Gehirn und Computer: Die Physik neuronaler Netze
01/21/2025Lässt sich das Gehirn mathematisch beschreiben? Unter anderem um diese Frage dreht sich die nächste „Physik am Samstag“-Vorlesung der Universität Würzburg am 25. Januar 2025. Dazu eingeladen sind alle Interessierte.
In unserem Gehirn gibt es etwa 100 Milliarden Neuronen, die mit elektrischen Pulsen über flexible Kontakte, sogenannte Synapsen, miteinander wechselwirken. Doch wie funktioniert das Gehirn? Und: Kann man es mathematisch beschreiben?
Antworten auf diese und weitere Fragen gibt der Physiker Wolfgang Kinzel am Samstag, 25. Januar 2025, im Rahmen der Vorlesungsreihe „Physik am Samstag“. Kinzel war über viele Jahre hinweg Leiter des Lehrstuhls für Theoretische Physik III der Universität Würzburg. Die Physik komplexer Systeme und neuronaler Netzwerke zählt zu seinen Forschungsschwerpunkten.
Die Grundlagen maschinellen Lernens
Das Thema seines Vortrags könnte kaum aktueller sein: Erst vor wenigen Monaten erhielten der US-Amerikaner John Hopfield und der kanadische Forscher Geoffrey Hinton den Physik-Nobelpreis. Ausgezeichnet wurden die beiden für ihre grundlegenden Entdeckungen und Erfindungen, die maschinelles Lernen mit künstlichen neuronalen Netzen ermöglichen.
In seinem Vortrag wird sich Kinzel auf das sogenannte „Hopfield-Modell“ konzentrieren und dessen Bedeutung im Zusammenhang mit Gehirn, Computer und KI erläutern. 1982 hatte John Hopfield ein einfaches mathematisches Modell vorgestellt, dessen Eigenschaften eher an das Gehirn als an einen Computer erinnern.
Die Verarbeitung und Speicherung von Informationen geschieht darin durch einen kollektiven Effekt von Schaltern und Kopplungen, die man als Analogie zu Neuronen und Synapsen verstehen kann. Die Neuronen arbeiten parallel, asynchron und fehlerhaft, doch das gesamte Netz ist extrem fehlertolerant.
„Das Hopfield-Modell hat die Struktur und Funktion analog zu Modellen von magnetischen Systemen, deshalb wurde es mit den Methoden der Statistischen Mechanik exakt berechnet“, erklärt Kinzel. Wie beim Magneten gibt es einen scharfen Phasenübergang: Wenn zu viel gespeichert werden soll, funktioniert das Netzwerk überhaupt nicht mehr.
Zeit und Ort
Der Vortrag findet statt im Max-Scheer-Hörsaal im Hörsaalbau der Naturwissenschaften der Universität Würzburg auf dem Campus Hubland Süd, Beginn ist um 10:30 Uhr. Der Eintritt ist frei, eine Anmeldung nicht nötig.
Physik am Samstag
Physik am Samstag ist eine Vorlesungsreihe des Physikalischen Instituts der Universität Würzburg. Im Mittelpunkt stehen unterschiedliche Themen der Physik; für die Teilnahme sind keine speziellen Vorkenntnisse erforderlich. Das Angebot richtet sich an alle Interessierte und speziell an Schülerinnen und Schüler. Natürlich sind auch Lehrerinnen und Lehrer willkommen. Der Besuch der Vorträge wird als Lehrerfortbildung anerkannt.
Im Anschluss an jede Vorlesung besteht die Möglichkeit, bei Tee und Kaffee mit den vortragenden Professoren ins Gespräch zu kommen, Fragen zu stellen und zu diskutieren.
