Neurowissenschaften und Neuronales Netz: Unterschied zwischen den Seiten

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Als '''Neurowissenschaften''' (seltener auch im Singular: '''Neurowissenschaft''') werden die [[naturwissenschaft]]lichen Forschungsbereiche bezeichnet, in denen Aufbau und Funktionsweise von [[Nervensystem]]en untersucht werden. Aufgrund der vielfältigen verwendeten Methoden wird neurowissenschaftliche Forschung von Wissenschaftlern aus vielen verschiedenen Disziplinen wie etwa [[Physiologie]], [[Psychologie]], [[Medizin]], [[Informatik]], [[Robotik]] oder [[Mathematik]] betrieben.<ref name="Trappenberg">{{Literatur |Autor=Trappenberg, Thomas P. |Titel=Fundamentals of Computational Neuroscience | Auflage=2|Verlag=Oxford University Press |Ort=Oxford |Datum=2010|ISBN=978-0-19-956841-3}}</ref>
[[Datei:Cajal actx inter.jpg|mini|Zeichnung der neuronalen Vernetzung im [[Wikipedia:Auditiver Cortex|auditiven Cortex]] ([[Santiago Ramón y Cajal]], 1898)]]
[[Datei:CajalHippocampus.jpeg|mini|Die neuronale Verbindungen des Nagetier-[[Hippocampus]] von Ramón y Cajal, 1911]]
[[Datei:Network representation of brain connectivity.JPG|mini|Modell der menschlichen [[Großhirnrinde]] mit dem Grundgerüst der cortico-corticaler Assoziations- und Kommissurfasern, die die verschiedenen Gehirnareale miteinander verbinden.]]
[[Datei:Neural network.svg|mini|Schema einer einfachen neuronalen Vernetzung<br />mit '''Divergenz''': ein Neuron gibt Signale an mehrere andere Neuronen weiter,<br /> und '''Konvergenz''': ein Neuron erhält Signale von mehreren anderen.]]
[[Datei:ArtificialNeuronModel deutsch.png|mini|Schema eines künstlichen Neurons mit mehreren gewichteten Eingaben]]


Forschungsrichtungen, die hauptsächlich den Aufbau und die Leistungen des [[Gehirn]]s von [[Mensch]]en und [[Affen|Menschenaffen]] ([[Primaten]]) untersuchen, werden umgangssprachlich oftmals unter der Bezeichnung '''Hirn-''' oder '''Gehirnforschung''' zusammengefasst.  
Ein '''neuronales Netz''' besteht aus einer Vielzahl in funktionellen hierarchischen Ebenen angeordneter, miteinander über [[Synapse]]n vernetzter [[Neuron]]en ([[Nervenzelle]]n), die auf der feinsten Ebene des [[Nervensystem]]s, der Mikoskala, einen funktionellen Zusammenhang bilden. Auf der Mesoskala ist die [[Großhirnrinde]] darüber hinaus in [[Kortikale Säule|kortikalen Säulen]] mit einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 80 Mikrometern organisiert, die aus einigen hundert oder tausend Neuronen bestehen. Die Makroskala wird durch die weitreichenden Verbindungen zwischen den verschiedenen spezialisierten Hirnarealen gebildet. Die Gesamtheit all dieser vielfältigen Nervenverbindungen wird als '''Konnektom''' bezeichnet.


== Geschichte der Hirnforschung ==
== Grundlagen ==


Funde aus dem [[Ägyptisch-Chaldäische Kultur|frühen Ägypten]] belegen, dass schon vor 5000 Jahren operative Eingriffe in das Zentralnervensystem getätigt wurden. Etwa 70 Prozent der Schädel, bei welchen Hinweise auf derartige Eingriffe vorhanden sind, haben sich nach dem Eingriff biologisch verändert, was darauf hinweist, dass der Patient den Eingriff um Monate oder Jahre überlebt hat.
Eine erste Darstellung<ref>Olaf Breidbach: ''Hirn, Hirnforschung.'' In: Werner E. Gerabek, Bernhard D. Haage, Gundolf Keil, Wolfgang Wegner (Hrsg.): ''Enzyklopädie Medizingeschichte.'' De Gruyter, Berlin/New York 2005, ISBN 3-11-015714-4, S. 600 f.; hier: S. 600 (und S. 1543).</ref> gab 1894 der österreichischer Physiologe [[Wikipedia:Sigmund Exner|Sigmund Exner]] in seinem ''Entwurf zu einer physiologischen Erklärung der psychischen Erscheinungen''<ref>[[Wikipedia:Sigmund Exner|Sigmund Exner]]: ''[https://archive.org/details/entwurfzueinerph00exne Entwurf zu einer physiologischen Erklärung der psychischen Erscheinungen von Dr. Sigmund Exner: I. Theil]'', F. Deuticke, Leipzig Wien 1894</ref>. Üblicherweise verfügen neuronale Netze über eine Vielzahl von Eingängen und einen einzigen Ausgang. Durch ihre hohe funktionelle und strukturelle '''neuronale Plastizität''', durch die die [[Synapse|synaptischen Verbindungen]] der [[Nervenzelle]]n aktivitätsabhängig beständig umgebildet und neu gewichtet werden, sind neuronale Netze hochgradig [[Lernen|lernfähig]]. Daneben findet zwischen Neuronen und Zellen der [[Wikipedia:Gliazelle#Gliazelltypen|Neuroglia]], insbesondere mit den [[Wikipedia:Oligodendrozyt|Oligodendrozyt]]en und [[Wikipedia:Astrozyt|Astrozyten]], ein chemischer und elektrischer Austausch statt, der die Gewichtung der Signale verändern kann. Neuronale Netze folgen dadurch nicht explizit vorgegebenen Regeln, sondern entwickeln bei entsprechendem Training durch [[implizites Lernen]] eine eigenständige Art von neuronaler [[Intelligenz]]. Hervorstechend ist insbesondere ihre Fähigkeit, komplexe [[Muster]] zu erkennen und zu speichern.  


