Zusammenfassung aller Regeln. 2

Regeln zur Verbindungsstärke: 2

Regeln zur Verbindungsfindung. 3

Regeln zur hierarchischen Organisation der Verbindungen. 4

Regeln zum Zusammenfluss der Signale. 5

Regeln zur zeitlichen Voraussage. 6

Regeln für körperliche Bedürfnisse. 8

Regeln für geistige Bedürfnisse und kreatives Verhalten. 9

Allgemeine Zusatzregeln: 10

Ist das Modell damit fertig?. 11

 

 Zusammenfassung aller Regeln

Der folgende Regelhaufen mag erschreckend wirken. Andererseits ist jeder Satz, den ich in einer Hilfeanleitung zu einem gewöhnlichen Computerprogramm wie Word finde, eigentlich eine Regel des Programms. Sogesehen ist ein Programm wie Word viel komplizierter als das hier dargestellte Modell, das mit den folgenden 36 Sätzen beschrieben werden kann. Ich nehme an, die meisten bereits verwirklichten KI-Systeme sind komplizierter, wenn auch einfacher umzusetzen. 

Regeln zur Verbindungsstärke:

1. Zur Festlegung der Verbindungsstärke muss erfasst werden, wie oft: A insgesamt auftrat, A und B zusammenfielen, und B insgesamt auftrat. Um die Stärke der Voraussage zu erfassen, muss im Neuron der zweite Wert durch den ersten dividiert werden.

2. Verbindungsverfall: Um zu erfassen ob die Verbindung aufrecht erhalten werden soll, muss die Zahl wo A und B zusammenfiel durch die Zahl allein auftretender B dividiert werden.

Vorrang neuer Information: Die nötige Mehrgewichtung neuer Verbindungen (Adaption an die neuen Bedingungen) wurde durch das Prinzip des Farbenmischens veranschaulicht. Weiße Farbtropfen repräsentierten die Reizkombination AB, schwarze den Reiz A. Die Mischung repräsentiert die Wahrscheinlichkeit, dass auf A B folgt. Ist der Mischtopf voll, tritt Adaption in Kraft, das heißt, es wird Mischfarbe verworfen damit neue Farbe Platz hat.

3. Gesetz der Nähe: Nahes wird eher verbunden als Entferntes. Das ergibt sich aber im Signalfließnetz automatisch.

4. Hemmung: Jeder Zelle ist eine Antizelle zugeordnet, die auf die Inputsignale negativ reagiert. Über sie werden daher hemmende Verbindungen entstehen.

Regeln zur Verbindungsfindung

5. Kreisförmige Ausbreitung: Die Signale müssen innerhalb der Ebenen in einem unscharfen Verlauf weitergegeben werden, weil gezeigt werden konnte, dass sie sich dadurch kreisförmig, also nach allen Richtungen gleich schnell ausbreiten.

6. Vorwärtsfluss: Die Signale fließen vorwärts, nicht zurück, da eine Zelle, die gerade ein Signal abgegeben hat, keines empfangen kann. Diese vorläufige Blockade ist auch für die Zeiterfassung ausschlaggebend.

7. Bevorzugung jeweils eigener Zellen zur Signalweitergabe. Ein Signal wird nur dann an eine Zelle weitergegeben, die auch von einer anderen Quelle beliefert wird, wenn keine freie Zelle vorhanden ist.  

8. Rückfluss: Treffen die Signale auf der Ebene aufeinander, und ist kein Platz, um Signale weiterzugeben, werden die Signale so lange aufbewahrt, bis die benachbarten Zellen wieder aufnahmefähig sind.

9. Kämmsignale: Kämmwege dienen der Verbindungsfindung. Der Signalflüsse, welche zu den Kämmlinien führen, überschreiben einander. Die entstehende Kämmrichtung beschreibt den Mittelweg der sich überschreibenden Richtungen.

