Stillstand bei KI

Mit dem Manifest von 11 führenden Neurowissenschaftlern hat die Hirnforschung im Jahr 2004 festgestellt, dass sie in 60 Jahren KI-Forschung einen untauglichen Ansatz verfolgt hat: Die Vorstellung, dass das Gehirn die Hardware des Verstandes ist und man nun nach der Software zu suchen hat, ist falsch. So funktioniert das Gehirn nicht und deswegen ist auf diesem Wege auch keine künstliche Intelligenz (KI) zu erreichen. Gleichzeitig wird in dem Manifest konstatiert, dass auch keinen neuen Ansatz für das KI-Problem existiert. Nach wie vor entscheidet der Turing-Test, ob künstliche Intelligenz existiert, oder nicht. Bisher hat keine Maschine den Turing-Test bestanden. In den letzten Jahren hat sich die KI-Forschung auf die lokale Intelligenz von Robotern konzentriert. Also z.B. die eigenständige Funktion der Beine eines Spinnenroboters, unabhängig von der Zentralsteuerung. Das aber hat nur wenig mit der Turing-Intelligenz zu tun. Eines der Hauptprobleme der Hirnforschung ist die Messtechnik. Die bisher vorwiegend benutzte Diagnosetechnik ist die Computertomographie (CT). Damit lassen sich dynamische Gehirnprozesse in Schritten von 30 ms verfolgen, die Auflösung beträgt maximal aber nur ein bis zwei Millimeter hoch drei. Da aber in einem solchen Würfel Milliarden von Nervenverbindungen existieren, liefert die CT-Untersuchung lediglich die Aussage: Aktivitäten - Ja oder Nein. Was in diesem konkreten Volumenteil des Gehirns tatsächlich passiert, ist völlig unbekannt. Die Diffusionstomografie und die Elektronenmikroskopie ermöglichen es jetzt, wesentlich höhere Auflösungen zu erreichen. Es wird jetzt möglich, einzelne Nervenfasern, Nervenverbindungen und sogar Botenstoffe im Gehirn zu beobachten. Damit ist die Idee entstanden, die gesamte Vernetzung des Gehirns, das Connectome, dreidimensional zu kartieren, um die Funktionsweise des Gehirns zu verstehen.

Was ist Diffusionstomografie?

Diffusionstomografie wird auch als optische Streulichttomografie bezeichnet. Es ist ein bildgebendes, hochauflösendes Verfahren, mit dem Inhomogenitäten in diffusen Materialien (z.B. menschliches Gewebe) sichtbar gemacht werden. Dabei werden die unterschiedlichen Streu- und Absorbtionseigenschaften des Materials unter Einwirkung von Licht mit unterschiedlichen Spektren gemessen und als 3D-Grafik dargestellt.

Bei menschlichem Gewebe wird der Lichtdurchgang und die Absobtion von Hämoglobin und bei Chromophoren gemessen. Jeder einzelne Messpunkt muss aus den Parametern der Messung berechnet werden. Auch mit der Diffusionstomografie können Nervenverbindungen dargestellt werden. Noch aber weiss niemand, was man auf diesen Bildern eigentlich sieht. Klar ist nur, auch diese Auflösung reicht noch lange nicht aus, um damit das Connectome zu rekonstruieren.

Ziel ist das Connectome des Menschen

Das Connectome ist die Gesamtheit aller Nervenverbindungen eines Gehirns. Die Kartierung der Nervenbahnen und der Nervenzellen sowie sämtlicher Einflussfaktoren auf dieses Connectome ist Gegenstand des neuen KI-Ansatzes. Rund 100 Milliarden Nervenzellen besitzt das menschliche Gehirn, jede bildet bis zu 1.000 Synapsen. Das Connectome bedeutet die dreidimensionale Darstellung von mindestens fünf Millionen Kilometer Nervenbahnen des menschlichen Gehirns. Die Hirnforscher gehen davon aus, dass mit dem Connectome psychische Erkrankungen, das Bewusstsein und das Denken selbst erklärbar werden.