Um 500 v. Chr. soll [[Wikipedia:Alkmaion (Philosoph)|Alkmaion von Kroton]] als Erster die Sehnerven und andere sensorische Nerven entdeckt haben. Alkmaion entwickelte die Vorstellung, dass Nerven hohl seien und ein Medium (''kenon'') umhüllten, das den Sinneseindruck zum Gehirn leitet<ref name="Lloyd1952">Lloyd, 1975.: ''Alcmeon and the early history of dissection'', Sudhoffs Archiv, 59: 113–47</ref>.  [[Hippokrates von Kos]] (ca. 460–370 v. Chr.) erkannte, dass das Gehirn als Sitz der Empfindung und Intelligenz fungiert. [[Aristoteles]] (384–322 v. Chr.) ging im Gegensatz dazu davon aus, dass die [[Empfindung]]en und der [[Verstand]] ihren Sitz im [[Herz]]en haben; das Gehirn sei nur ein Kühlorgan für das [[Blut]]. Die [[Seele]] ({{ELSalt|ψυχή}}, ''[[Psyche|psychḗ]]'') sei eine eigenständige [[Substanz]], die dem [[leben]]digen [[Körper]] ihre [[Form]] gebe<ref>Aristoteles, Klaus Corcilius (Übers.): ''Über die Seele. De Anima.'' Griechisch-Deutsch, Felix Meiner Verlag, Hamburg 2017, ISBN 978-3-7873-2789-8, Buch II, Kapitel 1, 412<sup>a</sup>20.</ref>. Diese Lehre wurde später von [[Thomas von Aquin]] (um 1225-1274) im [[Christentum|christlichen]] Sinn weiter ausgeführt (''anima unica forma corporis''<ref>Richard Heinzmann: ''Anima unica forma corporis. Thomas von Aquin als Überwinder des platonisch-neuplatonischen Dualismus.'' in: ''Philosophisches Jahrbuch'', 93. Jahrgang 1986, Verlag Karl Alber, Freiburg/München 1986, S. 236ff. [https://epub.ub.uni-muenchen.de/10042/1/10042.pdf]</ref><ref>Tobias Kläden: ''Anima forma corporis. Zur Aktualität der nichtdualistischen Sicht des Menschen bei Thomas von Aquin.'' in: ''Natur und Geist: von der Einheit der Wissenschaften im Mittelalter'', Ostfildern 2008, S. 11-30 [http://www.kamp-erfurt.de/level9_cms/download_user/Gesellschaft/Anima%20forma%20corporis.pdf]</ref>).
Die Struktur der neuronalen Netze und der Bau des [[Gehirn]]s insgesamt ist in gewissem Sinn eine [[physisch]] realisierte [[Imagination]] der geistig-seelischen Tätigkeit des [[Mensch]]en. Darauf hat schon [[Rudolf Steiner]] hingewiesen:
 
[[Wikipedia:Herophilos von Chalkedon|Herophilos von Chalkedon]] (um 325–255 v. Chr.) führte erste Autopsien durch und beschrieb korrekt die grobe Anatomie des Gehirns. Den Sitz der [[Seelenkräfte]] und der menschlichen [[Intelligenz]] sah er aber nicht im Hirngewebe, sondern in den von ihm erstmals entdeckten drei flüssigkeitsgefüllten  [[Hirnventrikel]]n<ref name="Diels1952">H. Diels, W. Kranz: ''Die Fragmente der Vorsokratiker.'' 6th ed., Band 1, S. 210–216. Weidmann, Dublin, Ireland 1952.</ref>. [[Wikipedia:Erasistratos|Erasistratos]] (um 305–250 v. Chr.) unterschied bereits [[Motorische Nerven|motorische]] und [[sensorische Nerven]] und zählte wegen der Aufteilung des erten Ventrikels in einen rechten und linken Ventrikel vier Hirnventrikel. Die Seele lokalisierte er in den Hirnwindungen bzw. Hirnhäuten<ref>Bernhard D. Haage: ''Ventrikellehre.'' In: [[Wikipedia:Werner E. Gerabek|Werner E. Gerabek]], Bernhard D. Haage, [[Wikipedia:Gundolf Keil|Gundolf Keil]], Wolfgang Wegner (Hrsg.): ''Enzyklopädie Medizingeschichte.'' De Gruyter, Berlin/ New York 2007, ISBN 978-3-11-019703-7, eBook ISBN 978-3-11-097694-6, S. 1439.</ref>
 
Um 129–216 n. Chr. wurden die Funktionen einzelner Nervenbahnen durch [[Galenos|Galen]] und erstmals auch das [[Sympathisches Nervensystem|sympathische Nervensystem]] beschrieben, dessen eigentliche Funktion er aber nicht erfasste. Herophilus folgend nahm er an, dass sich in den Hirnventrikeln eine Substanz befinde, das ''[[pneuma]] psychikon'' (lat. ''spiritus animalis''), welche durch die als hohl angenommenen Nerven einerseits [[Sinneswahrnehmung]]en zum Gehirn transportiere, andererseits aber auch die [[Muskel]]n in [[Tätigkeit]] setze.
 
Die Kenntnisse der westeuropäischen [[Hirnforschung]] fielen im Mittelalter hinter das Niveau der Antike zurück. Die Forschung im europäischen Raum beschäftigte sich primär mit der klösterlichen [[Heilkräuter]]kunde. Einzig [[Albertus Magnus]] (um 1200-1280) baute um 1250 die Ventrikellehre weiter aus und stellte sich vor, dass der ''spiritus animalis'' ähnlich einem römischen Brunnen von einem Ventrikel in den nächsten fließe und so den Prozess von der [[Wahrnehmung]] über das [[Denken]] zur [[Erinnerung]] führe.
 
In der [[Renaissance]] wurden erstmals wieder [[Obduktion]]en durchgeführt. Der Italiener [[Wikipedia:Giovanni Alfonso Borelli|Giovanni Alfonso Borelli]] (1608–1679) stellte erstmals die Existenz eines gasförmigen ''spiritus animalis'' in Frage. Er vermutete stattdessen die Existenz einer Flüssigkeit, des ''succus nerveus'', die durch die hohlen Nerven in die Extremitäten gepresst werden und so nach pneumatischen Prinzipien die Handlungen hervorrufen solle.
 
Dass elektrische Impulse über Nerven strömen, wurde im 18. Jahrhundert erstmals beschrieben. Eine zweite wichtige Erkenntnis des 18. Jahrhunderts war, dass die [[Großhirnrinde]] funktionell gegliedert ist. Ab dem 19. Jahrhundert schritt auch die Erforschung der Hirnanatomie schnell voran. Im noch jungen 21. Jahrhundert entwickelt sich die Neurowissenschaft primär methodologisch weiter.
 
