Ist der Kosmos ein Schleimhaufen?, Teil 10: Neuronale Netze lernen und begreifen

Wir verstehen das neuronale Netz von seinen Grundfunktionen am besten, wenn wir uns ansehen, wie künstliche neuronale Netze arbeiten:

Die erste Abbildung (electronic net) zeigt einen Vergleich zwischen einem Neuron im Gehirn und einem künstlichen Element:

Verschiedene Signale von anderen Neuronen kommen gewichtet (Gewichte w) in den Zellkörper, werden dort aufsummiert und, falls ein Schwellenwert überschritten ist, weitergegeben.

Es gibt eine Eingabeschicht und viele verdeckte Schichten, in denen die Verarbeitungsprozesse ablaufen, und dann die Ausgabeschicht.

hwz digital

Entscheidend ist die Verteilung der Gewichte in den inneren Schichten. Das stellt die Information, die Verabreitung dar.

Ich möchte nun in einigen Thesen die Arbeitsweise von neuronalen Netzen erläutern:

Komplexität:
Je mehr Neuronen zur Verfügung stehen, desto komplexere Muster können erkannt werden. Im Gehirn können 10 000 Inputsignale gleichzeitig verarbeitet werden. Damit können Gesichter schlagartig erkannt werden. Das ist für uns Menschen wichtig.

Regeln und Wissen:
Es gibt keine einprogrammierten Regelwerke. Das Wissen entsteht durch die Verteilung der Gewichte an den Synapsen, den Eingängen der Neuronen bzw. bei den künstlichen Netzen in der Stärke der  Verbindungen.

Lernen:
Das Muster der Outputschicht wird mit einer  iorgabe verglichen. Durch Rückkopplungen stellen sich die Gewichte der Zwischenschichten solange um, bis eine Übreinstimmung zwischen Vorgabe und Output vorliegt.
Lernen ist ein selbstorganisierter Reifungsprozess des Netzes. Regeln können aber nur aus einem strukturierten Input extrahiert werden.

Räumlicher Aufbau:
Neuronen, die sich besonders gut gegenseitig erregen, sind im Gehirn in Säulen angeordnet. Neuronen in entfernteren Säulen werden schwächer erregt.

Abstraktion:
Abstrakte Oberbegriffe entstehen in mehrschichtigen Netzen. Sie bilden sich spontan und selbstorganisiert.

Intern:
99,9% der Signale innerhalb des Netzes im Gehirn produzieren die Neuronen selbst, nur ein winziger Teil kommt von den Sinnesorganen.

Frequenz:
Neuronen, die zusammenarbeiten, erkennen sich an der gleichen Frequenz mit der sie feuern.

wird fortgesetzt