Voor waarnemingen op basis van sensorische gegevens, het menselijk brein moet voortdurend nagaan welke 'versie' van de werkelijkheid aan de waarneming ten grondslag ligt. Het antwoord wordt afgeleid uit kansverdelingen die zijn opgeslagen in het zenuwcelnetwerk zelf. De neuronen zijn in staat om patronen te detecteren die de verworven kennis weerspiegelen. wiskundige methoden toepassen, natuurkundigen van de Universiteit van Heidelberg en onderzoekers van de Technische Universiteit van Graz hebben dit fenomeen in hun onderzoek bewezen. De huidige onderzoeksresultaten, gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordeling E , zijn van groot belang bij de ontwikkeling van nieuwe typen computersystemen.

Een van de belangrijkste functies van onze hersenen is het creëren van een intern model van onze omgeving. Hiervoor zijn twee categorieën informatie beschikbaar:de opgedane kennis over bekende objecten en een constante stroom van sensorische gegevens die kunnen worden vergeleken met en voortdurend toegevoegd aan bestaande kennis. Deze sensorische gegevens zijn de eenvoudigste, "direct" beschikbare bouwstenen van perceptie. Echter, waarnemingen die gebaseerd zijn op zintuiglijke gegevens zijn vaak compatibel met meerdere 'realiteiten' tegelijk, zoals het fenomeen optische illusies duidelijk aantoont. Het brein staat daarom voor de uitdaging om alle mogelijke versies van de onderliggende werkelijkheid te kennen. Om deze vaststelling te doen, het brein springt heen en weer tussen deze versies van de werkelijkheid, steekproeven van een kansverdeling.

De onderzoekers die samenwerkten met de Heidelbergse natuurkundige prof. dr. Karlheinz Meier bestudeerden dit proces met behulp van formele wiskundige methoden toegepast op het niveau van individuele zenuwcellen, neuronen genoemd. Het gebruikte model van individuele neuronen is strikt deterministisch. Dit betekent dat elke herhaalde stimulatie van externe prikkels altijd hetzelfde reactiegedrag oproept. De hersenen, echter, is een netwerk van neuronen die met elkaar communiceren. Wanneer een zenuwcel voldoende gestimuleerd wordt door zijn buur, het vuurt een korte elektrische puls af, waardoor andere neuronen worden gestimuleerd. In een groot netwerk van actieve neuronen, zenuwcellen worden stochastisch - hun "reactie" is niet langer bepaald, d.w.z., precies voorspelbaar, maar volgt statistische waarschijnlijkheidsregels.

"In onze onderzoeken hebben we kunnen aantonen dat dergelijke neuronen hun respons verkrijgen uit kansverdelingen die in het netwerk zelf zijn opgeslagen en die worden bemonsterd door de zenuwcellen, ", legt prof. Meier uit. Op deze manier kunnen neuronen patronen detecteren die de verworven kennis weerspiegelen. Het onderzoek werd uitgevoerd als onderdeel van het European Human Brain Project, waarin de Heidelberg-onderzoekers onder leiding van Karlheinz Meier nieuwe computersystemen ontwikkelen met de hersenen als model. "Het concept van statistische steekproeven van verworven kansen is uitermate geschikt voor het implementeren van een nieuwe computerarchitectuur. Het is een focus van het huidige onderzoek dat onze werkgroep uitvoert, " stelt de fysicus, die doceert en onderzoek doet aan het Kirchhoff Institute for Physics van de Universiteit van Heidelberg.