Bei der Chaostheorie handelt es sich um eine neuartige Herangehensweise an die Wissenschaft, die im Alltag überall präsent ist. Die Chaosforschung stellt die klassische Weltsicht in Frage und hat das Potenzial, eine Generalüberholung der Wissenschaft hervorzurufen.
Auch zum menschlichen Gehirn existiert ein chaostheoretischer Zugang. Die Kommunikation der Nervenzellen erfolgt über eine komplexe Verschaltung der Synapsen, deren Kontakte nicht statisch, sondern wandelbar sind. Daraus ergibt sich die Frage, inwieweit das Gehirn eine nichtlineare Dynamik aufweist und somit der Chaostheorie unterworfen ist.
Anja Buser erläutert in ihrer Publikation zunächst die Begriffe der Chaostheorie und der Selbstorganisation als Grundlage für das weitere Vorgehen. Im nächsten Schritt geht sie auf den Paradigmenwechsel in der Wissenschaft ein, sowie die dadurch ermöglichte Erforschung der Selbstorganisation im neuronalen Netz des Gehirns und in künstlichen neuronalen Netzen. Die Rolle des Chaos in diesen Netzen lässt die Autorin ebenfalls nicht außer Acht und dokumentiert diese u.a. mit aus menschlichen EEG-Daten erstellten chaotischen bzw. seltsamen Attraktoren. Mit ihrer Arbeit zeigt Anja Buser Zukunftsaussichten im Bereich der Hirnforschung auf, die eine Wechselbeziehung von Informations- und Neurowissenschaften in Aussicht stellen.
Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- Ein neues Weltbild
- Paradigmenwechsel nach T.S. Kuhn
- Das noch vorherrschende bzw. alte Weltbild (Reduktionismus)
- Das vordringende bzw. neue Weltbild (Holismus)
- Das komplexe Gehirn, klassische KI und Konnektionismus
- Chaostheorie
- Überwindung des alten Weltbilds
- Geschichte der Chaostheorie
- Deterministisches Chaos
- Nichtlinearität und neues Kausalitätsprinzip
- Hohe Sensitivität von den Anfangsbedingungen und Grenzen der Vorhersagbarkeit
- Rückkopplung, Bifurkation, Intermittenz, Selbstorganisation und die besondere Rolle der Zeit
- Beispiel: Die Logistische Abbildung
- Geometrische Betrachtung des deterministischen Chaos
- Phasenraum
- Attraktoren (Punktattraktor - Grenzzyklus – seltsamer Attraktor)
- Fraktale Geometrie und Selbstähnlichkeit
- Beispiel: Untersuchungen von W. Freeman
- Chaostheorie in der Psychologie
- Gegenstandsangemessenheit der Chaostheorie im Hinblick auf die Psychologie
- Fragestellungen der Psychologie im Forschungsfeld der Chaostheorie
- Erste Forschungsarbeiten
- Selbstorganisation und Chaos im neuronalen Netz des Gehirns
- Selbstorganisation in künstlichen neuronalen Netzen
- Grundlagen und Geschichte
- Aufbau von KNN
- Aufbau und Funktionsweise eines künstlichen Neurons
- Aufbau eines Netzwerks
- Gemeinsamkeiten und Unterschiede zum Gehirn
- Klassifikation von KNN
- Feedforward-Netze
- Feedback-Netze
- Lernen in KNN
- Überwachtes Lernen (supervised learning)
- Bestärkendes Lernen (reinforcement learning)
- Unüberwachtes Lernen (unsupervised learning)
- Beispiele für KNN
- Beispiele für Feedforward-Netze
- Beispiele für Feedback-Netze
- Vorteile und Nachteile von KNN
- Nichtlineare Dynamik und künstliche neuronale Netze
- Zwei grundlegende Anwendungen von KNN
- KNN als Ersatz herkömmlicher statistischer Verfahren?