== Neurowissenschaften und Materialismus ==
 
In den Neurowissenschaften ist ein starker Hang zum [[Naturalismus]], [[Materialismus]], [[Determinismus]], [[Reduktionismus]] und [[Physikalismus]] zu bemerken. So meint etwa [[Wikipedia:Gerhard Roth|Gerhard Roth]]: „''Wir müssen also davon ausgehen, dass Geist ein physikalischer Zustand eigener Art mit vielen speziellen Gesetzen ist.''“<ref>„Wir müssen also davon ausgehen, dass Geist ein physikalischer Zustand eigener Art mit vielen speziellen Gesetzen ist. Dies ist insofern kein Problem, als der Bereich der Physik stets offen war und ist für Erweiterungen: Was zur Physik gehört und was nicht, hat sich über die Jahrhunderte stark geändert und wird sich weiter ändern. Warum aber sehen wir Geist überhaupt als physikalischen Zustand an und sind nicht einfach Dualisten, für die sich Geist grundlegend vom Materiell-Physikalischen unterscheidet?<br>
Der Grund hierfür ist, dass Geist – welcher physikalischen Natur er auch immer ist - eindeutig im Rahmen der Naturgesetze auftritt und unabdingbar an physikalische und im engeren Sinne an chemische und physiologische Gesetzmäßigkeiten gebunden ist. Dies ist mit einem Dualismus unvereinbar. Wie oben bereits beschrieben, geht geistige Aktivität im Gehirn mit einem hohen Sauerstoff- und Glukoseverbrauch und vielen anderen neuroelektrischen und neurochemischen Prozessen einher, und nach bisheriger Kenntnis sind die Beziehungen mehr oder weniger linear; d.h. je intensiver die geistigen Aktivitäten, desto höher der Hirnstoffwechsel, der Transmitterausstoß, die Entladungsraten der Neurone usw. Hinzu kommt, dass es keine geistigen Zustände gibt, die physikalischen Gesetzen eklatant widersprechen. Dies wäre vor allem dann der Fall, wenn geistige Zustände überhaupt nicht an neuronale Prozesse gebunden wäre. Das Gegenteil ist aber der Fall: Geistige Zustände hängen aufs Engste mit neuronalen Zuständen zusammen, die wiederum klar physikalisch-chemisch-physiologischen Gesetzen gehorchen.<br>
Wir müssen also auf der einen Seite zugeben, dass Geist ein physikalischer Zustand eigener Art ist, der sich aber in das Gesamtgefüge physikalischer Zustände einfügt und dieses nicht im dualistischen Sinne „transzendiert". Zugleich gibt es ganz offensichtlich zahlreiche Eigengesetzlichkeiten des Geistigen, die durch die bisherige Physik nicht erklärt werden können - aber das ist bei vielen Eigenschaften biologischer Systeme der Fall. So findet die biologische Evolution zweifellos im Rahmen der Physik statt, aber es gibt keine physikalische, sondern nur eine spezielle biologische Theorie der Evolution. Wie die „Physik des Geistes" einmal aussehen wird, ist unklar. Die Tatsache, dass Geist im Gehirn nur bei hohem Energie- und Materiedurchsatz auftritt, stellt ihn in die Nähe komplexer physikalischer und chemischer Systeme, die man „selbstorganisierend" nennt und die sich durch „spontane" Muster- und Ordnungsbildung raumzeitlicher Art auszeichnen. Die Gestaltpsychologie hat viele Merkmale von Wahrnehmungs- und Denkvorgängen beschrieben, die ebenfalls eine große Nähe zu Merkmalen
selbstorganisierender physiko-chemischer Systeme haben.“<br>Gerhard Roth: ''Die Physik des Geistes'' in: Konrad Sandhoff, Wolfgang Donner (Hrsg.): ''Vom Urknall zum Bewusstsein - Selbstorganisation der Materie'', 2007, S. 309</ref> Diese Haltung ist auch nicht weiter verwunderlich, denn in der [[Nerven]]tätigkeit und insbesondere im physischen Bau des [[Gehirn]]s spiegelt sich die [[geist]]ige Tätigkeit des [[Mensch]]en als ein sogar in gewissem Sinn selbsttätiges [[Abbild]] wider, denn „''alles das, was das übersinnliche Seelenorgan vorstellungsgemäß kann, kann das Gehirn auch.''“ {{GZ||314|90}}
 
{{Zitat|Wir haben herausgefunden, dass im
menschlichen Gehirn neuronale Prozesse
und bewusst erlebte geistig-psychische
Zustände aufs Engste miteinander
zusammenhängen und unbewusste Prozesse
bewussten in bestimmter Weise vorausgehen.
Die Daten, die mit modernen
bildgebenden Verfahren gewonnen
wurden, weisen darauf hin, dass sämtliche
innerpsychischen Prozesse mit neuronalen
Vorgängen in bestimmten Hirnarealen
einhergehen – zum Beispiel Imagination,
Empathie, das Erleben von
Empfindungen und das Treffen von Entscheidungen
beziehungsweise die absichtsvolle
Planung von Handlungen.
Auch wenn wir die genauen Details
noch nicht kennen, können wir davon
ausgehen, dass all diese Prozesse grundsätzlich
durch physikochemische Vorgänge
beschreibbar sind. Diese näher zu
erforschen ist die Aufgabe der Hirnforschung
in den kommenden Jahren und
Jahrzehnten.
 
Geist und Bewusstsein – wie einzigartig
sie von uns auch empfunden werden
– fügen sich also in das Naturgeschehen
ein und übersteigen es nicht. Und:
Geist und Bewusstsein sind nicht vom
Himmel gefallen, sondern haben sich in
der Evolution der Nervensysteme allmählich
herausgebildet. Das ist vielleicht
die wichtigste Erkenntnis der modernen
Neurowissenschaften.|Das Manifest|''Elf führende Neurowissenschaftler über Gegenwart und Zukunft der Hirnforschung'', in: GEHIRN & GEIST 6/2004, S. 33 [https://www.spektrum.de/pdf/gug-04-06-s030-pdf/834924]}}
 
Viele Neuro- und [[Kognitionswissenschaftler]] gehen auch grundsätzlich davon aus, dass das [[mensch]]liche [[Gehirn]] im Prinzip wie ein [[Computer]] funktioniert und alle geistige und seelische Tätigkeit letztlich auf Verrechnungsprozessen beruht - eine These, die allerdings von Wissenschaftlern wie [[Wikipedia:John Searle|John Searle]] (* 1932) oder [[Wikipedia:Roger Penrose|Roger Penrose]] (* 1931) energisch bestritten wird.
 
Der Mensch wird vielfach geradezu als gehirngesteuerter [[Automat]] angesehen, dem der [[Freier Wille|freie Wille]] abgesprochen und das [[Ich]] und die [[Seele]] zu wesenlosen [[Illusionen]] erklärt werden. So behauptet etwa der [[Neurophysiologe]] [[Wikipedia:Wolf Singer|Wolf Singer]] ganz dezidiert: „''Verschaltungen legen uns fest: Wir sollten aufhören, von Freiheit zu sprechen''“<ref>Wolf Singer in:  Christian Geyer (Hrsg.): ''Hirnforschung und Willensfreiheit'', 2004, S. 30ff.</ref> und fordert entsprechende [[Ethik|ethische]] und [[Rechtsleben|juristische]] Konsequenzen bezüglich der [[Schuld]]fähigkeit des Menschen. [[Thomas Metzinger]], der in die gleiche Richtung denkt, warnt zugleich aber auch vor den nachweislichen Folgen einer solchen Anschauung:
 
{{LZ|Was viele
Geisteswissenschaftler häufig noch nicht wissen, ist, dass es mittlerweile erste
empirische Studien gibt, die tatsächlich zeigen wie ein verringerter Glaube an
die eigene Willensfreiheit bei Versuchspersonen nachweislich zu einer
Abschwächung von Hilfsbereitschaft, zu einer Erhöhung der Bereitschaft zum
Betrügen, zu geringerer Selbstkontrolle, einer schwächeren Reaktion auf
eigene Fehler und zu einer Verstärkung von Aggressivität führt. Objektive
Veränderungen können experimentell sogar bis in die neuronalen Korrelate
der unbewussten Vorstufen von Willkürhandlungen nachgewiesen werden.|Metzinger, S. 186}}
 