Das kleine Problem: Alle bisherigen Tomografen sind nicht in der Lage, die Verschaltung der Neuronen sichtbar zu machen. Dafür müsste die Auflösung weiter erhöht werden, um den Faktor 100.000. Die Datenmenge, die dabei entstehen würde, übersteigt die des gesamten jährlichen Internetverkehrs ...!

Winfried Denk erzeugt mit dem Elektrodenmikroskop Aufnahmen des Neuronennetzwerks der Retina. Dabei stellt er fest, dass in der Retina fünf verschiedene Neuronentypen und darunter wieder bis zu 70 Untersorten existieren. Daraus setzt sich praktisch ein organischer Computerchip zusammen, dessen Funktionsweise weitgehend unbekannt ist.

Wenig Ergebnisse - Viel Euphorie

Die Darstellung des menschlichen Connectomes ist ein neues Ziel der KI. Die US-Regierung investierte in das Connectome-Projekt 40 Millionen Dollar. Bisher wurden aber kaum Ergebnisse produziert, dafür aber viele neue Fragen:

• Es existiert bisher keine ausreichend hochauflösende Analyse- und Mess-Technik, um das menschliche Connectome oder Teile davon dreidimensional darzustellen.
• Auch die Technik für das Handling der dann vorhandenen, unvorstellbar grossen Datenmenge, existiert nicht.
• Ist der Mensch überhaupt fähig, das Connectome als Ganzes zu "begreifen" und zu handeln? Beispielsweise kann auch niemand den gesamten Internetverkehr verfolgen oder etwa steuern.
• Das Connectome müsste ein simulationsfähiges Modell des menschlichen Gehirns sein, sonst könnte man die Funktion nicht untersuchen. Wie aber sehen die peripheren Geräte für dieses Modell aus?
• Konkret: Gesetzt den Fall, man hätte das Connectome - als was würde sich dann Denken, Bewusstsein, Gefühl oder eine psychische Krankheit manifestieren? Anders gesagt: Was ist das Ausgabegerät für Bewusstsein oder beispielsweise Autismus?
• Wir wissen nicht einmal, wie das reale Ausgabegerät für Bewusstsein oder Gefühle aussieht! Wir "empfinden" Angst oder Wonne, aber womit? Vielleicht mit einer Shell, die über dem Gehirn liegt ...?
• Das Interessanteste an diesem neuen KI-Ansatz ist der systemwissenschaftliche Ansatz: Die Struktur ergibt sich aus der Summe der Elemente und ihren Relationen. Aber die Kenntnis der Struktur bedeutet noch lange nicht auch die Kenntnis der Funktion!
• Wie also will man vom Connectome auf die Funktion des menschlichen Gehirns schliessen?!
• Ausserdem: Gelten die systemwissenschaftlichen Prinzipien auch noch bei dieser unfassbar hohen Komplexität?
• Könnte es sein, dass uns intelligente Maschinen allein deshalb nicht zugängig sind, weil wir nicht mit den (chemischen) Materialien und Verfahren umgehen können, mit denen die Natur Lebewesen konstruiert?
• Viele der bei Blue Brain aufgeworfenen Fragen stellen sich auch hier wieder! Siehe www.storyal.de ...

Spielend mitmachen!

Alleine um die 40 Meter langen Nervenstränge an der Wurzel eines (von 32) Mäuseschnurrhaaren als 3D-Modell aus den Aufnahmen eines Elektronenmikroskops zu rekonstruieren, wären 200.000 Arbeitsstunden erforderlich. So viele Stunden arbeitet ein Mensch in seinem ganzen Leben nicht. Die Lösung des Problems: Ein Spiel zum Mitmachen:

Am Ende steht auch hier wieder die Frage: Was "fühlt" die Maus, wenn das Schnurrhaar einen Grashalm berührt? Kann sie dabei im Dunklen unterscheiden, ob der Grashalm grün oder vertrocknet ist? Und diese Informationsverarbeitung leisten mit Sicherheit nicht die Nervenzellen am Ende des Schnurrhaares, sondern das Mäusegehirn. Aber wie?

