Neuronales Netz

Zeichnung der neuronalen Vernetzung im auditiven Cortex (Santiago Ramón y Cajal, 1898)

Ein neuronales Netz besteht aus einer Vielzahl miteinander über Synapsen vernetzter Neuronen, die innerhalb des Nervensystems einen funktionellen Zusammenhang bilden. Eine erste Darstellung gab 1894 der österreichischer Physiologe Sigmund Exner in seinem Entwurf zu einer physiologischen Erklärung der psychischen Erscheinungen. Üblicherweise verfügen neuronale Netze über eine Vielzahl von Eingängen und einen einzigen Ausgang. Durch ihre dynamische funktionelle und strukturelle neuronale Plastizität, durch die die synaptischen Verbindungen der Nervenzellen tätigkeitsabhängig beständig umgebildet werden, sind neuronale Netze hochgradig lernfähig. Sie folgen dadurch nicht fix vorgegebenen Regeln, sondern entwickeln eine eigenständige Art von neuronaler Intelligenz. Hervorstechend ist insbesondere ihre Fähigkeit, komplexe Muster zu erkennen und zu speichern.

Der technische Nachbau neuronaler Netze durch künstliche neuronale Netze ist für die Entwicklung der künstlichen Intelligenz von hervorragender Bedeutung.

Hebbsche Lernregel

1949 formulierte der kanadische Kognitionspsychologe Donald O. Hebb (1904-1985) in seinem Buch The Organization of Behavior die mittlerweile experimentell gut belegte grundlegende und einfachste neuronale Lernregel, die sog. Hebbsche Lernregel, die kurz gefasst besagt: „what fires together, wires together“, d.h. je öfter Neuronen gleichzeitig feuern, umso bevorzugter werden sie auch künftig durch Ausbildung entsprechender synaptischer Verbindungen miteinander aktiv werden. In künstlichen neuronalen Netzen wird sie durch die Gewichtsänderung $\Delta w_{ij}$ des neuronalen Graphen abgebildet. Sie ist proportional zu der als passende Konstante gewählten Lernrate $\eta$ und zur Aktivitätsrate $a_{i}$ des Neurons i und dem Output des mit ihm verbundenen Neurons j, d.h.:

$\Delta w_{ij}=\eta \cdot a_{i}\cdot o_{j}$

Siehe auch

• Neuronales Netz - Artikel in der deutschen Wikipedia
• Künstliches neuronales Netz - Artikel in der deutschen Wikipedia

Literatur

• Sigmund Exner: Entwurf zu einer physiologischen Erklärung der psychischen Erscheinungen von Dr. Sigmund Exner: I. Theil, F. Deuticke, Leipzig Wien 1894
• Donald Olding Hebb: The organization of behavior. A neuropsychological theory. Erlbaum Books, Mahwah, N.J. 2002, ISBN 0-8058-4300-0
• Manfred Spitzer: Geist im Netz. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 1996, ISBN 3-8274-0109-7, S. 148–182
• Norman Doidge, Jürgen Neubauer (Übers.): Neustart im Kopf: wie sich unser Gehirn selbst repariert. Campus-Verlag, Frankfurt am Main / New York 2008, ISBN 978-3-593-38534-1

Weblinks

Commons: Neural network - Weitere Bilder oder Audiodateien zum Thema

• Einführung in die Grundlagen und Anwendungen neuronaler Netze
• Einführung in Neuronale Netze (Memento vom 15. Mai 2001 im Internet Archive)
• Geschichte der Neuronalen Netze bis 1960 (Memento vom 3. Februar 2006 im Internet Archive) (engl.)
• Ein kleiner Überblick über Neuronale Netze (D. Kriesel) - Ausführliche, illustrierte Arbeit zu Neuronalen Netzen; Themen sind u. a. Perceptrons, Backpropagation, Radiale Basisfunktionen, Rückgekoppelte Netze, Self Organizing Maps, Hopfield-Netze.
• Neuronale Plastizität: Das formbare Gehirn (PDF) In: Forschungsperspektiven 2010+, Max-Planck-Gesellschaft.
• Ulrich Kraft: Altern mit Köpfchen. (PDF; 2,6 MB) In: MaxPlanckForschung, Heft 1/2007
• Models of Synaptic Plasticity. In: Scholarpedia. (englisch, inkl. Literaturangaben)
• Harel Z. Shouval: Maintenance of synaptic plasticity. In: Scholarpedia. (englisch, inkl. Literaturangaben)