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Informatiker der Technischen Universität (TU) Graz haben entdeckt, wie das Gehirn gezielt Informationen verarbeiten und daraus Schlüsse ziehen kann, obwohl die Verarbeitung immer unterschiedlich funktioniert.
"Experimente in Cognitive Science am MIT in den USA haben gezeigt, dass auch das Gehirn einer einzelnen Person zu verschiedenen Zeiten zu anderen Ergebnissen kommt, ohne dass sich die Person dessen bewusst ist", sagt Wolfgang Maass vom Institut für Grundlagen der Informationsverarbeitung der TU Graz.
Ein Computer funktioniert anders. Wenn man einem Computer zehnmal die gleiche Aufgabe stellt, so laufen zehnmal genau die gleichen Rechenschritte ab. Das Muster der elektrischen Impulse der Neuronen im menschlichen Gehirn variiert so stark, dass es schwierig ist, Ähnlichkeiten darin zu entdecken. "Dieses Phänomen ist ein Hinweis darauf, dass Informationsverarbeitung im Gehirn fundamental anders organisiert ist als im Computer, zumindest als in den bisher gebauten Geräten", erklärt Maass. Gemeinsam mit seinem Team hat der Wissenschaftler nun eine Theorie entwickelt, die zeigt, dass auch Neuronen, die mehr oder weniger zufällig Impulse, sogenannte "spikes", an andere Neuronen aussenden, sehr gezielt Berechnungen durchführen können. "Das ist nicht so utopisch wie es zunächst klingt, das jetzt schon einige wichtige Algorithmen mit Pseudo-Zufallszahlen arbeiten", sagt Maass. Die Rechner von heute würden jedoch noch immer deterministisch arbeiten.
Hightech-Prototyp bereits in Arbeit
Der Experte hat sich zum Ziel gesetzt, das Prinzip des Gehirns auf Computer anzuwenden. "Unzuverlässige Neurone können so zu einem Netzwerk verschaltet werden, dass das Gehirn eine grosse Zahl an verschiedenen Möglichkeiten quasi spontan, also zufallsgesteuert, durchspielt, um geeignete Lösungen eines Problems zu ermitteln", erklärt Maass. Diese Theorie erklärt experimentelle Ergebnisse der Neurowissenschaft und Kognitionswissenschaft. Daneben gibt sie den Informatikern aber auch neue Ideen, wie man zukünftige Rechner aus sehr billigen und extrem kleinen "unzuverlässigen" Rechenelementen bauen kann. Diese bestünden dann nur aus wenigen Molekülen.
Die These der Grazer Forscher besagt, dass ein geeignetes Netzwerk neuartiger elektronischer Bausteine mit neuronenartigem Verhalten ebenfalls in der Lage sein kann, aus einer grossen Anzahl von unsicheren Fakten und Vermutungen intelligente Schlüsse zu ziehen. Ein Prototyp eines solchen neurartigen Rechners entsteht derzeit in Zusammenarbeit mit Physikern der Universität Heidelberg im Rahmen des EU-Projekts Brainscales. Schon bald wollen die Fachleute nachprüfen können, ob die Vorhersagen der neuen Theorie auch für Rechner gelten, die aus in Silizium nachgebildeten künstlichen Neuronen bestehen.
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