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Informatik: Form versus Textur

Moderne Bilderkennungsprogramme funktionieren meist beeindruckend treffsicher. Doch manchmal unterlaufen ihnen peinliche Fehler. Das könnte daran liegen, dass sich die Algorithmen auf die Textur von Objekten statt auf ihre Form konzentrieren.

Eine der größten Stärken aktueller künstlicher Intelligenzen (KIs) ist das Klassifizieren von Bildern – einige von ihnen übertreffen dabei sogar in mancher Hinsicht Menschen. Allerdings können gelegentlich kleinste Veränderungen diese Algorithmen aus dem Konzept bringen. Bearbeitet man beispielsweise Bilder, so dass das Fell einer Katze getigert, gepunktet oder gefleckt erscheint, erkennen Menschen die Tiere in den meisten Fällen immer noch problemlos, während Maschinen völlig versagen.

Forscher von der Universität Tübingen haben nun die mögliche Ursache dafür entdeckt, wie sie auf der im Mai 2019 stattgefundenen »International Conference on Learning Representations« (ICLR) erklärten: Während Menschen größtenteils auf die Form eines Objekts achten, fokussieren maschinell lernende Algorithmen auf ihre Textur. Dieses überraschende Ergebnis verdeutlicht, wie unterschiedlich Menschen und Maschinen Dinge »wahrnehmen« …

Logo des Quanta Magazine

Von »Spektrum der Wissenschaft« übersetzte und bearbeitete Fassung des Artikels »Where We See Shapes, AI Sees Textures« aus »Quanta Magazine«, einem inhaltlich unabhängigen Magazin der Simons Foundation, die sich die Verbreitung von Forschungsergebnissen aus Mathematik und den Naturwissenschaften zum Ziel gesetzt hat.

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Gehirn&Geist – Wer entscheidet? Wie das Gehirn unseren freien Willen beeinflusst

Was bedeutet es, ein Bewusstsein zu haben? Haben wir einen freien Willen? Diese Fragen beschäftigt Neurowissenschaft, Philosophie und Theologie gleichermaßen. Der erste Artikel zum Titelthema zeichnet die Entwicklung der neurowissenschaftlichen Forschung nach und zeigt, wie das Gehirn das subjektive Erleben formt. Anschließend geht es im Interview mit dem Neurophilosophen Michael Plauen um die Frage, ob wir frei und selbstbestimmt handeln, oder nur Marionetten unseres Gehirns sind. Die Antwort hat Konsequenzen für unser Selbstbild, die Rechtsprechung und unseren Umgang mit KI. Daneben berichten wir, wie virtuelle Szenarien die traditionelle Psychotherapie erfolgreich ergänzen und vor allem Angststörungen und Posttraumatische Belastungsstörungen lindern können. Ein weiterer Artikel beleuchtet neue Therapieansätze bei Suchterkrankungen, die die Traumata, die viele Suchterkrankte in ihrer Kindheit und Jugend erfahren haben, berücksichtigen. Zudem beschäftigen wir uns mit der Theorienkrise in der Psychologie: Der Risikoforscher Gerd Gigerenzer erklärt, warum die Psychologie dringend wieder lernen muss, ihre Theorien zu präzisieren.

Spektrum der Wissenschaft – Dunkle Energie - ein Trugbild?

Eine geheimnisvolle Kraft treibt alles im Universum immer schneller auseinander. Doch niemand weiß, was hinter dieser Dunklen Energie steckt, und neue Messdaten mehren grundsätzliche Zweifel am kosmologischen Standardmodell. Bieten alternative Ansätze eine Erklärung? Außerdem: Neue Verfahren erlauben es, Immunzellen direkt in unserem Körper so zu verändern, dass sie Krebszellen attackieren – bisher mussten sie Patienten dafür entnommen und wieder zurückgeführt werden. Quantentheorie und allgemeine Relativitätstheorie beruhen auf unvereinbaren Weltbildern. Neue Experimente an der Schnittstelle zwischen Quantenphänomenen und Gravitation sollen helfen, diesen Widerspruch zu überwinden. In der Pangenomik wird das Erbgut zahlreicher Individuen verglichen – mit weitreichenden Folgen für Forschung und Züchtung von Nutzpflanzen. Und wie immer in der Dezemberausgabe berichten wir vertieft über die Nobelpreise des Jahres für Physiologie oder Medizin, Physik und Chemie, ergänzt durch einen kritischen Blick darauf, welche Verantwortung mit großen Entdeckungen einhergeht.

Spektrum - Die Woche – Alzheimer-Biomarker bei Neugeborenen entdeckt

In dieser »Woche« geht es um überraschende Befunde aus der Alzheimerforschung: Warum Neugeborene auffallend hohe Konzentrationen eines bekannten Biomarkers im Blut tragen – und was das über die Plastizität des Gehirns verrät. Außerdem: Müssen wir dank KI bald nur noch halb so viel arbeiten?

  • Quellen

Brendel, W., Bethge, M.:Approximating CNNs with Bag-of-local-Features models works surprisingly well on ImageNet. International Conference on Learning Representations, 2019

Geirhos, R. et al.:ImageNet-trained CNNs are biased towards texture; increasing shape bias improves accuracy and robustness. International Conference on Learning Representations, 2019

Geirhos, R. et al.:Generalisation in humans and deep neural networks. Advances in Neural Information Processing Systems, 2018

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