Gemeinsam mit dem [[England|englischen]] [[Philosoph]]en [[Peter Hacker]] hat der [[Wikipedia:Australien|australische]] Neurowissenschaftler und [[Physiologe]] [[Maxwell Bennett]] wesentlich zur begrifflichen Klärung der Grundlagen der Neurowissenschaften beigetragen. Beide Forscher wenden sich entschieden gegen die eben genannte Missdeutung, dass der [[Geist]] des [[Mensch]]en bzw. seine [[Individualität]] ''identisch'' mit seinem [[Gehirn]] sei. Die sei ein „[[mereologischer Fehlschluss]]“, d.h. ein falscher [[Schluss]] von den [[Teil]]en auf das [[Ganzheit|Ganze]]. Hacker schließt unmittelbar an Wittgenstein an, der gemeint hatte „''man könne nur vom lebenden Menschen, und was ihm ähnlich ist, (sich ähnlich benimmt) sagen, es habe Empfindungen; es sähe; sei blind; höre; sei taub; sei bei Bewußtsein, oder bewußtlos.''“<ref>Ludwig Wittgenstein: ''Philosophische Untersuchungen'' (1953), § 281, in: Ludwig Wittgenstein: ''Werkausgabe'', Band 1, Suhrkamp Verlag, Frankfurt am Main 1999, ISBN 978-3-518-28101-7, S.231-485</ref> Es ist der Mensch als Ganzes, als [[psychophysisch]]e Einheit (aus [[Anthroposophie|anthroposophischer]] Sicht die Einheit von [[Leib]], [[Seele]] und [[Geist]]), der wahrnimmt, denkt, fühlt, will usw.
 
{{Zitat|Der Geist ist jedoch, wie wir geltend machen, weder
eine vom Gehirn verschiedene noch eine mit dem Gehirn
identische Substanz. Außerdem zeigen wir, daß es ungereimt
ist, dem Gehirn psychologische Eigenschaften zuzuschreiben.
Wir Menschen verfügen über eine Vielzahl psychischer Fähigkeiten,
die im Leben zum Einsatz gebracht werden, wenn wir
wahrnehmen, denken und Überlegungen anstellen, Emotionen
empfinden, Dinge haben wollen, Pläne schmieden und Entscheidungen
treffen. Daß wir diese Fähigkeiten haben, definiert
uns als die Lebewesen, die wir tatsächlich sind. Die Bedingungen
und Begleitumstände des Vorhandenseins und der
Ausübung dieser Vermögen kann man erforschen. Das ist die
Aufgabe der Neurowissenschaft, die immer mehr darüber herausfindet.
Doch ihre Entdeckungen ändern gar nichts an der begrifflichen Wahrheit, daß diese Fähigkeiten und deren Ausübung
in der Wahrnehmung wie im Denken und Fühlen ''Eigenschaften von Menschen sind'', nicht Eigenschaften ihrer Teile,
insbesondere ''nicht des Gehirns''. Der Mensch ist nicht ein in
den Schädel eines Körpers eingebettetes Gehirn, sondern eine
psychophysische Einheit, ein Lebewesen, das wahrnehmen,
absichtlich handeln, Überlegungen anstellen und Emotionen
empfinden kann, ein die Sprache gebrauchendes Lebewesen,
das nicht nur Bewußtsein, sondern auch Selbstbewußtsein hat...
 
Es hat nämlich keinen Sinn, solche psychologischen
Attribute irgendeiner kleineren Einheit zuzuschreiben als dem
Lebewesen als Ganzem. Es sind nicht Teile des Gehirns, die
wahrnehmen, sondern das Lebewesen nimmt wahr; es ist nicht
das Gehirn, das denkt und Überlegungen anstelle, sondern der
Mensch. Das Gehirn und seine Tätigkeiten ''ermöglichen es uns'' -
nicht ''ihm'' -, wahrzunehmen und zu denken, Emotionen zu
empfinden sowie Projekte zu ersinnen und in die Tat umzusetzen.|M. Bennett, P. Hacker|''Neurowissenschaft und Philosophie'', S. 19ff.}}
 
Warum die Missdeutung, den Geist mit dem Gehirn und dessen Funktionen gleichzusetzen, sehr naheliegend ist, hat [[Rudolf Steiner]] wie folgt begründet:


