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Udo Ernst

Bernstein Preis für Computational Neuroscience, 2010

"Wie greifen Faktoren wie Wissen und Kontext in die visuelle Bildverarbeitung ein?"

Udo Ernst befasst sich mit der Frage, wie das Gehirn visuelle Informationen verarbeitet. Damit wir sehen können, repräsentiert das Gehirn seine visuelle Umwelt in Form von elektrischer Aktivität der Nervenzellen. Dabei erschafft das Gehirn allerdings nicht ein genaues Abbild seiner Umwelt, viel mehr ist die Repräsentation auf den jeweiligen Kontext optimiert. Wenn wir zum Beispiel etwas Bestimmtes suchen, blenden wir andere Dinge aus. Auch unser Vorwissen greift in die Bildverarbeitung ein – wir erkennen Formen, die uns bekannt sind, sehr viel schneller und ergänzen dabei unvollständige Konturen. Wie aber greifen Faktoren wie Wissen und Kontext in die Bildverarbeitung ein? Dies wird Udo Ernst im Rahmen des Bernstein Preis Projektes mithilfe von theoretischen Modellen und Experimenten untersuchen.

Ernst geht von der Hypothese aus, dass Faktoren wie Intentionen oder Bildkontext die neuronale Aktivität auf allen Stufen der Bildverarbeitung beeinflussen. Wie kann ein solcher Einfluss aussehen? Ist er ein kontinuierliches neuronales Signal, oder reicht ein kurzer Impuls, um das Netzwerk von einem Zustand in einen anderen zu bewegen und somit gezielt eine bestimmte Verarbeitungsfunktion auszuwählen? Welche Strategien und Mechanismen verwendet das Gehirn, um die visuelle Informationsverarbeitung blitzschnell an eine neue Situation in unserer Umwelt oder an eine andere Verhaltensaufgabe anzupassen? Diese Fragen wird Ernst mithilfe von computergestützten Modellen neuronaler Netzwerke analysieren. Die theoretischen Arbeiten werden dabei durch Experimente ergänzt, die in Kooperation mit verschiedenen Arbeitsgruppen am Zentrum für Kognitionswissenschaften in Bremen durchgeführt werden: In psychophysischen Versuchen mit menschlichen Probanden wird Udo Ernst untersuchen, wie sich die Verarbeitung von Bildinformation je nach Aufgabenstellung unterscheidet. In Experimenten an Makaken, in denen die Tiere ähnliche Aufgaben zu lösen haben, werden die Aktivitäten ihrer Nervenzellen im Gehirn gemessen und analysiert. Ergebnisse aus diesen Studien werden in die Computermodelle einbezogen. Ein besseres Verständnis der Bildverarbeitung wird bei der Entwicklung computergestützter Bildanalyse und visueller Neuroprothesen eine Anwendung finden.

Portrait von Udo Ernst