Das Ergebnis ist ein komplexes System aus semantischen Vektoren.

Video: Aylin Caliskan und ihre Kollegen erklären, wie künstliche Intelligenzen menschliche Vorurteile übernehmen.

Vom Menschen gelernt

Der adaptierte Test mit der Bezeichnung WEAT (Word-Embedding Association Test) konnte nun nachweisen, dass GloVe bei seiner Lektüre menschliche Vorurteile in einem hohen Ausmaß übernommen hat. Als Quelle dieser Maschinen-Ressentiments identifizierten die Forscher im Fachjournal "Science" die gleichsam in die menschliche Sprache eingewobenen historischen Vorurteile und kulturellen Stereotypen.

So assoziierte die KI beispielsweise Begriffe aus der Kunst eher mit Synonymen für das Wort "Frau", während Mathematik großteils männlich konnotiert wurde. Außerdem war GloVe statistisch gesehen geneigt, Namen europäischer Herkunft eher mit positiven Eigenschaften zu verbinden als afroamerikanische Namen. Die Forscher überlegen nun, der KI ihre rassistischen und sexistischen Tendenzen auszutreiben, ohne dass dabei auch wichtige semantische Informationen verloren gehen. Bleibt nur zu hoffen, dass GloVe bei der Beseitigung seiner Vorurteile lernfähiger ist als der Mensch. (tberg)

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Abstract
Science: "Semantics derived automatically from language corpora contain human-like biases."
Link
Wired: Was passiert, wenn KIs unsere schlechten Eigenschaften übernehmen? – Interview mit KI-Forscherin Aylin Caliskan

Nota. - Das ist die Grenze maschineller Intelligenz und wird es immer bleiben: Ein Computer kann immer nur das, was ihm ein Mensch oder ein anderer von Menschen konstruierter Computer beigebracht hat. Das kann er vielfältig kombinieren, sicher schneller und gründlicher als sein Erbauer, der dann verblüfft glaubt, der Computer habe 'sich selber was ausgedacht'. 

In Bereichen, wo es ohnehin nur aufs Kombinieren und nicht aufs Erfinden ankommt - also überall, wo mathematische Symbole anwendbar sind -, bleibt dieses Missverständnis folgenlos. Doch wo immer der Computer im semantischen Bereich tätig wird, ist es ein gefährlicher Irrtum, dass er  selber denken könne! Semantik - das Reich der Bedeutungen - ist eine spezifisch und exklusiv menschliche, die spezifisch und exklusiv menschliche Dimension. 

Denn für wen kann irgendwas irgendwas bedeuten? Nur für den, der Zwecke verfolgt, und zwar in letzter Instanz selbstgewählte Zwecke: für einen, der etwas will. Und nur Menschen können etwas wollen, weil sie etwas wollen müssen. Weil ihnen nämlich in die offenen Welt, in die sie einmal aufgebrochen sind, die Evolution keinen angestammten Weg mitgegeben hat. Weil sie ihr Leben führen müssen.

Aber natürlich kann einem semantischen Computer genausogut wie einem bloßer Rechner ein Schaltfehler unterlaufen: Er spielt dann verrückt. Wer falsche Erwartungen an den Computer mitbringt, wird dann womöglich Wahnsinn mit Genie verwecheln, und das könnte böse Folgen haben.
JE 



 

Auch Elefanten haben ein Bewusstsein von sich selbst.

 
aus Die Presse, Wien, 13.04.2017 um 10:21
Ein Elefant merkt, wenn er sich im Weg steht
Haben Tiere ein Gefühl dafür, dass und wer sie sind? Menschen lernen es früh, Elefanten können es auch. 

von Jürgen Langenbach

Für uns ist es ganz normal, dass wir wissen, wer wir sind und wie wir aussehen, man muss nur in den Spiegel schauen, dann erkennt man sich. Dass das bei manchen Tieren auch so ist, bemerkte Darwin 1838 im Zoo in London, dort drückte er zwei Orang Utans einen Spiegel in die Hände, den Rest notierte er im Tagebuch: „Sie waren überaus erstaunt und sahen aus allen Richtungen hinein, sie stülpten die Lippen vor wie beim Küssen, sie machten Gesichter.“ Offenbar wussten sie, wer ihnen da entgegenblickte. Damit sind sie eher Ausnahmen: In den 70er Jahren etablierte der Psychologe Gordon Gallup den Spiegel-Test: Ihn bestanden lange nur die Großen Affen, später kamen Delfine dazu und Krähen, schließlich auch Elefanten.