{{GZ|Ich war einmal in einer
{{GZ|Ich war einmal in einer
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nicht. Wenn der Mensch bloß Gehirnwesen wäre, so würde man gar
nicht. Wenn der Mensch bloß Gehirnwesen wäre, so würde man gar
nicht daraufzukommen brauchen, daß er noch eine Seele hat.|314|88ff}}
nicht daraufzukommen brauchen, daß er noch eine Seele hat.|314|88ff}}
== Rekurrente neuronale Netze ==
[[Datei:Neuronal-Networks-Feedback.png|mini|Verschiedene Arten der Rückkopplung]]
Bei '''rückgekoppelten''' bzw, '''rekurrenten neuronalen Netzen''', wie sie vor allem im [[Neocortex]] vorkommen, sind die [[Neuron]]en einer Rindenschicht entweder mit Neuronen derselben oder einer darunterliegenden Schicht [[Rückkopplung|rückgekoppelt]]. Dabei gibt es verschiedene Verschaltungsmöglichkeiten:
* <span style="color:blue">'''direkte Rückkopplung'''</span> ({{EnS|direct feedback}}): der Ausgang wird als Eingang auf dasselbe Neuron zurückgeführt (<math>\color{blue}{w_d}</math>)
* <span style="color:green">'''indirekte Rückkopplung'''</span> ({{EnS|indirect feedback}}: der Ausgang wird an ein Neuron einer darunterliegenden Schicht weitergeleitet (<math>\color{green}{w_i}</math>)
* <span style="color:red">'''laterale Rückkopplung'''</span> ({{EnS|{{EnS|lateral feedback}}}}: der Ausgang des Neurons wird seitlich an ein anderes Neuron derselben Schicht weitergeleitet (<math>\color{red}{w_l}</math>)
* '''vollständige Rückkopplung''': jeder Ausgang des Neurons ist mit einem anderen Neuron verbunden
== Künstliche neuronale Netze ==
[[Datei:Diagram of a McCulloch-Pitts-cell.svg|mini|Diagramm einer McCulloch-Pitts-Zelle nach [[Marvin Minsky|Marvin Minsky]].]]
Der [[Technik|technische]] Nachbau neuronaler Netze durch '''künstliche neuronale Netze''' (kurz: '''KNN'''; {{EnS|artificial neural network}}, '''ANN''') ist für die Entwicklung der [[Künstliche Intelligenz|künstlichen Intelligenz]] von hervorragender Bedeutung. Die Grundlage dafür bietet das softwaremäßig, seltener auch hardwaremäßig realisierte Modell eines '''künstlichen Neurons'''.
Ein einfaches Modell eines künstlichen Neurons wurde erstmals 1943 von [[Wikipedia:Warren McCulloch|Warren McCulloch]] und [[Wikipedia:Walter Pitts|Walter Pitts]] in Form der nach ihnen benannten '''McCulloch-Pitts-Zelle''' vorgeschlagen<ref>Warren McCulloch, Walter Pitts: ''A logical calculus of the ideas immanent in nervous activity''. In: ''Bulletin of Mathematical Biophysics'', Bd. 5 (1943), S. 115–133, {{ISSN|0007-4985}} [http://www.cse.chalmers.se/~coquand/AUTOMATA/mcp.pdf pdf]</ref>, mit der sich einfache logische AND-, OR- und NOT-Gatter simulieren lassen, mit denen [[Mathematik|mathematische]] und [[Logik|logische]] Operationen durchgeführt werden können. Sie wollten damit die Frage klären, ob das [[Gehirn]] [[Turing-berechenbar]]e Funktionen berechnen kann und die Gehirntätigkeit damit im Prinzip auf [[Rechenoperation]]en rückführbar ist. Diese Idee hatte erstmals schon der englische [[Mathematiker]] und [[Philosoph]] [[Thomas Hobbes]] (1588-1679) vorgeschlagen:
{{Zitat|Unter rationeller Erkenntnis vielmehr verstehe ich Berechnung.
Berechnen heißt entweder die Summe von zusammengefügten
Dingen finden oder den Rest erkennen, wenn eins vom andern
abgezogen wird. Also ist rationelle Erkenntnis dasselbe wie
Addieren und Subtrahieren; wenn jemand Multiplizieren, und
Dividieren hinzufügen will, so habe ich nichts dagegen, da
Multiplikation dasselbe ist wie Addition gleicher Posten, Division
dasselbe wie eine bestimmte Subtraktion gleicher Posten. Aber
rationelle Erkenntnis geht jedenfalls auf zwei Geistesoperationen
zurück: Addition und Subtraktion.|Thomas Hobbes|''Grundzüge der Philosophie'', 1. Teil: ''Lehre vom Körper'', S. 14}}
== Hebbsche Lernregel ==
[[Wikipedia:|1949]] formulierte der kanadische [[Kognitionspsychologe]] [[Wikipedia:Donald O. Hebb|Donald O. Hebb]] (1904-1985) in seinem Buch ''The Organization of Behavior'' die mittlerweile experimentell gut belegte<ref>T. V. Bliss, T. Lomo: ''Long-lasting potentiation of synaptic transmission in the dentate area of the anaesthetized rabbit following stimulation of the perforant path.'' In: ''J Physiol.'' 232(2), 1973, S. 331–356, Free Full Text Online. PMID 4727084</ref> 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 die Hebbsche Lernregel durch die Gewichtsänderung <math>\Delta w_{ij}</math> des neuronalen Graphen abgebildet. Sie ist proportional zu der als passende Konstante gewählten ''Lernrate'' <math>\eta</math> und zur Aktivitätsrate <math>a_i</math> des Neurons<sub>i</sub> und dem Output des mit ihm verbundenen Neurons<sub>j</sub>, d.h. <math>\Delta w_{ij} = \eta \cdot a_{i} \cdot o_{j}</math>


== Siehe auch ==
== Siehe auch ==


* [[Gehirn]]
* {{WikipediaDE|Neuronales Netz}}
* {{WikipediaDE|Neurowissenschaften}}
* {{WikipediaDE|Künstliches neuronales Netz}}
* {{WikipediaDE|Geschichte der Hirnforschung}}
* {{WikipediaDE|Hebbsche Lernregel}}
* {{WikipediaDE|Neuronale Plastizität}}


== Literatur ==
== Literatur ==


* ''Das Manifest - Elf führende Neurowissenschaftler über Gegenwart und Zukunft der Hirnforschung'' in: ''[[Wikipedia:Gehirn&Geist|Gehirn & Geist]]'' 2004/6, S. 30ff. [https://www.spektrum.de/pdf/gug-04-06-s030-pdf/834924 spektrum.de (pdf)]
* [[Thomas Hobbes]]: ''Grundzüge der Philosophie: Vom Körper / Vom Menschen / Vom Bürger'', übersetzt von  Max Frischeisen-Köhler. Hofenberg Verlag 2017, ISBN 978-3743722026, eBook Jazzybee Verlag 2012 {{ASIN|B00B4ON904}}
* Jean Pierre Changeux: ''Der neuronale Mensch. Wie die Seele funktioniert - die Entdeckungen der neuen Gehirnforschung'', Rowohlt-Verlag 1984, ISBN 978-3498008659
* Donald Olding Hebb: ''The organization of behavior. A neuropsychological theory''. Erlbaum Books, Mahwah, N.J. 2002, ISBN 0-8058-4300-0
* [[Wikipedia:Francis Crick|Francis Crick]]: ''Was die Seele wirklich ist. Die naturwissenschaftliche Erforschung des Bewußtseins'', Rowohlt Taschenbuch Verlag 1997, ISBN 978-3499602573
* [[Wikipedia:Manfred Spitzer|Manfred Spitzer]]: ''Geist im Netz''. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 1996, ISBN 3-8274-0109-7, S. 148–182
* [[Patricia Churchland]]: ''Neurophilosophy: Toward a Unified Science of the Mind-Brain (Computational Models of Cognition and Perception)'', Neurophilosophy 1989, ISBN 978-0262530859
* 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
* [[Paul Churchland]]: ''Die Seelenmaschine: Eine philosophische Reise ins Gehirn'', Spektrum Verlag 2001, ISBN 978-3827410207
* Rudolf Steiner: ''Physiologisch-Therapeutisches auf Grundlage der Geisteswissenschaft. Zur Therapie und Hygiene'', [[GA 314]] (1989), ISBN 3-7274-3141-5 {{Vorträge|314}}
* Christian Geyer (Hrsg.): ''Hirnforschung und Willensfreiheit: Zur Deutung der neuesten Experimente'', 9. Auflage, Suhrkamp Verlag 2004, ISBN 978-3518123874
* Tobias Kläden: ''Mit Leib und Seele: Die mind-brain-Debatte in der Philosophie des Geistes und die anima-forma-corporis Lehre des Thomas von Aquin (ratio fidei)'', Verlag Friedrich Pustet 2005, ISBN 978-3791719603
* [[Wikipedia:Klaus-Jürgen Grün|Klaus-Jürgen Grün]] (Hrsg.), [[Wikipedia:Gerhard Roth|Gerhard Roth]] (Hrsg.): ''Das Gehirn und seine Freiheit'', 3. Auflage, Vandenhoeck & Ruprecht 2006, ISBN 978-3525490853
* Ernst Pöppel (Hrsg.): ''Gehirn und Bewusstsein'', Wiley Verlag Chemie 1989, ISBN 978-3527279012
* [[Wikipedia:Peter Bieri|Peter Bieri]]: ''[http://www.denkabende.de/kognition/bieri.rtf Was macht Bewußtsein zu einem Rätsel?]'' (rtf; 56&nbsp;kB), veröffentlicht in ''„Gehirn und Bewusstsein“'' (Hrsg. [[Wikipedia:Wolf Singer|Wolf Singer]]), Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 1994, ISBN 978-3860252208, S. 172–180
* Konrad Sandhoff, Wolfgang Donner (Hrsg.): ''Vom Urknall zum Bewusstsein - Selbstorganisation der Materie'', Thieme-Verlag, Stuttgart 2007, ISBN 978-3131481917
*  [[Maxwell Bennett]], [[Daniel C. Dennett]], [[Peter Hacker]], John R. Searle: ''Neurowissenschaft und Philosophie: Gehirn, Geist und Sprache'', Suhrkamp Verlag 2010, ISBN 978-3518585429
*  Maxwell R. Bennett , Peter M. Hacker, Axel Walter (Übers.): ''Die philosophischen Grundlagen der Neurowissenschaften'', Wissenschaftliche Buchgesellschaft (WBG) 2010, ISBN 978-3534228775, eBook ASIN B01A16QLUA
* [[Wikipedia:Michael Gazzaniga|Michael Gazzaniga]], Dagmar Mallett (Übers.): ''Die Ich-Illusion: Wie Bewusstsein und freier Wille entstehen'', Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG 2012, ISBN 978-3446430112, eBook ASIN B007ADU5R8
*[[Thomas Metzinger]]: ''Der Ego-Tunnel: Eine neue Philosophie des Selbst: Von der Hirnforschung zur Bewusstseinsethik'', Piper Taschenbuch 2014, ISBN 978-3492305334, eBook ASIN B00GZL6ZT8
*[[Wikipedia:Wolfgang Prinz|Wolfgang Prinz]]: ''Selbst im Spiegel: Die soziale Konstruktion von Subjektivität'', Suhrkamp Verlag 2013, ISBN 978-3518585948, eBook ASIN B00BJ3KW3C
* Frank Rösler: ''Psychophysiologie der Kognition: Eine Einführung in die Kognitive Neurowissenschaft'', Springer-Verlag 2012, ISBN 978-3827425997
*[[Peter Heusser]]: ''Anthroposophie und Wissenschaft: Eine Einführung. Erkenntniswissenschaft, Physik, Chemie, Genetik, Biologie, Neurobiologie, Psychologie, Philosophie des Geistes, Anthropologie, Anthroposophie, Medizin'', Verlag am Goetheanum, Dornach 2016, ISBN 978-3723515686
*Rudolf Steiner: ''Physiologisch-Therapeutisches auf Grundlage der Geisteswissenschaft. Zur Therapie und Hygiene'', [[GA 314]] (1989), ISBN 3-7274-3141-5 {{Vorträge|314}}