- Anforderungen an und Kategorisierung von KNN
- Auswahl eines geeigneten Verfahrens
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Diplomarbeit untersucht neuronale Netze und Selbstorganisation unter dem Blickwinkel der Chaostheorie, insbesondere im Kontext der Psychologie. Ziel ist es, die Anwendung chaostheoretischer Konzepte auf die Funktionsweise des Gehirns und künstlicher neuronaler Netze zu beleuchten.
- Anwendung der Chaostheorie auf das Verständnis des Gehirns
- Selbstorganisation in neuronalen Netzen (biologisch und künstlich)
- Vergleich zwischen biologischen und künstlichen neuronalen Netzen
- Methoden der nichtlinearen Zeitreihenanalyse
- Anwendungsbeispiele künstlicher neuronaler Netze
Zusammenfassung der Kapitel
Einleitung: Diese Einleitung führt in die Thematik der Diplomarbeit ein und skizziert den Aufbau und die Zielsetzung der Arbeit. Sie dient als Einstieg in die Betrachtung neuronaler Netze und Selbstorganisation aus der Perspektive der Chaostheorie im psychologischen Kontext.
Ein neues Weltbild: Dieses Kapitel beschreibt den Paradigmenwechsel von einem reduktionistischen zu einem holistischen Weltbild. Es werden die Unterschiede zwischen diesen beiden Ansätzen erläutert und ihre Relevanz für das Verständnis komplexer Systeme wie des Gehirns diskutiert. Die klassische KI und der Konnektionismus werden als Vorläufer des neuen, holistischen Weltbildes eingeführt.
Chaostheorie: Dieses zentrale Kapitel behandelt die Chaostheorie. Es erklärt die zentralen Konzepte des deterministischen Chaos, wie Nichtlinearität, hohe Sensitivität gegenüber Anfangsbedingungen und Selbstorganisation. Wichtige Charakteristika werden detailliert erläutert, und die Bedeutung von Rückkopplung und Bifurkation für dynamische Systeme wird hervorgehoben. Es werden Beispiele wie die logistische Abbildung und die Forschung von W. Freeman präsentiert, um die Theorie zu veranschaulichen. Die Anwendung der Chaostheorie in der Psychologie wird schließlich angesprochen, wobei die Gegenstandsangemessenheit und erste Forschungsarbeiten beleuchtet werden.
Selbstorganisation in künstlichen neuronalen Netzen: Dieses Kapitel beschreibt die Grundlagen und den Aufbau künstlicher neuronaler Netze (KNN). Es werden verschiedene Netzwerkarchitekturen wie Feedforward- und Feedback-Netze vorgestellt, sowie verschiedene Lernmethoden (überwacht, unüberwacht, bestärkend). Das Kapitel vergleicht biologische und künstliche neuronale Netze und stellt Beispiele wie Perceptron, Multilayer-Perceptron, selbstorganisierende Karten, Jordan-Netz, Elman-Netz und Hopfield-Netz vor. Die Vor- und Nachteile von KNN werden abschließend diskutiert.
Nichtlineare Dynamik und künstliche neuronale Netze: Dieses Kapitel behandelt die Anwendung von KNN in der Praxis. Es diskutiert die Eignung von KNN für reale Problemstellungen und vergleicht sie mit traditionellen statistischen Verfahren. Verschiedene Anforderungen an den Einsatz von KNN werden erläutert, sowie eine Kategorisierung nach Aufgabenstellung (Dependenz- und Interdependenzanalyse). Abschließend werden verschiedene Verfahren zur Auswahl eines geeigneten KNN-Modells vorgestellt.
Schlüsselwörter
Neuronale Netze, Selbstorganisation, Chaostheorie, Komplexität, Nichtlinearität, Deterministisches Chaos, Künstliche Neuronale Netze (KNN), Zeitreihenanalyse, Gehirn, Psychologie, Feedforward-Netze, Feedback-Netze, Lernverfahren.
Häufig gestellte Fragen (FAQ) zur Diplomarbeit: Neuronale Netze und Selbstorganisation im Kontext der Chaostheorie
Was ist der Hauptfokus dieser Diplomarbeit?