Aber dieser Test wurde auch kritisiert, weil es in der Natur so viele Spiegel nicht gibt – sieht man von den Wasserstellen ab –, und weil für viele Tiere das Auge nicht der vorrangige Sinn ist. Wie soll man dann herausfinden, ob einer weiß, wer er ist und wo er ist? Psychologen haben für Kinder einen Test entwickelt, bei dem sie auf einem Teppich stehen und einen Wagen schieben sollen. Aber der ist mit einer Schnur am Teppich fixiert, man kann ihn nur bewegen, wenn man vom Teppich herunter geht und sich daneben stellt.

Man muss sich Platz machen!

Kinder lernen das mit 18 Monaten. Und Elefanten können es auch: Joshua Plotnik (Cambridge) und Rachel Dale (VetMed Wien) sind nach Thailand gereist und haben zwölf Elefanten getestet, die für gewöhnlich Touristen spazieren tragen. Sie wurden auf einen Teppich gestellt und sollten ihren Mahouts einen Stock überreichen, aber wie der Wagen bei den Kindern hing der an einer Schnurr am Teppich. Die Tiere begriffen sehr schnell: In 48 Durchgängen gingen sie 42 Mal von der Matte. War die in Kontrollexperimenten nicht mit dem Stock verknüpft, taten sie das nun Überflüssige nur drei Mal (Scientific Reports 12. 4.).

„Das ist ein scheinbar einfacher Test, aber seine Implikationen gehen weit“, schließt Plotnik: „Die Elefanten haben verstanden, dass ihre Körper ihnen im Weg standen, deshalb gingen sie zur Seite. Das impliziert, dass sie sich selbst von Objekten in ihrer Umgebung unterscheiden können.“


Nota. - Da wurde kein unnatürlicher Spiegel benutzt, das stimmt. Aber die Versuche wurden auch nicht mit wilden Elefanten aus der afrikanischen Savanne veranstaltet, sondern mit abgerichteten asiatischen Arbeitselefanten, die seit mehreren Generationen im Dienste von Menschen stehen. 
JE

Neues vom Gedächtnis.

 aus Der Standard, Wien, 7. April 2017, 18:24

Wie Herr Tonagawa die Gedächntnisforschung revolutioniert

von Klaus Taschwer

Boston/Wien – Ende 40 hatte Susumu Tonegawa alles erreicht, was man als Forscher erreichen kann: Er hatte als Immunologe die Vielfalt der Antikörper erklärt, wurde Professor am MIT, einer der besten Hochschulen der Welt, und erhielt 1987 auch noch den Medizinnobelpreis.

"Aus Angst vor Langeweile" habe er nach dem Nobelpreis beschlossen, etwas ganz anderes zu machen, wie er kürzlich im deutschen Nachrichtenmagazin Spiegel erklärte. Tonegawa wandte sich der Hirnforschung zu, konkret: der Entstehung von Erinnerungen. In diesem Gebiet sind ihm und seinen Kollegen vor allem in den letzten fünf Jahren höchst spektakuläre Durchbrüche gelungen. Und in der aktuellen Ausgabe von "Science" berichtet er über Versuche, die bisherige Annahmen über die Bildung des Langzeitgedächtnisses erschüttern.

Susumu Tonegawa (hier im Jahr 2007) hat in den letzten Jahren unser Verständnis des Erinnerns erweitert und gezeigt, wie sich das Gedächtnis manipulieren lässt.