10. Ende des Kämmsignalflusses: Trifft ein Signal auf einen Bereich, der bereits Quer zu seiner Fließrichtung durchkämmt wurde, kann es nicht mehr weiterfließen, weil der Mittelweg zweier entgegengesetzter Wege einer Löschung gleichkommt.

Regeln zur hierarchischen Organisation der Verbindungen

11. Die Bildung einer neuen Chunkzelle: Verbindungen entstehen zwischen gleichzeitig gereizten Zellen. Die Aktivierung der Zelle (durch die Sinne) kann durch die Verbindung zur anderen Zelle fließen, und von dort weiter zur nächsten. Ist eine Zelle der Kette nicht wie erwartet aktiviert, so entsteht ein Voraussagefehler. Das Signal wird in die nächste Ebene weitergegeben. Dort bildet sich die Chunkzelle. Sie wird jedes mal wieder aktiviert werden, wenn dieser Voraussagefehler entsteht.

12. Wieviel Signal wird weitergegeben? Es wird immer nur jener Teil des Signals weitergegeben, der nicht vorausgesagt werden konnte. Wenn auf höherer Ebene festgestellt werden muss, dass die Enden der Kette nicht vorausgesagt werden können, fließt ein Signal die ganze Kette zurück (Abziehbildsignalfluss). Solange jedoch Voraussagen möglich sind, bleiben solche Signale aus (Lernblockierung).

13. Verschaltung der Chunkzellen: Eigentlich ist jede Zelle, die aus einer Abzweigung einer Verbindungskette hervorgeht, eine Chunkzelle. Neue Chunkzellen gehen miteinander Verbindungen nach den üblichen Regeln der Verbindungsfindung ein. Man könnte sagen, an jeder Astgabelung des Zukunftsbaumes sitzt eine Chunkzelle. Dadurch entsteht die Hierarchie im Denken.

14. Platz der Chunkzelle: In Und-Verbindungen, wo Voraussagesignale von den Enden einfließen, entsteht die Chunkzelle in der Mitte der Verbindung, dort wo der Abziehbildsignalfluss austritt. Demgegenüber gibt es in zeitlichen Verbindungen eine klare Fließrichtung, die dazu führt, dass die Chunkzelle am Anfang der Verbindung entsteht.

Regeln zum Zusammenfluss der Signale

15. Kombination versus Serialität: Gleiche Signale können zusammen in eine Leitung fließen: Unterschiedliche Signalstärken können nicht vermischt werden. Es siegt das stärkere Signal. Ist dieses verarbeitet, und damit abgestellt, kommt das schwächere zum Zug (Serialität der Aufmerksamkeit).

16. Zahl und Stärke beim Zusammenfluss: Beim Zusammenfluss mehrerer Signale entsteht in der Antizelle die Summe ihrer Negativa. Die Gesamtreizung der Antizelle muss dann nicht immer das Negativ zum Gesamt der Zelle darstellen. So kann Zahl und Stärke der zusammengeflossenen Signale unterschieden werden. 

17. Stärke der Verbindungen: Beim Abfluss bzw. Zusammenfluss der Signale siegen kurze Verbindungen vor längeren.

18. Universalität der Regeln: Die entstehenden Verbindungen führen in Summe zu einem neuen Netz, in dem aber immernoch die gleichen Regeln gelten. Im visuellen System entstehen Quasiebenen (flächendeckende Verbindungsketten), wie jene der Balkendetektoren.

19. Abziehbildcodierung/Start: In Und-Verbindungen kommt es unter gleich gereizten Zellen zu keinem Signalaustausch. Der Abfluss der Signale beginnt an den endgültigen Voraussageenden. Die befinden sich in den obersten bisher verschalteten Ebenen. Innerhalb der Unterebenen führt er dann zur Abziehbildcodierung. Der Startzeitpunkt wird durch die, in Und-Verbindungen halb so schnell fließenden Erwartungssignale festgelegt. Das Abziehbild ergibt sich durch die doppelt so schnellen Vorstellungssignale.

