NN und KNN 3 Biologie, Tier, Mensch
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3. Biologische Neuronale Netze CIC Lab Computational Intelligence and Control Laboratory Jörg Krone, Ulrich Lehmann, Johannes Brenig, Oliver Drölle a. Gehirn einer Schnec ke b. Steueru ng des Herzsch lages c. Gehirn des Mensch en d. Sehsystem e. Versteh en und Produkti on von Sprach e und Schrift 13. Oktober 2003 3. Biologische Neuronale Netze (NN) Folie 1 Inhalt 3 CIC Lab Computational Intelligence and Control Laboratory a. Gehirn einer Schnec ke b. Steueru ng des Herzsch lages c. Gehirn des Mensch en d. Sehsystem e. Versteh en und Produkti on von Sprach e und Schrift a. Gehirn einer Schnecke b. Steuerung des Herzschlages c. Gehirn des Menschen d. Sehsystem e. Verstehen und Produktion von Sprache und Schrift 13. Oktober 2003 3. Biologische Neuronale Netze (NN) Folie 2 Kleines NN: Gehirn der Schnecke Aplysia (Text) CIC Lab Computational Intelligence and Control Laboratory a. Gehirn einer Schnec ke b. Steueru ng des Herzsch lages c. Gehirn des Mensch en d. Sehsystem e. Versteh en und Produkti on von Sprach e und Schrift • 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. 13. Oktober 2003 3. Biologische Neuronale Netze (NN) Folie 3 Eingeweideganglion mit etwa 500 Neuronen CIC Lab Computational Intelligence and Control Laboratory a. Gehirn einer Schnec ke b. Steueru ng des Herzsch lages c. Gehirn des Mensch en d. Sehsystem e. Versteh en und Produkti on von Sprach e und Schrift 13. Oktober 2003 3. Biologische Neuronale Netze (NN) Folie 4 Steuerung des Herzschlages CIC Lab Computational Intelligence and Control Laboratory a. Gehirn einer Schnec ke b. Steueru ng des Herzsch lages c. Gehirn des Mensch en d. Sehsystem e. Versteh en und Produkti on von Sprach e und Schrift 13. Oktober 2003 3. Biologische Neuronale Netze (NN) Folie 5 Große Neuronale Netze: Gehirn des Menschen CIC Lab Computational Intelligence and Control Laboratory a. Gehirn einer Schnec ke b. Steueru ng des Herzsch lages c. Gehirn des Mensch en d. Sehsystem e. Versteh en und Produkti on von Sprach e und Schrift Sehfeld der Hirnrinde 13. Oktober 2003 3. Biologische Neuronale Netze (NN) Folie 6 Gehirn des Menschen (Text) CIC Lab Computational Intelligence and Control Laboratory a. Gehirn einer Schnec ke b. Steueru ng des Herzsch lages c. Gehirn des Mensch en d. Sehsystem e. Versteh en und Produkti on von Sprach e und Schrift • 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 13. Oktober 2003 3. Biologische Neuronale Netze (NN) Folie 7 Sehsystem des Menschen CIC Lab Computational Intelligence and Control Laboratory Sehfeld der Hirnrinde a. Gehirn einer Schnec ke b. Steueru ng des Herzsch lages c. Gehirn des Mensch en d. Sehsystem e. Versteh en und Produkti on von Sprach e und Schrift Sehfeld der Hirnrinde 13. Oktober 2003 3. Biologische Neuronale Netze (NN) Folie 8 Schichtartige Verschaltung der NeuronenLayer des peripheren Sehsystems CIC Lab Computational Intelligence and Control Laboratory a. Gehirn einer Schnec ke b. Steueru ng des Herzsch lages c. Gehirn des Mensch en d. Sehsystem e. Versteh en und Produkti on von Sprach e und Schrift unterschiedliche Neuronentypen P und M für Erkennung von Bilddetails und Bild-Bewegung 3 Neuronen-Layer pro Auge = 6 Layer für rechtes Segment der Retina dto. für das linke Segment der Retina beider Augen 13. Oktober 2003 3. Biologische Neuronale Netze (NN) Folie 9 NN des Sehsystem des Menschen CIC Lab Computational Intelligence and Control Laboratory a. Gehirn einer Schnec ke b. Steueru ng des Herzsch lages Layer 4 c. Gehirn des Mensch en d. Sehsystem e. Versteh en und Produkti on von Sprach e und Schrift 13. Oktober 2003 Layer 5 Layer 6 Layer 2 Layer 1 Layer 3 Blick von unten in den Schädel 3. Biologische Neuronale Netze (NN) Folie 10 Sehsystem des Menschen (Text) CIC Lab Computational Intelligence and Control Laboratory • a. Gehirn einer Schnec ke b. Steueru ng des Herzsch lages c. Gehirn des Mensch en • • • • • – einige Neuronen reagieren nur auf Reize aus einem Auge – andere auf Reize beider Augen – wieder andere nur auf Reize unterschiedlicher Größe beider Augen d. Sehsystem e. Versteh en und Produkti on von Sprach e und Schrift 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: • 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 13. Oktober 2003 3. Biologische Neuronale Netze (NN) Folie 11 KNN des Sehsystem (vereinfachtes Modell) CIC Lab Computational Intelligence and Control Laboratory Sehfeld der Hirnrinde Layer 6 a. Gehirn einer Schnec ke Layer 5 b. Steueru ng des Herzsch lages ... c. Gehirn des Mensch en Layer ... d. Sehsystem Layer 3 e. Versteh en und Produkti on von Sprach e und Schrift Layer 2 Layer 1 linkes Auge 13. Oktober 2003 rechtes Auge 3. Biologische Neuronale Netze (NN) Folie 12 Leistungsfähigkeit Ihres Gehirns CIC Lab Computational Intelligence and Control Laboratory a. Gehirn einer Schnec ke b. Steueru ng des Herzsch lages c. Gehirn des Mensch en d. Sehsystem e. Versteh en und Produkti on von Sprach e und Schrift WSEIO KNÖNEN SIE DIESEN STAZ LSEEN, OWHOBL DIE BCUTHSAEBN NCHIT IN DER RITHCIEGN RIEHNEFOGLE SHETEN? Quelle: 13. Oktober 2003 3. Biologische Neuronale Netze (NN) Folie 13 Fragen ? CIC Lab Computational Intelligence and Control Laboratory a. Gehirn einer Schnec ke b. Steueru ng des Herzsch lages c. Gehirn des Mensch en d. Sehsystem e. Versteh en und Produkti on von Sprach e und Schrift 13. Oktober 2003 Fragen Sie bitte! 3. Biologische Neuronale Netze (NN) Folie 14 Neuronaler Netze CIC Lab Computational Intelligence and Control Laboratory a. Gehirn einer Schnec ke b. Steueru ng des Herzsch lages c. Gehirn des Mensch en d. Sehsystem e. Versteh en und Produkti on von Sprach e und Schrift 13. Oktober 2003 3. Biologische Neuronale Netze (NN) Folie 15
