Wie neuronale Netze lernen

Wie neuronale Netzwerke lernen können und was sich daraus ableiten lässt, fragen wir Prof. Dr. Viola Priesemann.

In Ihrer Forschung beschäftigen Sie sich mit der Frage, wie Informationen, Strukturen und Aktivitäten sich in komplexen Systemen ausbreiten. Könnten Sie an einem Beispiel konkreter darstellen, worum es dabei geht?

Wir beschäftigen uns mit Fragen wie zum Beispiel: Wie arbeiten 80 Billionen Neurone so zusammen, dass kohärente Gedanken entstehen? Welche Prinzipien bestimmen den Verlauf einer Pandemie? Wie kann es zu Polarisierung oder Ungleichheit in sozialen Netzwerken kommen? Unser Ziel ist es, die Mechanismen solcher komplexen Systeme herauszukristallisieren. Die große Herausforderung besteht darin,
ein Modell zu entwickeln, das so klar ist, dass wir es verstehen können – ohne jedoch zu einfach zu sein. Wir untersuchen zum Beispiel in den Göttinger Sonderforschungsbereichen (SFB) Quantitative Synaptologie und Kognition der Interaktion, wie sich neuronale Aktivität im Gehirn ausbreitet: Auf der einen Seite muss das Gehirn so empfindlich sein,
dass es auch sehr feine Stimuli wahrnehmen kann, auf der anderen Seite darf es nicht zu Instabilitäten kommen. Wir untersuchen, wie jedes einzelne Neuron seine Verbindungen (Synapsen) so einstellt, dass dann das gesamte Netzwerk sehr sensitiv, aber nicht hypersensitiv ist. Aber das ist nur der Anfang: Jüngst konnten wir zeigen, wie genau Neurone ihre
Verbindungen koordinieren, um verschiedene Muster, wie zum Beispiel Äpfel von Birnen, unterscheiden zu können – und das ganz ohne Label oder
Lehrer*in, die dem Netzwerk sagt, was genau ein Apfel oder eine Birne ist, oder ob es einen Fehler zeitintengemacht hat. Wir konnten zeigen, wie die Neurone sich paarweise abstimmen. Auf diese Weise kommen wir dem Kern der sogenannten Emergenz des neuronalen Lernens näher, also der Frage, wie neuronale Netze lernen können.

Der breiteren Öffentlichkeit wurden Sie durch Ihre Modellierung von Infektionsgeschehen während der Covid-19-Pandemie bekannt. Wie haben Sie es damals empfunden, plötzlich im Fokus der Öffentlichkeit zu stehen?

Anfangs hatte ich gar keine Zeit, darüber nachzudenken, was mich von Seiten der Öffentlichkeit erwarten würde. Wir hatten früh den Ausbruch in Wuhan wissenschaftlich beobachtet und erste Modelle dazu gerechnet. Spätestens als es zu den ersten Infektionen in Italien kam, war klar, dass unsere Modelle für Deutschland und Europa relevant werden. Gleichzeitig
haben sowohl die Universität Göttingen als auch die Max-Planck-Gesellschaft Expert*innengruppen zur Pandemie aufgestellt, und wir waren auch schnell in einem intensiven internationalen Austausch. Dieser Austausch hat uns geholfen, die neuesten Erkenntnisse aus Virologie und Epidemioinlogie in unsere Arbeit zu integrieren. Möglich war das nur, weil im Prinzip meine ganze Arbeitsgruppe alles stehen und liegen ließ, um wahnsinnig intensiv, zügig und zielorientiert an diesen extrem dringenden
Fragen zu arbeiten. Deren Einsatz hat mich immens beeindruckt.

Der wissenschaftliche Austausch mit den Kolleg*innen weltweit und über die Disziplinen hinweg, war durchweg eine Freude. Die Öffentlichkeitsarbeit war dagegen extrem anstrengend: Die Polarisierung
wurde schnell sehr intensiv. Falsche Fakten oder falsche Argumentationsketten kursierten, und die Klarstellung einer solchen falschen Darstellung oder Argumentationskette ist ungleich aufwändiger
als sie zu streuen. Wir nennen dies auch Brandolini law. Generell ist die Kommunikation extrem aufwändig: Ich musste nicht nur den Stand der Wissenschaft kennen, sondern auch den der öffentlichen und politischen Debatte und zudem jedes Wort auf die Goldwaage legen. Als Wissenschaftlerin war ich gewohnt, viel Zeit zum präzisen Formulieren jedes Satzes zu haben – in einem Live-Interview geht das nicht. Da das alles sehr anstrengend und zeitinteninsiv ist, habe ich nach wenigen Wochen eine lange Medienpause eingelegt und alle Anfragen abgesagt. So hatte ich wieder Zeit für die wissenschaftliche Arbeit. Für mich war der Wechsel zwischen wissenschaftlicher Arbeit und kurzen Phasen von Öffentlichkeitsarbeit, wenn es neue Themen gab, eine faire Balance zwischen meinem Wunsch, Forschung zu machen, und der Pflicht, die Ergebnisse auch öffentlich zu kommunizieren. Meine persönliche
Erkenntnis aus diesen Erfahrungen ist der Wunsch, dass die öffentliche Debatte deutlich sachlicher und langsamer verläuft: Ich habe viele Kolleg*innen, die ganz wunderbar kommunizieren können, sich das
aber nicht antun wollten. Deren ruhige überlegte Stimmen haben uns gefehlt.

Was waren für Sie im Rückblick die wichtigsten, was die schwierigsten Erkenntnisse aus der Pandemie?

In Hinblick auf den Umgang mit der Klimakrise war die Pandemie recht ernüchternd. Kurzfristige Interessen und langfristige Ziele widersprechen sich, und bei Covid-19 wurde zumeist erst gehandelt, wenn die Krise vollends da war. Es ist auch erneut klar geworden, wie stark die sozio-ökonomischen Faktoren beeinflussen, wer wie stark von der Krise betroffen
ist. Für uns, mit gesichertem Einkommen, einer großen Wohnung und einer interessanten Arbeit, die wir gut von zu Hause aus machen konnten, war die Belastung deutlich geringer als für andere. Im Bereich der Forschung hätten wir im Prinzip eine sehr gute Datenbasis gewinnen können, mit zuverlässiger Anonymisierung. Eine solche Datenbasis braucht es für eine informierte öffentliche Debatte. Im Idealfall leuchten wir zuerst die wissenschaftliche Grundlage und die Unsicherheiten genau aus; darauf basierend können Gesellschaft und Politik alternative Szenarien gegeneinander abwägen. Wenn aber die Faktengrundlage ignoriert oder verzerrt wird, kommt es zu Polarisierung, Polemisierung und Attacken.
In dieser unsachlichen Debattenkultur ziehen sich die ruhigen, überlegten Stimmen zurück. Und diese Stimmen und Personen fehlen uns in der Wissenschaftskommunikation, aber auch in der Politik. Wir brauchen keine strategische Ignoranz, wir brauchen eine starke wissenschaftliche Grundlage, damit wir als Gesellschaft informiert entscheiden können. Das
Virus verhandelt nicht, und der Klimawandel folgt nicht unserem Wunschdenken.

Anmerkung der Redaktion: Das Interview mit Prof. Alcarazo ist ein Auszug aus dem Jahresbericht 2022 der Universität. Der Jahresbericht mit dem kompletten Text ist auf den Webseiten der Universität verfügbar, das vollständige Interview findet sich dort ab Seite 46.

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