Eingriffe in die Erinnerung

Die fast schon beängstigenden Fortschritte, die der heute 77-Jährige und seine Kollegen am MIT und am Riken-Institut für Hirnforschung in Tokio machten, verdanken sich Weiterentwicklungen der sogenannten Optogenetik. Mit dieser Methode lassen sich durch feinste Lichtimpulse im Gehirn gentechnisch veränderter Versuchstiere einzelne Neuronen manipulieren, und damit kann man auch in die Erinnerung eingreifen.

world economic forum 
Susumu Tongegawa erklärt beim World Economic Forum 2016 die neuen Möglichkeiten, in die Erinnerung einzugreifen. 

Tonegawa und seinen Kollegen gelang es auf diese Weise unter anderem, den Mäusen falsche Erinnerungen mittels Lichtimpuls einzupflanzen: Die Tiere erhielten in einem Käfig einen Elektroschock, den sie sich merkten. Zugleich wurde ihnen mittels Lichtimpulsen die Erinnerung an einen anderen Käfig ins Gedächtnis gepflanzt. Das Resultat: Die Mäuse fürchteten sich auch im echten anderen Käfig davor, Elektroschocks zu erhalten.

Alzheimer-Mäuse erinnern sich wieder

Vor rund einem Jahr ließen Tonegawa und seine Kollegen mit einem Bericht in "Nature" über gleichsam gegenteilige Manipulationen aufhorchen: Es gelang ihnen bei Mäusen, die an Alzheimer erkrankt waren, Erinnerungen wieder zu aktivieren, die nicht mehr abgerufen werden konnten.

Im September des Vorjahrs wiederum verkündeten Tonegawa und seine Kollegen in "Science", dass sie im Mäusegehirn eine Region identifiziert haben, die der Sitz des sozialen Gedächtnisses ist. Bei den Nagern hat sich dieser neuronale Schaltkreis bereits manipulieren lassen: Mäuse behandelten danach ihnen bekannte Artgenossen wie fremde und umgekehrt. Offensichtlich ist, dass es diese Region für das soziale Gedächtnis auch beim Menschen gibt – und dass sie bei uns noch stärker entwickelt ist. Man kann sich leicht ausmalen, was passiert, wenn sich diese Hirnregion auch bei uns manipulieren lässt.

Erschütterung alter Vorstellungen

Der jüngste Streich von Tonegawa und seinen Teams nimmt sich dagegen nicht so spektakulär aus. Die neue Studie erschüttert aber immerhin die seit den 1950er Jahren geltenden Vorstellungen über das Langzeitgedächtnis. Bisher dachte man, dass sich zunächst im Hippocampus Erinnerungen in Form von sogenannten Engramm-Zellen bilden würden, die erst danach allmählich im präfrontalen Kortex, einer Großhirnregion, dauerhaft gespeichert würden.

Die neuen Versuche an Mäusen zeigten, dass sich parallel zu den Engramm-Zellen im Hippocampus von Beginn an auch solche im Großhirn bilden, was "überraschend war", so Tonegawa. In den ersten Tagen bleiben diese Zellen im Kortex indes inaktiv. Und wie die Forscher mittels optogenetischer Stimulation herausfanden, reiften die kortikalen Zellen nicht, wenn die Verbindungen zwischen dem Hippocampus und dem Großhirn unterbrochen waren.

Schematische Darstellung, wie Erinnerungen dauerhaft gespeichert werden: Am ersten Tag werden entsprechende Engramm-Zellen im Hippocamus (HPC), im präfrontalen Kortext (PFC) gebildet. Eine wichtige Rolle spielt dabei noch ein Teil der Amygdala (BLA), die für Angst zuständig ist, und der medial-entorhinale Kortex (MEC). Nach dem zwölften Tag ist die Erinnerung vollständig in den Kortex gewandert.