{{GA}}
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== Weblinks ==
{{Commons|Neural network}}
* [http://www.neuronalesnetz.de/ Einführung in die Grundlagen und Anwendungen neuronaler Netze]
* {{Webarchiv | url=http://wwwmath.uni-muenster.de/SoftComputing/lehre/material/wwwnnscript/startseite.html | wayback=20010515082546 | text=Einführung in Neuronale Netze}}
* {{Webarchiv | url=http://neurocomputing.org/History/body_history.html | wayback=20060203191836 | text=Geschichte der Neuronalen Netze bis 1960}} (engl.)
* [http://www.dkriesel.com/science/neural_networks Ein kleiner Überblick über Neuronale Netze (D. Kriesel)] - Ausführliche, illustrierte Arbeit zu Neuronalen Netzen; Themen sind u.&nbsp;a. Perceptrons, Backpropagation, Radiale Basisfunktionen, Rückgekoppelte Netze, Self Organizing Maps, Hopfield-Netze.
* [http://www.mpg.de/100045/HM09_NeuronalePlastizitaet.pdf ''Neuronale Plastizität: Das formbare Gehirn''] (PDF) In: [http://www.mpg.de/perspektiven Forschungsperspektiven 2010+], [[Wikipedia:Max-Planck-Gesellschaft|Max-Planck-Gesellschaft]].
* Ulrich Kraft: [http://www.mpg.de/932978/F004_Fokus_038_043.pdf ''Altern mit Köpfchen''.] (PDF; 2,6&nbsp;MB) In: ''[[Wikipedia:MaxPlanckForschung|MaxPlanckForschung]]'', Heft 1/2007
* {{Scholarpedia|http://www.scholarpedia.org/article/Models_of_synaptic_plasticity|Models of Synaptic Plasticity}}
* {{Scholarpedia|http://www.scholarpedia.org/article/Maintenance_of_synaptic_plasticity|Maintenance of synaptic plasticity|Harel Z. Shouval}}


== Einzelnachweise ==
== Einzelnachweise ==
<references />
<references />


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Version vom 4. November 2018, 12:47 Uhr

Zeichnung der neuronalen Vernetzung im auditiven Cortex (Santiago Ramón y Cajal, 1898)
Die neuronale Verbindungen des Nagetier-Hippocampus von Ramón y Cajal, 1911
Modell der menschlichen Großhirnrinde mit dem Grundgerüst der cortico-corticaler Assoziations- und Kommissurfasern, die die verschiedenen Gehirnareale miteinander verbinden.
Schema einer einfachen neuronalen Vernetzung
mit Divergenz: ein Neuron gibt Signale an mehrere andere Neuronen weiter,
und Konvergenz: ein Neuron erhält Signale von mehreren anderen.
Schema eines künstlichen Neurons mit mehreren gewichteten Eingaben

Ein neuronales Netz besteht aus einer Vielzahl in funktionellen hierarchischen Ebenen angeordneter, miteinander über Synapsen vernetzter Neuronen (Nervenzellen), die auf der feinsten Ebene des Nervensystems, der Mikoskala, einen funktionellen Zusammenhang bilden. Auf der Mesoskala ist die Großhirnrinde darüber hinaus in kortikalen Säulen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 80 Mikrometern organisiert, die aus einigen hundert oder tausend Neuronen bestehen. Die Makroskala wird durch die weitreichenden Verbindungen zwischen den verschiedenen spezialisierten Hirnarealen gebildet. Die Gesamtheit all dieser vielfältigen Nervenverbindungen wird als Konnektom bezeichnet.

Grundlagen

Eine erste Darstellung[1] gab 1894 der österreichischer Physiologe Sigmund Exner in seinem Entwurf zu einer physiologischen Erklärung der psychischen Erscheinungen[2]. Üblicherweise verfügen neuronale Netze über eine Vielzahl von Eingängen und einen einzigen Ausgang. Durch ihre hohe funktionelle und strukturelle neuronale Plastizität, durch die die synaptischen Verbindungen der Nervenzellen aktivitätsabhängig beständig umgebildet und neu gewichtet werden, sind neuronale Netze hochgradig lernfähig. Daneben findet zwischen Neuronen und Zellen der Neuroglia, insbesondere mit den Oligodendrozyten und Astrozyten, ein chemischer und elektrischer Austausch statt, der die Gewichtung der Signale verändern kann. Neuronale Netze folgen dadurch nicht explizit vorgegebenen Regeln, sondern entwickeln bei entsprechendem Training durch implizites Lernen eine eigenständige Art von neuronaler Intelligenz. Hervorstechend ist insbesondere ihre Fähigkeit, komplexe Muster zu erkennen und zu speichern.

