Semantische Untersuchungen organischer Informationsverarbeitung
(Bachelor-, Masterarbeit)

Stichworte: Semantik, Selbst-X-Eigenschaften, Hopfieldnetze, Organic Computing

Zielgruppe: Studierende der Computerlinguistik oder Informatik

In der belebten Welt findet man zahlreiche Beispiele von zielgerichteten und anpassungsfähigen Systemen. Biologische Prozesse, die dazu führen, daß Organismen adaptiv auf Informationen ihrer Umwelt reagieren, müssen als informationsverarbeitende Prozesse aufgefaßt werden. Das zielgerichtete und adaptive Verhalten biologischer Organismen tritt in Form von verschiedenen Selbst-X Eigenschaften (Selbst-Konfiguration, Selbst-Optimierung, Selbst-Heilung, Selbst-Schutz) in Erscheinung. Organic Computing verfolgt das Anliegen, zum einen eine konzeptionelle Grundlage zum besseren Verständnis organischer Systeme und ihrer phänomenalen (in der Erscheinung begründeten) Merkmale zu entwickeln und zum anderen Systeme mit solchen Merkmalen auf der Grundlage eines organisch strukturierten und zielorientierten Systementwurfs technisch zu konstruieren. Dazu werden informationsverarbeitende Prozesse durch Systeme von Differentialgleichungen dargestellt. Information wird in dieser Weise in Bezug auf ihren pragmatischen Aspekt beschrieben, d.h. durch die in der Veränderung von Zustandsvariablen zum Ausdruck kommende Wirkung von Information. Zielstrebigkeit und Selbst-X Eigenschaften beziehen sich jedoch auf semantische Aspekte, welche in der Dynamik organischer Systeme begründet sind. Darum erfordert sowohl das Verständnis organischer Systeme als auch der organischen Systementwurf eine Erklärung jener semantischen Dimension auf der gegebenen Beschreibungsgrundlage.

Die von Noam Chomsky und Jerry A. Fodor entwickelten computationalen Theorien mentaler Zustände verleiten zu der These, daß der menschlichen Sprache kein semantisches System vorausgegangen sei, welches beispielsweise bei Tieren zu finden wäre und welches ohne eine symbolische Repräsentation auskäme. Demzufolge wäre eine Semantik organischer Informationsverarbeitung überhaupt nicht möglich. Neuere Ansätze aus dem Bereich der Kognitionswissenschaften widersprechen solchen symbolischen Theorien. Vor allem können die in den zuvor dargelegten phänomenalen Merkmalen organischer Systeme auftretenden semantischen Aspekte durch die computationale Theorie von Chomsky und Fodor nicht erklärt werden. Es ist jedoch eine Tatsache, daß dynamischen visuellen Eindrücken eine "Bedeutung" im Sinne eines konkreten Konzepts des Bewegungsverlaufs zugeordnet wird. Dies soll in der folgenden Animation durch zwei Sequenzen von Bildern verdeutlicht werden, in denen jeweils unterschiedlich positionierte farbige Kreise dargestellt sind.



Die erste Bildsequenz erlaubt es bereits während des Ablaufs, einen Bewegungsverlauf zu antizipieren. Obgleich die dargestellten Kreise unterschiedliche Farben besitzen, findet eine Identifikation aller Kreise statt. In der zweiten Bildsequenz ist noch nicht einmal im Nachhinein ein Bewegungsverlauf zu rekonstruieren, noch weniger kann ein solcher während der Bildabfolge antizipiert werden. Es ist trotz ihrer farblichen Identität schwierig, die unterschiedlich positionierten Kreise als ein und dasselbe Objekt zu identifizieren. Offensichtlich wird der ersten Bildsequenz im Gegensatz zur nachfolgenden Bildsequenz ein Bedeutungsinhalt zugeordnet, da jene als stetige Translation approximiert werden kann. Eine solche Semantik beruht auf keiner Konvention, wie dies bei einem semiotischen Zeichen der Fall wäre. Der Bedeutungsinhalt ist vielmehr ohne Kenntnis eines Codes zu verstehen und die beobachtete Dynamik daher selbst-erklärend.

Die meisten theoretischen Ansätze innerhalb der Semantik gehen davon aus, daß Bedeutungsinhalte mentaler Natur sind und als Konzepte im menschlichen Geist aufzufassen sind (mentalistische Ansätze). Strukturalistische mentalistische Theorien verstehen Bedeutungsinhalte als mentale Strukturen. In dieser Arbeit soll zunächst dargelegt werden, in welcher Weise nicht-konventionell, sondern in topologischen Strukturen begründete semantische Aspekte organischer Systeme zum Ausdruck kommen und für einen organischen Systementwurf relevant sind. Bei Interesse kann auch erörtert werden, inwiefern eine entsprechende Theorie der Semantik mit bestehenden theoretischen Ansätze in Einklang zu bringen ist, wobei insbesondere das strukturalistische und das kognitive Modell naheliegend wären. Der Fokus der Betrachtungen liegt hierbei in dem Verhältnis zwischen Konzept und Gegenstand.



In Kooperation mit der Arbeit Topologische Untersuchungen an Modellen neuronaler Informationsverarbeitung soll darüberhinaus ermittelt werden, inwiefern sich derartige semantische Aspekte in der Topologie neuronaler Netzwerke widerspiegeln. Zuletzt ist eine Benutzeroberfläche für den Entwurf und die Simulation organischer Systeme zu implementieren.

Bei Interesse besteht die Möglichkeit, an einem Artikel für eine dem Themengebiet entsprechende Konferenz mitzuwirken. Weitere Details bei Anfrage.

Wegen des interdisziplinären Hintergrunds der Thematik ist die fachübergreifende Zusammenarbeit innerhalb unserer Arbeitsgruppe bei allen im Rahmen des Projekts ausgeschriebenen Bachelor-, Master- und Diplomarbeiten ausdrücklich erwünscht.

Literatur und Links:

Playpen: Toward an Architecture for Modeling the Development of Spatial Cognition

Origins of language: A conspiracy theory

Systems Biology Markup Language (SBML)

LYRE, H.: Informationstheorie - Eine philosophisch-naturwissenschaftliche Einführung. Fink, München, 2002

LÖBNER, S. : Semantik. Eine Einführung. De Gruyter. 2003

DEHAENE, S. The number sense. How the mind creates mathematics. Oxford University Press, 1997. Siehe auch: http://www.unicog.org/publications/Dehaene_PrecisNumberSense.pdf

ECO, U.: Einführung in die Semiotik. (autorisierte deutsche Auflage durch Jürgen Trabant), Fink, München 2002. (Orig. 1962), ISBN. Umberto Eco (1991).

HOPFIELD, J. J. : Neural Networks and Physical Systems with emergent collective computational abilities. Proceedings of the National Academy of Sciences, 1982, 79: 2554 -2558

v. d. MALSBURG, C. : The Coherence Definition of Consciousness. In Ito, M. and Miyashita, Y. and Rolls, E. T., Eds. Cognition, Computation and Consciousness, pages pp. 193-204. Oxford University Press, 1997.

Last modified: Tue Mar 10 06:55:00 CET 2009