Zur Konstruktion künstlicher Gehirne

Ulrich Ramacher, Christoph von der Malsburg (auth.), Ulrich Ramacher, Christoph von der Malsburg (eds.)9783642001871, 3642001874

In diesem Buch wird eine erste Generation von künstlichen Hirnen für das Sehen vorgestellt. Auf der ausschlie”slichen Grundlage von Neuron- und Synapsenmodellen wird ein Objekterkennungssystem konstruiert, welches eine Merkmalspyramide mit 8 Orientierungen und 5 Auflösungsskalen für 1000 Objekte sowie die Netze für die Bindung von Merkmalen zu Objekten umfasst. Dieses Sehsystem kann unabhängig von der Beleuchtung, dem Gesichtausdruck, der Entfernung und einer Drehung, welche die Objektkomponenten sichtbar lä”st, Objekte erkennen. Seine Realisierung erfordert 59 Chips – davon sind 4 verschieden – welche mittels 3D Technologie zu einem Quader von 8mm x 8mm x 1mm aufgeschichtet sind.

Die Leistungsfähigkeit des neuronal-synaptischen Netzwerkes beruht auf der Einführung von schnell veränderlichen dynamischen Synapsen. Anders als Netze mit konstanten Synapsen können solche mit dynamischen Synapsen allgemeine Aufgaben der Mustererkennung übernehmen. Die raum-zeitliche Korrelationsstruktur von Mustern wird durch eine einzige synaptische Differentialgleichung in universeller Weise erfasst. Die Korrelation kann in Erscheinung treten als synchrone Pulstätigkeit einer Neurongruppe, wodurch das Vorliegen eines Merkmals in robuster Weise angezeigt wird, oder als Bindung von Merkmalen zu Objekten.

Auch wenn die Autoren der Überzeugung sind, dass noch viele Generationen folgen müssen, um die Leistungsfähigkeit des menschlichen Gehirns zu erreichen, sehen sie doch ein neues Rechen-Zeitalter aufziehen. Es gab Zeiten, da wurden Computer mit ihrer Präzision, Zuverlässigkeit und rasanten Geschwindigkeit der feuchten Materie unseres Gehirns als so weit überlegen angesehen wie das Düsenflugzeug dem Spatzen. Da”s diese Zeiten vorbei sind, ist gewi”s, denn durch formale Logik inspirierte, algorithmisch gesteuerte und mit digitaler Elektronik realisierte Systeme, die heutigen Computer, sto”sen an ihre Komplexitätsgrenzen. Andererseits eröffnen die hier vorgestellten Ergebnisse den Weg zu einer Alternative. Ein Paradigmenwechsel liegt in der Luft: vom fremdorganisierten zum selbstorganisierten Computer.

Table of contents :
Front Matter….Pages I-VIII
Vorwort….Pages 1-9
Problematik der Modellierung künstlicher Gehirne….Pages 11-19
Informationsverarbeitung in Netzen mit konstanten Synapsen….Pages 21-48
Allgemeine Theorie der Netze mit dynamischen Synapsen….Pages 49-62
Makrodynamik der Netze mit konstanten Synapsen….Pages 63-88
Informationsverarbeitung mit dynamischen Synapsen….Pages 89-115
Netze für die Merkmalsdetektion….Pages 117-131
Netze für die Merkmalserkennung….Pages 133-155
Netze für die robuste Kopfdetektion….Pages 157-165
Ausblick….Pages 167-178
Vorüberlegungen zur mikroelektronischen Realisierung….Pages 179-194
Elementare Schaltungen für Neuronen, Synapsen und Photosensoren….Pages 195-240
Simulation mikroelektronischer neuronaler Schaltungen und Systeme….Pages 241-259
Architektur und Chip-Entwurf des Merkmalserkenners….Pages 261-268
Architektur und Chip-Entwurf für Merkmalsdetektoren….Pages 269-283
3D-Stapeltechnik für den Sehwürfel….Pages 285-316
Architektur eines Sehwürfels der ersten Generation….Pages 317-352
Ausklang….Pages 353-353
Anhang….Pages 355-378
Back Matter….Pages 379-391