Die Struktur der neuronalen Netze und der Bau des Gehirns insgesamt ist in gewissem Sinn eine physisch realisierte Imagination der geistig-seelischen Tätigkeit des Menschen. Darauf hat schon Rudolf Steiner hingewiesen:

„Ich war einmal in einer Versammlung — es ist schon viele Jahre her —, da sprach zuerst ein Arzt über den Gehirnbau, setzte den Gehirnbau auseinander im Zusammenhang mit dem Seelenleben des Menschen, nach einer Anschauung, die man ganz mit Recht materialistisch nennen kann. Es war ein ganz waschechter Materialist, der da den Gehirnbau ganz gut auseinandersetzte, soweit er heute durchforscht ist, und der also das Seelenleben im Zusammenhang mit diesem Gehirnbau erklärte. Der Vorsitzende dieser Versammlung war ein Herbartianer, und der konstruierte sich nun nicht den Gehirnbau, aber dasjenige, was das Vorstellungsleben ist, so wie es der Philosoph Herhart einmal gemacht hat. Der sagte dann: Ja, es ist doch merkwürdig, der Physiologe, der Arzt, der zeichnet das Gehirn auf und macht da Figuren; wenn ich als Herbartianer, sagte er, die komplizierten Vorstellungsassoziationen aufzeichne, wobei ich bloß ein Bild meine von dem, was sich als Vorstellungen vergesellschaftet, nicht etwa Nervenfäden, die eine Nervenzelle mit der anderen verbinden, wenn ich als richtiger Herbartianer, der sich nicht um das Gehirn kümmert, dasjenige, was ich mir vorstelle über die Art, wie sich Vorstellungen verketten und so weiter, nur ganz symbolisch zeichne, so sieht das ganz ähnlich aus wie die Zeichnungen des Physiologen über den physischen Gehirnbau.

Das ist nicht ohne Grund, daß das ähnlich ausschaut. Indem wir immer mehr und mehr auf den Bau des Gehirnes naturwissenschaftlich gekommen sind, hat sich nämlich immer mehr und mehr gezeigt, daß eigentlich der äußere Bau des Gehirnes in einer ganz wunderbaren Weise dem Bau unseres Vorstellungslebens entspricht. Man kann alles, was man im Vorstellungsleben findet, im Gehirnbau wiederfinden. Es ist einfach — bitte nehmen Sie das cum grano salis —, wie wenn die Natur selber im Gehirn ein plastisches Abbild unseres Vorstellungslebens hätte schaffen wollen. So etwas fällt einem ganz besonders auf, wenn man, sagen wir, solche Darstellungen wie die von Meynert liest. Jetzt sind sie schon etwas veraltet. Meynert ist Materialist gewesen, aber ausgezeichneter Gehirnphysiologe, Psychiater, und man möchte sagen: Ja, der ist Materialist, aber dasjenige, was er einem als Materialist gibt, das ist eine wunderbare Abschlagszahlung für dasjenige, was man auch herauskriegt, auch wenn man sich gar nicht kümmert um das menschliche Gehirn, sondern bloß darum, wie sich Vorstellungen verknüpfen und trennen und so weiter und bloß diese Symbole hinzeichnen will. — Kurz, es ist so, daß man, wenn man durch irgend etwas Materialist werden könnte, man es durch den Bau des menschlichen Gehirnes ganz besonders werden könnte. Jedenfalls muß man sagen, wenn es ein Geistig-Seelisches gibt, so hat dieses Geistig-Seelische im menschlichen Gehirn einen so adäquaten Ausdruck gefunden, daß man nun gar nicht weit von der Behauptung ist: Ja, was braucht man noch ein Geistig-Seelisches für das Vorstellungsleben? Wenn man noch eine Seele verlangen würde, die noch denken kann! Da das Gehirn eine so genaue Abbildung ist des Geistig-Seelischen, warum soll das Gehirn nicht denken können? -

Alle diese Dinge müssen Sie natürlich mit dem bekannten Gran Salz verstehen. Ich will nur auf den Sinn der ganzen Auseinandersetzung heute hinweisen. Das menschliche Gehirn kann einen schon, besonders wenn man in die Detailforschung eingeht, zum Materialisten machen. Und was da so eigentlich für ein Geheimnis obwaltet, was da eigentlich zugrunde liegt, das wird einem doch erst klar, wenn man zur imaginativen Erkenntnis kommt. In der imaginativen Erkenntnis nämlich zeigen sich einem Bilder, Bilder für nur wirklich Geistiges, Bilder, die man früher nicht gesehen hat. Aber man möchte sagen, diese Bilder erinnern einen an die durch die Nervenzellen und Nervenfäden geformten Bilder im menschlichen Gehirn. Und ich möchte sagen, wenn ich Ihnen eine Erklärung geben sollte für die Frage: Was ist eigentlich dieses imaginative Erkennen, das natürlich ganz im Übersinnlichen verläuft, was ist es? Wenn ich Ihnen gleichsam versinnbildlichen sollte die imaginative Erkenntnis, wie der Mathematiker es mit seinen Figuren macht, indem er mathematische Probleme aufzeichnet, dann könnte ich auch sagen: Man stelle sich vor, daß man in der Welt mehr erkennt, als was die Sinneserkenntnis gibt, dadurch, daß man aufsteigen kann zu Bildern, die eine Realität so geben, wie das menschliche Gehirn die menschliche Seelenrealität gibt. Die Natur selber stellt das hin als eine reale, als eine sinnlichreale Imagination im Gehirn, was man eigentlich in der imaginativen Erkenntnis auf einem höheren Gebiete erlangt.