Für Tonegawa, dem es nicht an Selbstbewusstsein mangelt, stellen die neuen Erkenntnisse nicht nur einen großen Fortschritt gegenüber dem bisherigen Wissen dar. Sie könnten beispielsweise auch Alzheimer-Patienten helfen. Denn wie man aus den früheren Tierversuchen weiß, speichern selbst Alzheimer-Mäuse Erinnerungen – sie können nur nicht mehr darauf zugreifen. (tasch, 7.4.2017)

Link
Science: "Engrams and circuits crucial forsystems consolidation of a memory"


Nota. - Die fürs Gedächtnis entscheidende Leistung des Gehirns ist nicht das Speichern, sondern das Wiederfinden: Das macht die eine Hälfte unserer Intelligenz aus. Die andere Hälfte ist der Humor.
JE 

 
 https://www.youtube.com/watch?v=P2YMM8EFQh8

Isaac Newtons bedenklicher Charakter.

 

aus Der Standard, Wien, 17. März 2017, 16:05 

"Was für ein Arschloch": Florian Freistetter nimmt Newton auseinander

Eine etwas andere Biografie gibt auch Einführung in wichtigste wissenschaftliche Erkenntnisse

Wien – Um vorweg kein Missverständnis aufkommen zu lassen: Der Wissenschaftsjournalist, derStandard.at-Blogger und "Science Buster" Florian Freistetter bewundert den Physiker Isaac Newton "wie fast keinen anderen Wissenschaftler der Vergangenheit". Das ändert aber nichts daran, dass er gewisse Vorbehalte gegenüber der Persönlichkeit des Erfinders des Gravitationsgesetzes hat. 

Diese schildert er in seinem Buch "Newton – Wie ein Arschloch das Universum neu erfand".
 
"Was für ein genialer Wissenschaftler. Und was für ein Arschloch" – so gibt Freistetter bereits am Ende der Einleitung die Stoßrichtung vor. Anschließend schildert er Newton als kompromisslosen Nerd auf einem Ego-Trip, der als Chef dem Protagonisten der TV-Serie "Stromberg" gleicht bzw. diesen als Ekelpaket sogar noch übertrifft. Oder als nachtragenden, in bis aufs Blut ausgetragene wissenschaftliche und private Streitigkeiten verwickelten mimosenhaften Rechthaber.

 

Kritikresistenter Schöpfer der Gravitationstheorie

 
Gleichzeitig lässt Freistetter die wichtigsten Forschungsarbeiten und Erkenntnisse Newtons immer wieder anklingen – sei es die Entwicklung der Gravitationstheorie (samt Aufklärung der Missverständnisse um den berühmten Apfel und dessen Bedeutung) oder die Konstruktion seines Spiegelteleskops. In diese bzw. den Umgang mit diesen lässt er immer wieder die Charakterschwächen des Wissenschafters einfließen – etwa seine Kritikresistenz in der Diskussion seiner Forschungen.

Oder seinen Hang zu Intrige und Auseinandersetzungen. In seinen letzten Lebensjahren als Beamter der Münzprägeanstalt habe Newton kaum noch Muße für Forschung gehabt, konstatiert Freistetter: "Für einen ordentlichen Streit konnte er aber anscheinend immer Zeit erübrigen." Exemplarisch dafür nimmt er sich die als Prioritätsstreit bekannte Auseinandersetzung mit Gottfried Wilhelm Leibniz vor.

Im Kern ging es dabei darum, wer von den beiden als erster die Grundzüge der Infinitesimalrechnung entwickelt – also im Endeffekt die heutige Differential- bzw. Integralrechnung begründet hat. Es folgten jahrelange Streitereien um Plagiate, selbst verfasste anonyme Lobreden auf die eigene Arbeit bzw. selbst verfasste und anderen untergeschobene kritische Kommentare zum Werk des anderen.

 

Bibel, Alchemie und Esotherik

 
An anderer Stelle vergleicht Freistetter seinen Protagonisten mit dem Pseudowissenschafter Erich von Däniken: Newton beschäftigte sich – durchaus nicht untypisch für seine Zeit – auch mit heute als esoterisch geltenden Fragestellungen. Mindestens genauso wichtig wie die Naturwissenschaften seien ihm Bibelaus- legung, religiöse Chronologie, Alchemie und Prophezeiungen gewesen. In Newtons Privatbibliothek fanden sich fast 500 Bücher über Theologie, aber nur 52 über Physik. Die Texte in seinem Nachlass umfassten rund drei Millionen von ihm geschriebene Worte, fast die Hälfte davon zu Theologie und Religion, 650.000 widmete er der Alchemie. (APA, 18.3.2017)