Facit

Das Gehirn funktioniert hervorragend, aber niemand weiss, wie und warum. An dieser erstaunlichen Tatsache wird sich mindestens in den nächsten 25 Jahren nichts ändern. Künstliche Intelligenz von Maschinen nach der Definition des Turing-Tests ist auch mit diesem neuen Ansatz nicht in Sicht.

Kein neuer Ansatz - nur grosse Worte

Ein Team aus Neurowissenschaftlern und Softwareentwicklern ist es an der University of Waterloo in Kanada gelungen, dem Traum der künstlichen Intelligenz ein Stück näher zu kommen. Die Forscher um Chris Eliasmith haben mit  Spaun (Semantic Pointer Architecture Unified Network) einen der derzeit fortschrittlichsten Gehirnemulatoren entwickelt.

Spaun verfügt über ein mit 784-Pixeln ausgestattetes digitales Auge und einen Roboterarm, der ihn zum Schreiben befähigt. Die Denkprozesse werden von annähernd 2,5 Millionen im Rechner simulierter Neuronen erzeugt. Zum Vergleich: Das menschliche Gehirn weist rund 100 Milliarden Nervenzellen auf. Wie im menschlichen Gehirn auch, teilen sich Spauns Neuronen auf einzelne Areale auf und übernehmen dort spezifische Aufgaben. So stehen Spaun der präfrontale Cortex, Basalganglien und der Thalamus zur Verfügung, um Aufgaben lösen zu können.

Spaun kann nahezu problemlos die Abfolge von zuvor gezeigten Zahlenkombinationen rekonstruieren und anschließend mit seinem Roboterarm zu Papier bringen. Dabei wurden die visuellen Informationen zuerst mittels digitalem Auge in Spauns emulierten Thalamus übermittelt und in den Neuronen abgespeichert. Den Basalganglien oblag es dann die Aufgabenstellung an einen Bereich des präfrontale Cortex zu übersenden, der die eigentliche Aufgabe dann in die Tat umsetzt, sprich: den Roboterarm in Bewegung setzte. Konkret wurden Spaun Zahlen- und Buchstabenreihen gezeigt. Ein dem Gehirn zusätzlich gezeigtes Symbol offenbarte dem Gehirn, welche Aufgabe es mit den gezeigten Objekten zu lösen galt. So mussten Zahlenreihen beispielsweise addiert oder fehlende Zahlen innerhalb einer Folge ergänzt werden. Die Antworten schreibt Spaun anschließend auf ein Blatt Papier.

Natürlich wollen die Forscher aus Waterloo Spaun weiter modifizieren. Ein nächster Schritt soll sein, dass Spaun seine Neuronen bei Tätigkeiten selbstständig verknüpfen kann. Learning by doing. Ganz ohne Zutun der Entwickler würde das künstliche Gehirn sich dann quasi selbst programmieren können. Zukunftsmusik. Noch. Mehr bei www.basicthinking.de ...

Kommentar Al: Ein interessanter Ansatz, der mit den wenigen vorhandenen Informationen nicht abschliessend zu bewerten ist. Klar ist nur, das hat noch sehr wenig mit künstlicher Intelligenz zu tun, sondern mit Pattern Recognition. Es geht um eine erweiterte, fehlertolerante Mustererkennung. Nur aus PR-Gründen taucht hier der Begriff Superhirn auf. Es ist nicht abzuschätzen, wie sinnvoll und effektiv dieser Ansatz ist.

