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Erfolgsgheimnisse der Wahrnehmung. Synergetik als Schlüssel zum Gehirn


Ein blauer Schutzumschlag mit dem Gesicht Albert Einsteins, das bei näherer Betrachtung in drei Badenixen zerfällt, um sich alsbald auf wundersame Weise in Einsteins ehrwürdige Gesichtszüge zurückzuverwandeln, lädt ein zur Lektüre des Buches.

Hermann Haken, Professor für theoretische Physik in Stuttgart, und seine – im höheren Lehramt tätige – Tochter Maria Haken-Krell konstruieren mit aus der Synergetik abgeleiteten Prinzipien ein Gehirnmodell, das insbesondere die in der Gestaltpsychologie beschriebenen Wahrnehmungsleistungen erklären soll. Die 1970 von Hermann Haken begründete Synergetik befaßt sich mit Systemen, die aus vielen Teilen bestehen, und erklärt, wie durch Kooperation vieler mikroskopischer Elemente Strukturen auf makroskopischer Ebene entstehen.

So untersucht sie die Musterbildung bei chemisch-physikalischen Prozessen, zum Beispiel bei der ungleichförmigen Erhitzung von Silikonöl. Wenn man die Temperaturdifferenz zwischen der heißen Unter- und der kühleren Oberseite verändert, kann der bisherige Zustand instabil und ein neuer stabil werden. Dieser neue Zustand hat einen höheren Ordnungsgrad, das heißt, er ist strukturierter. Verschiedene solcher Ordnungen, die jede durch einen sogenannten Ordnungsparameter beschrieben werden, gehen miteinander einen Wettbewerb ein; einer dieser Parameter geht als Sieger daraus hervor und „versklavt“ die übrigen, indem er ihnen seine Ordnung aufzwingt.

Ganz analog zu diesem Vorgang wollen die Autoren die Mustererkennung verstanden wissen. Nach ihrer Ansicht vollzieht unser Nervensystem bei der Wahrnehmung eine Musterbildung in flexibler Abhängigkeit von Kontrollparameter, Ordnungsparameter und Aufmerksamkeitsparameter. Dies sind nützliche Mittel zur zahlenmäßigen Charakterisierung künstlicher und biologischer Nervennetze; sie finden sich in ähnlicher Weise auch bei der Analyse von Hopfield-Netzen mit Mitteln der statistischen Mechanik (vergleiche „Kollektives Rechnen mit neuronenähnlichen Schaltkreisen“ von David W. Tank und John J. Hopfield, Spektrum der Wissenschaft, Februar 1988, Seite 46).

Der etwa 100 Seiten starke Buchteil „Ein Blick ins Gehirn“ gibt eine Einstimmung auf das biologische Nervensystem. Neuroanatomisches und physiologisches Basiswissen, vornehmlich des visuellen Systems, wird gut verständlich rekapituliert. Im folgenden Teil „Die Selbstorganisation der Wahrnehmung“ geht es um den „synergetischen Computer“, eine – zunächst als Programm auf einem gewöhnlichen Computer realisierte – Maschine, die nach den Prinzipien der Synergetik Muster und insbesondere invariante Eigenschaften menschlicher Gesichter erkennt. Dabei wird dem mit den Theorien des Konnektionismus weniger vertrauten Leser entgehen, daß vieles an der erfolgreichen Wiedererkennung nicht dem synergetischen Computer, sondern einer geschickten Vorverarbeitung mit Standardmethoden der digitalen Bildverarbeitung, speziell Methoden der Fourier-Transformation, zu verdanken ist. Mit Sicherheit würde – bei gleicher Vorverarbeitung – ein neuronales Netz vom Hopfield-Typ gleiches leisten.

Gelegentlich erweckt das Buch den Eindruck, als seien neuronale Netze dem synergetischen Computer unterlegen. So ist auf Seite 224 zu lesen, daß sie nur die Wiedergabe von Mustern gestatteten, deren Pixel weiß oder schwarz sind, und daß solche Schwierigkeiten beim synergetischen Computer nicht aufträten. Das gilt jedoch nur für den sogenannten diskreten Autoassoziator; Hopfield hatte bereits 1984 einen Autoassoziator entwickelt, der kontinuierliche Eingabedaten, also auch Graustufen oder Farbwerte, verarbeiten kann.

Außer den Beispielen zur Arbeitsweise des synergetischen Computers hätte man gerne einige Einzelheiten über den Aufbau dieser Maschine selbst erfahren. Von einem abstrakten Arbeitsprinzip abgesehen, kann der Leser aber keine realen Beziehungen zum biologischen Nervennetz herstellen, im Gegensatz zu neuronalen Netzen, wo Entsprechungen sowohl auf der Ebene der Synapsen als auch der Neuronen (McCulloch-Pitts-Neuronen) deutlich werden.

Die Dynamik, das heißt der ungewollte und unbeeinflußbare Wechsel in der Interpretation eines Vexierbildes (zum Beispiel des bekannten Necker-Würfels), entspricht der Dynamik von Ordnungs- und Aufmerksamkeitsparametern. Diese Situation ist allerdings nicht allein mit dem synergetischen Computer simulierbar: Bereits 1985 demonstrierte Jay McClelland die anthropomorphe Wahrnehmung kippstabiler Figuren mit seiner „Boltzmann-Maschine“. Seit 1988 kann jeder die Programme McClellands auf seinem PC installieren („Explorations in Parallel Distributed Processing. A Handbook of Models, Programs, and Exercises“ von Jay McClelland und David Rumelhart, MIT Press, Cambridge/Massachusetts 1988).

Trotz der etwas verzerrten Wahrnehmung gegenüber den „Erfolgsgeheimnissen“ von Neurocomputern ist das Buch insgesamt zu empfehlen.


Aus: Spektrum der Wissenschaft 2 / 1993, Seite 126
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH
2 / 1993

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft 2 / 1993

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