Zum Thema

Freistetter-Blog: Hier irrt die Wissenschaft
 
Termin
Buchpräsentation am 17. März, 19.00 Uhr in der Buchhandlung Thalia

Das Bewusstsein sitzt in einer riesigen Zelle.

aus derStandard.at, 6. 3. 2917

Riesige Nervenzelle als mögliche Quelle des Bewusstseins

Was das menschliche Gehirn so leistungsfähig macht und letztendlich auch unser Bewusstsein hervor- bringt, ist trotz jahrzehntelanger aufwändiger Forschungen nach wie vor eine weitgehend ungelöste Frage. Immerhin dürfte mittlerweile klar sein, dass die komplexen Verschaltungen der zerebralen Nervenzellen eine bedeutende Rolle dabei spielen. Um diesem gewaltigen Netzwerk, dem sogenannten Konnektom, auf den Grund zu gehen, haben sich deutsche Wissenschafter, wie zuletzt berichtet, auch Hilfe bei künstlichen neuronalen Netzen gesucht.

In den USA könnte eine Gruppe von Wissenschaftern auf der Suche nach dem Ursprung des Bewusstseins nun aber an einer anderen Stelle fündig geworden sein: Das Team um Christof Koch vom Allen Institute for Brain Science in Seattle hat bei Mäusen mit einem neuen bildgebenden Verfahren eine riesige Nerven- zelle (im Bild eine digitale Rekonstruktion) entdeckt, die das gesamte Gehirn umschließt und dicht mit beiden Hemisphären verknüpft ist.[?] Koch schließt aus den gewonnen Daten, die zwei weitere ähnlich ausgedehnte Neuronen einschließt, dass die Nervenzelle die Signale aus dem Claustrum, der am dichtesten vernetzten Schicht grauer Gehirnzellen, koordiniert. Da das Claustrum bereits zuvor mit dem Bewusstsein in Verbindung gebraucht wurde, vermuten die Forscher, dass die Harmonisierung der Signale aus diesen Arealen mithilfe der neu entdeckten Nervenzelle letztlich unsere bewussten Gedanken hervorbringen könnte. 


Nota. - Kein Homunculus, kein Kommandant, sondern ein Sammler und Koordinator. Offen bleibt, wer wie wo die Entscheidungen trifft.
JE

Das Bewusstsein am Modell rekonstruieren.

aus derStandard.at, 28. Februar 2017, 14:30                                                  Konnektom

Künstliche Intelligenz soll nach Quelle des Bewusstseins suchen

Neuronales Netzwerk hilft bei der Entschlüsselung des Konnektoms. System überrascht mit geringer Fehlerrate

Martinsried – Das menschliche Gehirn ist trotz zahlreicher Forschungsprojekte nach wie vor ein großes Rätsel. Vor allem über den Ursprung unseres Bewusstseins können die Wissenschafter vorerst allenfalls Vermutungen anstellen. Wahrscheinlich steht es in engem Zusammenhang mit dem komplexen Schaltplan des Gehirns. Doch den zu entschlüsseln ist eine enorm zeitaufwendige Aufgabe. Nun haben sich Wissenschafter des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie in Martinsried Hilfe bei künstlicher Intelligenz gesucht. Die Forscher haben neuronale Netze so trainiert, dass die Rekonstruktion von Nervenzellschaltplänen enorm beschleunigt wird.

Nervenzellen brauchen Gesellschaft. Während eine einzelne Zelle wenig bewirken kann, werden Nervenzellen im Verbund zu einem mächtigen Netzwerk, das zum Beispiel unser Verhalten steuert. Dabei tauschen die Zellen Informationen über ihre Kontaktstellen, die Synapsen, aus. Das Wissen darüber, welche Nervenzellen wann und wo miteinander verbunden sind, trägt entscheidend dazu bei, grundlegende Hirnfunktionen ebenso wie übergeordnete Prozesse wie Lernen, Gedächtnis, Bewusstsein und Erkrankungen des Nervensystems zu verstehen. Denn Forscher vermuten, dass der Schlüssel zu alldem in der Verschaltung der rund 100 Milliarden Zellen im menschlichen Gehirn liegt.

