Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Anwendungen und Beschränkungen linearer Antwortfunktionen in neuronalen Netzwerkmodellen

10.10.2017

Alle unsere Gehirnfunktionen beruhen auf Nervensystemen mit äußerst komplexen nicht-linearen Wechselwirkungen und Rückkopplungen. In den vergangenen Jahrzehnten konnten zahlreiche Phänomene durch weniger komplexe, lineare Ansätze erfolgreich beschrieben werden.

Tim Herfurth und Tatjana Tchumatchenko (Forschungsgruppe Theory of Neural Dynamics am Max-Planck-Institut für Hirnforschung) erkunden nun die verschiedenen Anwendungsgebiete sowie Grenzen dieser Modelle und erörtern die Notwendigkeit von alternativen Beschreibungen.


Durch einen Stimulus (rote Linie) werden spike-Antworten erzeugt (dünne vertikale Linien). Der linearen Antworttheorie entspricht die aufsummierte Antwort aller Neuronen (breite Balken) des Stimulus.

Herfurth/ Tchumatchenko (Max Planck Institute for Brain Research)

Lineare Antwortfunktionen wurden ursprünglich zur Erklärung unterschiedlicher Phänomene aus der Physik entwickelt und werden heutzutage auch in der Neurowissenschaften angewandt. Sie führen zu erweiterten Einblicken in bedeutenden Bereichen der Neurowissenschaften wie die Ratendynamik, Synchronisation, globale Oszillationen und Informationstheorie.

„So konnte mithilfe linearer Antwortfunktionen das Aktivitätsmuster von Neuronen als Reaktion auf sensorische Reize vorhergesagt werden (z.B. für Nervenzellen in der Retina, die mit Licht stimuliert werden). Des Weiteren waren lineare Antwortfunktionen hilfreich zur Beschreibung der Prozesse durch die Neuronen sich synchronisieren oder für die Mechanismen, durch die sie Information übertragen“, sagt Herfurth.

Das Konzept der linearen Antwortfunktion gerät jedoch an seine Grenzen, da es ursprünglich für Systeme entwickelt wurde, bei denen die verwendeten Reize klein sind und bestimmte Kriterien der Stationarität erfüllt sind. Da diese Voraussetzungen auf viele Prozesse im Gehirn nicht zutreffen, bedürfen Funktionen wie Klassifizierung, Adaption oder reizabhängige Normalisierung weitere nicht-lineare Komponenten.

Tchumatchenko: „Die Beschränkung der linearen Antworttheorie liegt darin, dass zwar Feuerraten vorhergesagt werden können, aber nicht die exakte zeitliche Abfolge von Aktionspotenzialen. Diese wiederum gilt als fundamentales Element neuronaler Verarbeitung. Deshalb werden Modelle benötigt, die Nichtlinearitäten und Rückkopplungseffekte beinhalten.

Publikation: Herfurth, T. and Tchumatchenko, T. (2017). How linear response shaped models of neural circuits and the quest for alternatives. Curr Opinion in Neurobiology 46: 234-240.

Weitere Informationen:

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959438817300144

Dr. Arjan Vink | Max-Planck-Institut für Hirnforschung

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht In Hochleistungs-Mais sind mehr Gene aktiv
19.01.2018 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Warum es für Pflanzen gut sein kann auf Sex zu verzichten
19.01.2018 | Universität Wien

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Kongress Meditation und Wissenschaft

19.01.2018 | Veranstaltungen

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rittal vereinbart mit dem Betriebsrat von RWG Sozialplan - Zukunftsorientierter Dialog führt zur Einigkeit

19.01.2018 | Unternehmensmeldung

Open Science auf offener See

19.01.2018 | Geowissenschaften

Original bleibt Original - Neues Produktschutzverfahren für KFZ-Kennzeichenschilder

19.01.2018 | Informationstechnologie