Auf Anhieb sind aber nicht wie bei Projekt Blue Brain (2007) sofort massive methodische Probleme zu erkennen. Dieses Projekt hat zwar bisher keine Ergebnisse gebracht: Fehlanzeige bei den Publikationen von Henry Markram. Es ist aber bei der EPFL auch nicht zu den Akten gelegt (http://bluebrain.epfl.ch ... ) - Im Gegenteil: Die EPFL hat erfolgreich mit einem Flagship-Project der EU eine Milliarde Euro (!!) für das Human Brain Projekt (HBP) eruiert. Was mit dieser unglaublichen Summe und diesem Projekt erreicht werden soll, ist unklar. Es wird interessant sein, hier noch einmal zu recherchieren ...!

05.12.2012 22:38

Das Human Brain Project (HBP) -
Ein Wissenschafts-Skandal erster Güte

Kommentar Al: Eine Milliarde Euro für einen Scharlatan! Henry Markram ist in der Scene als Spinner bekannt. Seit 2007 versucht er mit dem Blue Brain Projekt eine "Kortikale Säule bis hinunter auf die molekulare Ebene durch ein virtuelles 3D-Modell" zu simulieren. Heute blinkert etwas auf dem Bildschirm, was dort aber flimmert, weiss niemand. Es existiert keine wissenschaftliche Veröffentlichung von Markram über die Ergebnisse des Blue Brain-Projekts! Stand der Technik ist, dass kein Wissen existiert, auch nur eine einzige Nervenzelle bis "hinunter auf die molekulare Ebene" zu simulieren. Ein anderer Aspekt von vielen der illustriert, wie wenig wir von unserem Gehirn wissen: Niemand weiss heute, wie und wo Erinnerungen im Gehirn gespeichert und wieder abgerufen werden!

Der entscheidende methodische Fehler der Simulationen von Markram von Anfang an:
Es ist prinzipiell unmöglich, etwas Unbekanntes zu simulieren.

Unbegreiflich, dass die EU für dieses Flagship Project bereit ist, eine Milliarde Euro (!) auszureichen! Welche Wissenschaftler haben dieses Projekt begutachtet? Waren die führenden Hirnforscher Europas an dieser Entscheidung beteiligt? Welche Ergebnisse sollen nach Abschluss des Projekts auf dem Tisch liegen? Und wer haftet dafür, dass diese Ziele auch erreicht werden?

Ich bin von CORDIS, der für diese Entscheidung verantwortlichen EU-Institution, schwer enttäuscht. Eine solche Entscheidung hätte ich im (angeblich) aufgeklärten Europa nicht für möglich gehalten! Sie wirft ein bezeichnendes Licht auf das hier herrschende Bildungsniveau und die wissenschaftliche Urteilsfähigkeit: Die Zeit ist reif, dass Europa von Asien überrannt wird.

Wie gross der Wahnsinn dieses Projekts ist wird erkennbar, wenn man sich den wissenschaftlichen Streit um den anthropogenen Klimawandel ansieht. Hier wird "nur" versucht, das Weltklima zu simulieren um daraus Schlüsse für die Vergangenheit und Zukunft zu ziehen: Mit den letzten Erkenntnissen wird im Jahr 2013 klar:

Die globale Erwärmung legt seit 15 Jahren eine Pause ein und: Das hat ausschliesslich natürliche Ursachen! Im Umkehrschluss bedeutet das: Für die IPCC-These, dass und in welchem Masse der Mensch die Klimaerwärmung der letzten 150 Jahre verursacht hat, existieren keine naturwissenschaftlichen Beweise. Der anthropogene Klimawandel ist höchstens eine anthropogene These, vielleicht aber auch nur eine geschäftstüchtige Spekulation!

Wenn die weltbesten Wissenschaftler (IPCC) nicht einmal in der Lage sind, „nur“ das Klima zu simulieren, wie wollen dann Markram & Co das Gehirn, bis hinunter auf die molekulare Ebene, simulieren?! HBP ist kein Grössenwahn mehr, das ist einfach nur Esoterik, im besten Fall Science Fiction.