Automatisierte Abtastung

Um diesen Schlüssel verwenden zu können, müsste jedoch das Konnektom erfasst werden – jede Nervenzelle eines Gehirns mit ihren tausenden Kontakten und Partnerzellen. Noch vor wenigen Jahren schien so etwas gänzlich unmöglich. Von "unmöglich" lassen sich die Wissenschafter in der Abteilung "Elektronen – Photonen – Neuronen" am Max-Planck-Institut für Neurobiologie allerdings kaum abschrecken. So entwickelten und verbesserten sie in den vergangenen Jahren Färbe- und Mikroskopiemethoden, mit denen Hirngewebeproben in einem automatisierten Prozess in dreidimensionale, hochaufgelöste Elektronenmikroskopbilder verwandelt werden.

Ihr neuestes Mikroskop, dass als Prototyp in der Abteilung im Einsatz ist, tastet die Oberfläche einer Probe gleich mit 91 Elektronenstrahlen parallel ab, bevor die nächste Probenebene freigelegt wird. Im Vergleich zum Vorgängermodell erhöht sich die Datenerfassungsrate so um mehr als das Fünfzigfache. Ein ganzes Mäusegehirn könnte anstatt in vielen Dekaden, innerhalb weniger Jahre erfasst werden.

Jahrelange Bilderanalyse

Während es somit nun möglich ist, ein Hirngewebestück in wenigen Wochen in Billionen Pixel zu zerlegen, dauert die Analyse dieser elektronenmikroskopischen Bilder viele Jahre. Das liegt daran, dass herkömmliche Computeralgorithmen oft zu ungenau sind, um die hauchdünnen Fortsätze der Nervenzellen über lange Strecken zuverlässig zu verfolgen und die Synapsen zu erkennen. Daher müssen immer noch Menschen in stundenlanger Bildschirmarbeit die Synapsen in den Bilderstapeln aus dem Elektronenmikroskop identifizieren.

Doch auch diese Hürde nehmen nun die Forscher um Jörgen Kornfeld mit Hilfe künstlicher neuronaler Netze. Diese Algorithmen können aus Beispielen und Erfahrungen lernen und dieses Wissen auch verallgemeinern. Bereits heute werden sie sehr erfolgreich in der Bildverarbeitung und Mustererkennung eingesetzt. "Da war der Weg nicht weit zum Einsatz eines künstlichen Netzes für die Analyse eines echten neuronalen Netzes", so Kornfeld, Hauptautor der in "Nature Methods" erschienen Studie. Ganz so einfach wie es klingt, war es dann doch nicht. In monatelanger Arbeit trainierten und testeten die Wissenschafter sogenannte "Convolutional Neural Networks" darauf, Zellfortsätze, Zellbestandteile und Synapsen in den Bilddaten zu erkennen und voneinander zu unterscheiden.

Überraschend geringe Fehlerrate

Das so entstandene SyConn Netzwerk kann nun, nach einer kurzen Anlernphase, diese Strukturen selbstständig und äußerst zuverlässig identifizieren. Die Anwendung auf Datensätze aus dem Singvogelgehirn zeigte, dass SyConn so zuverlässig ist, dass ein menschliches Fehlerlesen überflüssig wird. "Das ist absolut fantastisch, denn mit einer so geringen Fehlerrate hatten wir eigentlich gar nicht gerechnet", meint Kornfeld. Die neu entwickelten künstlichen neuronalen Netze können Neurobiologen in Zukunft viele tausend Stunden monotoner Arbeit abnehmen – und so die Zeit bis zur Entschlüsselung des Konnektoms, und vielleicht auch des Bewusstseins, um viele Jahre verkürzen. (red)

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Abstract
Nature Methods: "Automated synaptic connectivity inference for volume electron microscopy."