20. Abziehbildcodierung/Abfluss: Der Abfluss aus der Ebene ergibt sich bei der Abziehbildcodierung an der Stelle, wo die Signale nicht mehr weitergegeben werden können, also z.B. in der Mitte einer Fläche gleichgereizter Zellen. Dort wird das Signal aus der Ebene an neue Zellen weitergegeben, wo es vor allem zeitliche Verarbeitung auslöst.

21. Warum kehrt das Signal nicht um, wie bei der Verbindungsfindung? Weil es sich um Zellen handelt, die alle durch die Wahrnehmung aktiviert sind und bereits verschalten sind.

Regeln zur zeitlichen Voraussage

22. Vorstellungssignale und Erwartungssignale: Es muss zwei Arten von Signalflüssen geben. Die schnellen Vorstellungssignale, die ohne Zeitverlust die Verbindungen entlanglaufen, und die Erwartungssignale, die die erlernten zeitlichen Distanzen zwischen Reizen repräsentieren, indem sie immer erst weitergegeben werden, wenn die Voraussage überprüft ist. Dadurch laufen sie parallel zur Echtzeit der Welt.  

23. Der zeitliche Voraussagefehler entsteht, wenn die weitergegebenen Erwartungssignale nicht mit einem erwarteten Reiz zusammentreffen

24. Adaption: ist notwendig um das volle Reizpotential von Neuronen auszuschöpfen.

25. Unterscheidung von Reizstärke und Reizlänge: Dies geschieht, wie schon im visuellen System, durch die Zusatzinformation der Antizelle. Ihre Reizstärke in Relation zur Reizstärke der Zelle ist entscheidend.

26. Zeiterfassung: Erwartungssignale sollen mit der Realwelt übereinstimmen (parallele Welt). Da Zeitlängen durch eine Hierarchie von Verschaltungen auf die maximale Impulsrate der Neuronen zurückgeführt werden, muss das Erwartungssignal lediglich diese gesamte Verschaltungshierarchie durchwandern, um durch die Impulsrate so abgebremst zu werden, dass es mit der Realzeit übereinstimmt.

27. Die Verbindung nicht zeitgleicher Signale: Zellen bleiben kontaktfähig, solange sie nicht vorausgesagt wurden, und auch nicht durch Adaption verstummen. Im Fall eines Zeitunterschiedes liegt die Aktivierung der ersten Zelle schon zurück. Sie hat daher jetzt kein Kämmsignal ausgesandt, wird aber vom Kämmsignal der neu aktivierten Zelle erfasst, und antwortet mit Signalrücklauf. Das Rücklaufsignal entsteht also nicht in der Verbindungsmitte, sondern direkt bei der kontaktierten Zelle.

Regeln für körperliche Bedürfnisse

28. Sollwertabweichungen: Körperliche Bedürfnisse werden durch Signale (und deren Verknüpfungen) repräsentiert, die entstehen, wenn ein Messwert nicht dem genetisch vorgegebenen Sollwert entspricht.

29. Rückfließende Signale: Die Signale der Sollwertabweichungen (Bedürfnisse) verbinden sich untereinander nach den bisherigen Regeln, haben aber die Fähigkeit Verbindungen von Sinnesreizen gegen den Zeitpfeil zu durchwandern. Man kann sich vorstellen, zeitliche Verbindungen seien gedreht wie ein Gewehrlauf, und Bedürfnisreize hätten ihren Spinn in die andere Richtung.

30. Weg abnabeln: Durch die Überlagerung der rückfließenden Signalströme vom Lustzentrum und den vorwärtsfließenden von den Sinnen (Zukunftsvorstellungen), wird ein Pfad isoliert, der zu einer bedürfnisgerechten Zukunft führt. Die stärkste Zukunft siegt. Handlungen sitzen an Verzweigungsstellen der prognostizierten Zukunft. Wir können jeweils eine Zukunft voraussagen, zu der uns die Handlung führt, und eine andere Zukunft, zu der es ohne Handeln käme. Es siegt der Weg, der für die Bedürfnissollwerte mehr bringt. 