09.03.2013 10:19

News zum HBP

Finanzielle Zusagen hat das HBP für rund 120 bis 150 Millionen Euro. 54 Millionen Euro hat die Europäische Kommission für das Jahr 2013 zugesichert; 75 Millionen Franken will der ETH-Rat in den nächsten vier Jahren beisteuern. Und das Supercomputerzentrum in Jülich (D) habe einen Beitrag gesprochen, sagt HBP-Pressesprecher Richard Walker. Mehr bei www.sonntagszeitung.ch ...

05.02.2013 11:05

Die EU mag sich als wenig handlungsfähig erweisen, in der Forschungsförderung aber gilt hin und wieder klotzen statt kleckern. Das trifft besonders auf die sogenannten Flagship-Budgets zu, deren Gewinner Anfang dieser Woche in Brüssel vorgestellt wurden. Fördergelder von jeweils einer Milliarde Euro waren zu vergeben, die in den nächsten zehn Jahren an die beiden bestplacierten Projekte gehen.

Die EU trägt nur rund die Hälfte dieser Summen, die restlichen Gelder sollen aus den Nationen der beteiligten Institute kommen. Die Forscher sollen Europa zurück an die Spitze von Wissenschaft und Technik führen und neue Industriezweige begründen, lauten die unbescheidene Vorgaben. Eines der Sieger-Projekte wird die Kohlenstoffverbindung «Graphen» (Betonung auf der 2. Silbe) erforschen, das andere, das von Henry Markram an der ETH Lausanne (EPFL) initiierte Human Brain Project (HBP), will das vollständige menschliche Gehirn im Computer nachbilden.

Kein anderes der zuletzt noch sechs konkurrierenden Projekte hat im Vorfeld des Entscheids so viel Widerspruch, ja Feindschaft provoziert wie das von Henry Markram geleitete Vorhaben. Es ist keine Übertreibung, von einer Spaltung der wissenschaftlichen Gemeinschaft zu sprechen, wenn man die konträren Beurteilungen von Neurowissenschaftern im In- und Ausland heranzieht. Mehr bei www.nzz.ch ...

05.02.2013 11:11

Links zu Connectome Project und Human Brain Activity Project

Weitere Tomografieverfahren www.hzdr.de ...

Grundlegende Untersuchungen zur optischen Tomographie. Mathematische Behandlung der Streulichttomographie von dicken Gewebeschichten und Phantomen Abschlussbericht
www.opengrey.eu ...

Quantitative und bildgebende Nahinfrarot-Gewebediagnostik
http://phpframe.wcms-file3.tu-dresden.de ...

Simulation und Rekonstruktion zur optischen Tomographie
www.ptb.de ...

Computertomographie http://de.wikipedia.org ...

Human Connectome Project www.humanconnectomeproject.org/

Human Connectome Project http://de.wikipedia.org ...

Im Flug durch das Gehirn DER SPIEGEL 50 / 2012, ab Seite 122

Sebastian Seung: Connectome - Houghton Mifflin, Boston (2012), 384 Seiten, ISBN-10: 0547508182

Human Brain Activity Project www.nytimes.com ...

Milliardenschwerer Forschungsplan: Das teuerste Gehirn der Welt www.spiegel.de ...

Links zu Blue Brain und HBP

Das Dilemma von Blue Brain www.storyal.de ...

WebSite von Henry Markram (auch 2013 noch ohne Publikationen!) an der EPFL http://people.epfl.ch ...

The Human Brain Project Wins Top European Science Funding http://actu.epfl.ch ...

FET FLAGSHIP INITIATIVES http://cordis.europa.eu ...

The Human Brain Project www.humanbrainproject.eu ...

... die Hybris einiger Hirnforscher www.vordenker.de ...