Aber dadurch kommt man tiefer jetzt hinein in die menschliche Konstitution. Wir werden das in den nächsten Tagen sehen: Man kommt immer zu einer Möglichkeit, diesen Wunderbau des menschlichen Gehirns nicht isoliert für sich zu sehen, sondern ich möchte sagen: Während man eine Welt, eine übersinnliche Welt oben durch Imagination sieht, ist es so, wie wenn ein Teil dieser Welt sich herunterrealisiert hätte und im menschlichen Gehirn eine realisierte imaginative Welt vor uns dastehen würde. Und in der Tat, ich glaube nicht, daß irgend jemand adäquat über das menschliche Gehirn sprechen kann, der nicht in dem menschlichen Gehirnbau eine imaginative Darstellung des Seelenlebens sieht. Das ist auch dasjenige, was uns immer wiederum in eine Zwickmühle führt, wenn wir von der bloßen Gehirnphysiologie ausgehen und zum Seelenleben hinüberkommen wollen. Nämlich, wenn man beim Gehirn stehenbleiben will, braucht man gar nicht das Seelenleben. Nur derjenige hat ein Recht, gegenüber dem Bau des menschlichen Gehirnes noch von einem Seelenleben zu sprechen, der dieses Seelenleben außerdem noch anders kennt, als man es kennt auf dem gewöhnlichen Wege dieser Welt. Denn wenn man in der geistigen Welt dieses Seelenleben kennenlernt: im Bau des menschlichen Gehirnes hat es sein adäquates Abbild, und alles das, was das übersinnliche Seelenorgan vorstellungsgemäß kann, kann das Gehirn auch. Denn bis in die Funktionen hinein ist das Gehirn ein Abbild; so daß niemand Materialismus belegen oder widerlegen kann von der Gehirnphysiologie aus. Das gibt es einfach nicht. Wenn der Mensch bloß Gehirnwesen wäre, so würde man gar nicht daraufzukommen brauchen, daß er noch eine Seele hat.“ (Lit.:GA 314, S. 88ff)

Rekurrente neuronale Netze

Verschiedene Arten der Rückkopplung

Bei rückgekoppelten bzw, rekurrenten neuronalen Netzen, wie sie vor allem im Neocortex vorkommen, sind die Neuronen einer Rindenschicht entweder mit Neuronen derselben oder einer darunterliegenden Schicht rückgekoppelt. Dabei gibt es verschiedene Verschaltungsmöglichkeiten:

  • direkte Rückkopplung (eng. direct feedback): der Ausgang wird als Eingang auf dasselbe Neuron zurückgeführt ()
  • indirekte Rückkopplung (eng. indirect feedback: der Ausgang wird an ein Neuron einer darunterliegenden Schicht weitergeleitet ()
  • laterale Rückkopplung (eng. eng. lateral feedback: der Ausgang des Neurons wird seitlich an ein anderes Neuron derselben Schicht weitergeleitet ()
  • vollständige Rückkopplung: jeder Ausgang des Neurons ist mit einem anderen Neuron verbunden

Künstliche neuronale Netze

Diagramm einer McCulloch-Pitts-Zelle nach Marvin Minsky.

Der technische Nachbau neuronaler Netze durch künstliche neuronale Netze (kurz: KNN; eng. artificial neural network, ANN) ist für die Entwicklung der künstlichen Intelligenz von hervorragender Bedeutung. Die Grundlage dafür bietet das softwaremäßig, seltener auch hardwaremäßig realisierte Modell eines künstlichen Neurons.

Ein einfaches Modell eines künstlichen Neurons wurde erstmals 1943 von Warren McCulloch und Walter Pitts in Form der nach ihnen benannten McCulloch-Pitts-Zelle vorgeschlagen[3], mit der sich einfache logische AND-, OR- und NOT-Gatter simulieren lassen, mit denen mathematische und logische Operationen durchgeführt werden können. Sie wollten damit die Frage klären, ob das Gehirn Turing-berechenbare Funktionen berechnen kann und die Gehirntätigkeit damit im Prinzip auf Rechenoperationen rückführbar ist. Diese Idee hatte erstmals schon der englische Mathematiker und Philosoph Thomas Hobbes (1588-1679) vorgeschlagen:

„Unter rationeller Erkenntnis vielmehr verstehe ich Berechnung. Berechnen heißt entweder die Summe von zusammengefügten Dingen finden oder den Rest erkennen, wenn eins vom andern abgezogen wird. Also ist rationelle Erkenntnis dasselbe wie Addieren und Subtrahieren; wenn jemand Multiplizieren, und Dividieren hinzufügen will, so habe ich nichts dagegen, da Multiplikation dasselbe ist wie Addition gleicher Posten, Division dasselbe wie eine bestimmte Subtraktion gleicher Posten. Aber rationelle Erkenntnis geht jedenfalls auf zwei Geistesoperationen zurück: Addition und Subtraktion.“

Thomas Hobbes: Grundzüge der Philosophie, 1. Teil: Lehre vom Körper, S. 14

Hebbsche Lernregel

1949 formulierte der kanadische Kognitionspsychologe Donald O. Hebb (1904-1985) in seinem Buch The Organization of Behavior die mittlerweile experimentell gut belegte[4] 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 die Hebbsche Lernregel durch die Gewichtsänderung des neuronalen Graphen abgebildet. Sie ist proportional zu der als passende Konstante gewählten Lernrate und zur Aktivitätsrate des Neuronsi und dem Output des mit ihm verbundenen Neuronsj, d.h.

Siehe auch

Literatur

Literaturangaben zum Werk Rudolf Steiners folgen, wenn nicht anders angegeben, der Rudolf Steiner Gesamtausgabe (GA), Rudolf Steiner Verlag, Dornach/Schweiz Email: verlag@steinerverlag.com URL: www.steinerverlag.com.
Freie Werkausgaben gibt es auf steiner.wiki, bdn-steiner.ru, archive.org und im Rudolf Steiner Online Archiv.
Eine textkritische Ausgabe grundlegender Schriften Rudolf Steiners bietet die Kritische Ausgabe (SKA) (Hrsg. Christian Clement): steinerkritischeausgabe.com
Die Rudolf Steiner Ausgaben basieren auf Klartextnachschriften, die dem gesprochenen Wort Rudolf Steiners so nah wie möglich kommen.
Hilfreiche Werkzeuge zur Orientierung in Steiners Gesamtwerk sind Christian Karls kostenlos online verfügbares Handbuch zum Werk Rudolf Steiners und Urs Schwendeners Nachschlagewerk Anthroposophie unter weitestgehender Verwendung des Originalwortlautes Rudolf Steiners.

Weblinks

Commons: Neural network - Weitere Bilder oder Audiodateien zum Thema

Einzelnachweise

  1. Olaf Breidbach: Hirn, Hirnforschung. In: Werner E. Gerabek, Bernhard D. Haage, Gundolf Keil, Wolfgang Wegner (Hrsg.): Enzyklopädie Medizingeschichte. De Gruyter, Berlin/New York 2005, ISBN 3-11-015714-4, S. 600 f.; hier: S. 600 (und S. 1543).
  2. Sigmund Exner: Entwurf zu einer physiologischen Erklärung der psychischen Erscheinungen von Dr. Sigmund Exner: I. Theil, F. Deuticke, Leipzig Wien 1894
  3. Warren McCulloch, Walter Pitts: A logical calculus of the ideas immanent in nervous activity. In: Bulletin of Mathematical Biophysics, Bd. 5 (1943), S. 115–133, ISSN 0007-4985 pdf
  4. T. V. Bliss, T. Lomo: Long-lasting potentiation of synaptic transmission in the dentate area of the anaesthetized rabbit following stimulation of the perforant path. In: J Physiol. 232(2), 1973, S. 331–356, Free Full Text Online. PMID 4727084