Die Arbeit untersucht neuronale Netze und Selbstorganisation unter dem Blickwinkel der Chaostheorie, insbesondere im Kontext der Psychologie. Der Fokus liegt auf der Anwendung chaostheoretischer Konzepte auf die Funktionsweise des Gehirns und künstlicher neuronaler Netze.
Welche Themen werden in der Arbeit behandelt?
Die Arbeit behandelt folgende Themen: Anwendung der Chaostheorie auf das Verständnis des Gehirns, Selbstorganisation in neuronalen Netzen (biologisch und künstlich), Vergleich zwischen biologischen und künstlichen neuronalen Netzen, Methoden der nichtlinearen Zeitreihenanalyse und Anwendungsbeispiele künstlicher neuronaler Netze. Sie umfasst auch eine Einführung in den Paradigmenwechsel von einem reduktionistischen zu einem holistischen Weltbild und eine detaillierte Erläuterung der Chaostheorie, inklusive Konzepte wie Nichtlinearität, hohe Sensitivität gegenüber Anfangsbedingungen und Selbstorganisation.
Welche Kapitel umfasst die Arbeit?
Die Arbeit gliedert sich in folgende Kapitel: Einleitung, Ein neues Weltbild (Paradigmenwechsel, Reduktionismus vs. Holismus, klassische KI und Konnektionismus), Chaostheorie (Geschichte, deterministisches Chaos, Anwendung in der Psychologie), Selbstorganisation in künstlichen neuronalen Netzen (Grundlagen, Aufbau, Lernmethoden, Beispiele), Nichtlineare Dynamik und künstliche neuronale Netze (Anwendungen, Vergleich mit statistischen Verfahren, Auswahl geeigneter Verfahren).
Was sind die wichtigsten Konzepte der Chaostheorie, die in der Arbeit behandelt werden?
Die Arbeit erläutert zentrale Konzepte des deterministischen Chaos wie Nichtlinearität, hohe Sensitivität gegenüber Anfangsbedingungen, Rückkopplung, Bifurkation, Intermittenz, Selbstorganisation und die besondere Rolle der Zeit. Es werden auch Attraktoren (Punktattraktor, Grenzzyklus, seltsamer Attraktor) und fraktale Geometrie im Zusammenhang mit dem deterministischen Chaos diskutiert.
Welche Arten künstlicher neuronaler Netze werden behandelt?
Die Arbeit behandelt verschiedene Arten künstlicher neuronaler Netze (KNN), darunter Feedforward-Netze und Feedback-Netze. Es werden auch verschiedene Lernmethoden wie überwachtes Lernen, bestärkendes Lernen und unüberwachtes Lernen erläutert. Konkrete Beispiele wie Perceptron, Multilayer-Perceptron, selbstorganisierende Karten, Jordan-Netz, Elman-Netz und Hopfield-Netz werden vorgestellt.
Wie werden biologische und künstliche neuronale Netze verglichen?
Die Arbeit vergleicht biologische und künstliche neuronale Netze hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Funktionsweise. Gemeinsamkeiten und Unterschiede werden herausgestellt.
Welche Schlüsselwörter beschreiben den Inhalt der Arbeit am besten?
Schlüsselwörter sind: Neuronale Netze, Selbstorganisation, Chaostheorie, Komplexität, Nichtlinearität, Deterministisches Chaos, Künstliche Neuronale Netze (KNN), Zeitreihenanalyse, Gehirn, Psychologie, Feedforward-Netze, Feedback-Netze, Lernverfahren.
Wo finde ich weitere Informationen zu den in der Arbeit behandelten Themen?
Die Arbeit enthält ein ausführliches Inhaltsverzeichnis, welches als Ausgangspunkt für weiterführende Recherchen dienen kann. Die im Text zitierten Quellen können ebenfalls als Grundlage für weiterführende Studien dienen.
- Citation du texte
- Anja Buser (Auteur), 2002, Neuronale Netze und Selbstorganisation. Die Betrachtung Neuronaler Netze im Bereich der Psychologie aus dem Blickwinkel der Chaosforschung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/963132
