3. Biologische Neuronale Netze

1. 3. Biologische Neuronale Netze Jörg Krone, Ulrich Lehmann, Johannes Brenig, Oliver Drölle 3. Biologische Neuronale Netze (NN)

2. Inhalt 3 • Gehirn einer Schnecke • Steuerung des Herzschlages • Gehirn des Menschen • Sehsystem • Verstehen und Produktion von Sprache und Schrift 3. Biologische Neuronale Netze (NN)

3. Kleines NN: Gehirn der Schnecke Aplysia (Text) • das Gehirn von Aplysia besteht aus einer wesentlich kleineren Anzahl von NN (verglichen mit dem Mensch) • insgesamt hat sie etwa 104 bis 105 Nervenzellen • sie sind in räumlich getrennten Gruppen mit etwa 500 bis 1500 Neuronen, den Ganglien, angeordnet • für diese einfachen Tiere kann die Funktionsweise zur Steuerung von Organen gut analysiert und durch Künstlich Neuronale Nezte (KNN) nachgebildet werden. 3. Biologische Neuronale Netze (NN)

4. Eingeweideganglion mit etwa 500 Neuronen 3. Biologische Neuronale Netze (NN)

5. Steuerung des Herzschlages 3. Biologische Neuronale Netze (NN)

6. Sehfeld derHirnrinde Große Neuronale Netze: Gehirn des Menschen 3. Biologische Neuronale Netze (NN)

7. Gehirn des Menschen (Text) • die Rinde des Großhirns ist bei vielen Säugetieren in Windungen und Furchen gelegt, um die nutzbare Oberfläche zu vergrößern • der Neocortex ist der größte und jüngste Teil der Großhirnrinde und enthält ca. 70 % aller Nervenzellen (0,7 • 1011 Neuronen) • in der Abbildung der Großhirnrinde sind die interessanten Bereiche für die Technik autonomer System dargestellt • Motorik • Sensorik • Hören • Sehen (Sehfeld der Hirnrinde) • d.h. auch das Neuronale Netz des Menschen ist räumlich bestimmten Aufgaben zugeordnet – es gibt also mehrer NN die parallel arbeiten und Ergebnisse sowie Zwischergebnisse austauschen 3. Biologische Neuronale Netze (NN)

8. Sehsystem des Menschen Sehfeld der Hirnrinde Sehfeld der Hirnrinde 3. Biologische Neuronale Netze (NN)

9. Schichtartige Verschaltung der Neuronen-Layer des peripheren Sehsystems unterschiedliche NeuronentypenP und M für Erkennungvon Bilddetails und Bild-Bewegung 3 Neuronen-Layerpro Auge = 6 Layerfür rechtes Segmentder Retina dto. für das linke Segmentder Retina beider Augen 3. Biologische Neuronale Netze (NN)

10. NN des Sehsystem des Menschen Layer 4 Layer 5 Layer 6 Layer 2 Layer 1 Layer 3 Blick von untenin den Schädel 3. Biologische Neuronale Netze (NN)

11. Sehsystem des Menschen (Text) • das visuelle System besteht im wesentlichen aus 6 Schichten von Neuronen • 3 Schichten in der Netzhaut (Rückseite des Auges, Layer 1 bis 3) • eine Schicht im seitlichen Kniehöcker (Layer 4) • zwei Schichten im Sehfeld der Hirnrinde (Layer 5 u. 6) • die Layer haben unterschiedliche Aufgaben und unterschiedliche spezialisierte Neuronen • Beispiel: Layer 5 u. 6: • einige Neuronen reagieren nur auf Reize aus einem Auge • andere auf Reize beider Augen • wieder andere nur auf Reize unterschiedlicher Größe beider Augen • Layer 1 u. 2: • Neuronen die vorzugsweise auf Bewegung in einer bestimmten Richtung reagieren • ... • dies stützt die Annahme, dass die einzelnen Merkmale eines Bildes, wie Farbe, Form, Größe und Geschwindigkeit durch verschieden Layer und Regionen des NN ermittelt werden 3. Biologische Neuronale Netze (NN)

12. KNN des Sehsystem(vereinfachtes Modell) Sehfeld der Hirnrinde Layer 6 Layer 5 ... Layer ... Layer 3 Layer 2 Layer 1 linkes Auge rechtes Auge 3. Biologische Neuronale Netze (NN)

13. Leistungsfähigkeit Ihres Gehirns WSEIO KNÖNEN SIE DIESENSTAZ LSEEN, OWHOBL DIEBCUTHSAEBN NCHIT IN DERRITHCIEGN RIEHNEFOGLESHETEN? Quelle: 3. Biologische Neuronale Netze (NN)

14. Fragen ? Fragen Sie bitte! 3. Biologische Neuronale Netze (NN)

15. Neuronaler Netze 3. Biologische Neuronale Netze (NN)