31. „Entweder oder“ versus „oder auch“: An Verzweigungen des Zukunftsbaumes wo wir durch unser Handeln über unsere Zukunft entscheiden können (entweder oder) siegt das stärkere Rücklaufsignal. An Verzweigungen wo wir dies nicht können, und nicht genau wissen welche der beiden möglichen Zukünfte uns erwartet (oder auch), wird ein Durchschnitt der beiden Rücklaufsignale gebildet, der dann unsere Zielmotivation repräsentiert. Solche Verzweigungen sind sozusagen undefiniert.

32. Zeitpunkt der Handlung: Der abgenabelte Weg löst noch keine Bewegung aus. Dazu muss erst das Erwartungssignal, welches zeitlich parallel zur Welt verläuft, die Zelle erfassen. Erwartungssignale folgen dem abgenabelten Weg in der Realzeit (parallele Welt) und aktivieren zeitgerecht die Motorik.

Regeln für geistige Bedürfnisse und kreatives Verhalten

Keine neuen Regeln. Aufmerksamkeit, Lerntrieb und ästhetischer Trieb bedürfen keiner einzigen neuen Regel. Sie entstehen einfach durch die rücklaufenden Signale, die beim Erlernen neuer Verbindungen zwischen noch nicht vorausgesagten Reizen entstehen,  sich im Netz verteilen und dabei Wege abnabeln.  

33. Gegenläufiger Spinn: Die Möglichkeit des Rückflusses wurde durch die Geschraubtheit zeitlicher Verbindungen veranschaulicht, und durch den Gegenläufigen Spinn der Signale von den Bedürfnissen. Sind die Signale, die von Zellen ohne gültige Voraussage, zum Zwecke der Verbindungsfindung ausgesendet werden, auch gegenläufig gedreht, wirken sie, wie Bedürfnissignale, als Wegbereiter für Handlungen. =Lerntrieb.

34. Kreativität und neues Verhalten: Zellen, deren Sensitivität noch nie durch einen Adaptionsprozess eingeschränkt wurde, sind so „laut adaptiert“, dass sie Zufallsrauschen aufweisen. Zufällige Häufungen in diesem Rauschen führen zu Zufallsverbindungen, über die Zufallsverhalten entsteht.

Wieso daraus sinnvolle Verbindungen hervorgehen: Zufallsrauschen führt aber nicht direkt zu bleibenden Verbindungen, weil die nächste umgekehrte Häufung die Verbindung statistisch wieder aufhebt. Das Zufallsverhalten kann aber Folgen für Körpersollwerte haben, die nicht zufällig sind, und dann wird sinnvolles Verhalten selektiert und somit erlernt.

Allgemeine Zusatzregeln:

Aus der Anwendung des Modells am Beispiel des visuellen Systems wird sich die Notwendigkeit für zwei Regeln ergeben, die ich erst dort behandle. Die Regeln will ich der Vollständigkeit halber trotzdem hier auflisten:

35. Ab wann gelten zwei Reize als Gleich: Dieses Problem fällt unter die „Schwellenwert-Probleme. Es hat sich folgende Regel als brauchbar erwiesen: Signale gelten demnach dann als gleich, wenn ihre Differenz zueinander geringer ist, als die Differenz, die sich im Durchschnitt zum Eigensignal der Empfängerzelle ergibt.

36. Berechnung des Voraussagefehlers bei Sternzellen: Um den Voraussagefehler zu ermitteln müssen bei einer sternförmigen Verbindung mehrere Signale mit dem Eigensignal der Zelle verglichen werden. Dabei wird nicht sofort ein Durchschnitt der eintreffenden Signale gebildet und dieser dem Eigensignal der Zelle gegenübergestellt, sondern jedes Signal wird einzeln mit dem Eigensignal der Zelle verglichen, und erst danach wird ein Durchschnitt der gesammelten Abweichungen gebildet. Dieser stellt den gesamten Voraussagefehler dar.

