Eine neue Studie stellt die Annahme in Frage, dass die Lernregel eines neuronalen Netzes entscheidend für die Nachahmung des menschlichen Sehens ist. Forscher der Universität Tübingen verglichen vier Lernregeln – Backpropagation, Feedback Alignment, Predictive Coding und Spike-Timing-Dependent Plasticity – unter Verwendung identischer Faltungsarchitekturen und testeten sie anhand von menschlichen fMRI-Daten von 3 Probanden, die 720 Reize betrachteten (THINGS-fMRI-Datensatz).
Die Forschung
Nils Leutenegger und Team verwendeten die Representational Similarity Analysis (RSA), um zu messen, wie gut die internen Repräsentationen jedes Netzwerks mit der menschlichen Gehirnaktivität übereinstimmten. Entscheidend war, dass sie ein untrainiertes Netzwerk mit zufälligen Gewichten einbezogen. Ergebnisse: In frühen visuellen Arealen (V1/V2) erreichte das untrainierte CNN eine Korrelation von rho = 0,071, statistisch nicht unterscheidbar von Backpropagation (rho = 0,072, p = 0,43). In höheren Arealen (LOC/IT) spielten die Lernregeln eine Rolle: Backpropagation dominierte, und Predictive Coding mit lokalen Hebbian-Updates erreichte das gleiche Niveau (p = 0,18). Feedback Alignment beeinträchtigte die Repräsentationen auf V1 durchgängig unter die zufällige Basislinie. Partielle RSA bestätigte, dass die Effekte nicht auf Pixelähnlichkeit zurückzuführen waren.
Warum es wichtig ist
Diese Erkenntnis legt nahe, dass die frühe visuelle Verarbeitung weitgehend von der Architektur – der Struktur der Verbindungen – geprägt wird und nicht davon, wie das Netzwerk lernt. Für Ihre eigene Kognition bedeutet dies, dass die frühen Stufen des Gehirns möglicherweise fest verdrahtet sind, während höheres Lernen von Erfahrung und Zielen abhängt. Das Verständnis dieser Hierarchie kann das Gehirntraining leiten: Die Stärkung der Mustererkennung auf niedriger Ebene erfordert möglicherweise andere Methoden als die Verbesserung von Denken oder Gedächtnis.
Was Sie tun können
Um die visuelle Verarbeitung zu fördern, versuchen Sie Aufgaben, die Ihre Mustererkennung ohne komplexe Argumentation herausfordern – wie visuelle Rätsel oder schnelle Objektidentifikation. Für höhere Kognition konzentrieren Sie sich auf zielorientiertes Lernen, wie das Erlernen einer neuen Sprache oder das Spielen von Strategiespielen. Die Studie unterstreicht, dass Gehirntraining auf bestimmte Verarbeitungsstufen abzielen sollte.
Quelle: arXiv q-bio.NC
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