 

36 Regeln erscheinen viel, zumal die meisten davon direkt das Verhalten eines einzelnen Neurons beschreiben. Aber eine Zelle ist ein ungeheuer komplexes Ding. Am Beispiel der Einzeller sehen wir, dass eine Zelle sogar für sich lebensfähig sein kann. Ich halte es durchaus für möglich, dass ein Neuron wesentlich mehr ist, als ein Schalter. Abgesehen davon bleibt natürlich zu hoffen, dass sich der Regelhaufen noch auf wenigere Gesetzmäßigkeiten vereinfachen lässt. Während der Entwicklung dieses Modells waren die Regeln zeitweise schon viel zahlreicher und ließen sich dann immer weiter reduzieren. 

Ist das Modell damit fertig?

Ich würde sagen Ja. So wie es jetzt ist, ist es aus meiner Sicht das erste technisch konkrete Modell, das die Fähigkeit des Gehirns sich selbst zu strukturieren erklären kann, und die Grundphänomene des Erkenntnisgewinns ausreichend behandelt. Das Gehirn weist auch Phänomene auf, die für ein Modell des selbstlernenden Erkenntnisgewinns nicht wichtig erscheinen. Die unterschiedliche Nutzung der Gehirnhälften zum Beispiel. Es dürfte eine Gehirnhälfte im Entscheidungsfall zeitliche, die andere räumliche Verbindungen bevorzugen (Holler 1996, S.286) ). Dieser Faktor scheint aber nicht so wesentlich, denn auch ein Mensch, der nur mit einer funktionstüchtigen Gehirnhälfte auf die Welt kommt, entwickelt ein normales Verhalten. Auch diverse genetische Grundprogramme, die uns helfen schneller Fortschritte beim Erlernen des Greifens, Gehens, oder des Erkennens von Stimmen und Gesichtern zu machen, werden im Modell nicht berücksichtigt, weil das System diese Dinge auch ohne diese genetischen Hilfen bewältigen kann, wenn auch langsamer, und weil ein möglichst objektives selbstlernendes System entwickelt werden soll, also ein ideales erkenntnisgewinnendes System, möglichst ohne Vorurteile und vorgefertigte Programme. Die Komplexität der Anatomie des Gehirns ergibt sich aus meiner Sicht aus seiner evolutionären Abstammung von Tiergehirnen, die weitgehend genetisch vorprogrammiert waren. Die Evolution kennt ihr Ziel nicht, und findet den Weg tappend. Wir können ihn geradliniger verwirklichen.

Zugegeben, das Modell ist aufgrund der 36 Regeln, die für das Verbindungsverhalten jedes einzelnen Neurons gelten, nicht einfach zu verstehen, da die Regeln aber in der einzelnen Zelle liegen, genügt es eine Zelle technisch zu verwirklichen. Diese braucht dann nur vervielfältigt zu werden. Deshalb ist eine Umsetzung durchaus denkbar. Der Kostenaufwand für die Entwicklung einer solchen künstlichen Intelligenz ist abhängig von ihrer Kapazität, wobei ich annehme, dass ein Bruchteil der Neuronen nötig wäre, um das gleiche zu leisten wie das menschliche Gehirn. Die Neuronen im Gehirn scheinen unexakt zu arbeiten, und nur in Summe zu exakten Ergebnissen zu finden (Fischbach 1993, S.13). Ich halte es also für möglich die Leistungskapazität des menschlichen Gehirns annähernd zu erreichen, allerdings wird es aufwendig sein, wie der Mondflug für die Technologie der 60er Jahre. Es muss das Interesse eines Volkes sein, um verwirklicht zu werden. Aber es wäre diesen Aufwand doch Wert? Man bedenke nur, wie sehr ein solches künstliches Wesen das Selbstverständnis erweitern würde, das der Mensch von sich hat. Anders als er, könnte es ewig leben, indem es sein Wissen sichert, und wenn es zerstört wird, dieses Backup in einen neuen Körper eingespielt wird.