Gehirntheorie des Menschen

6.2  Das Konvergenzmodul mit seitlicher Signalüberlagerung  

Das Konvergenzmodul mit vertikaler Signalmischung kann aus dem Output eines Divergenzmoduls mit vertikaler Signalmischung dessen Input näherungsweise wiederherstellen. Wobei es nur um die Feuerratenverhältnisse geht, also die Extremwertcodierung – ein konstanter Faktor hat auf Extremwerte keinen Einfluss und fällt beim Differenzieren weg!

Bei einem Konvergenzmodul mit seitlicher oder mit räumlicher Signalausbreitung ist dies ebenso der Fall. Solche Konvergenzmodule produzieren einen Konvergenzfehler, der in vielen Fällen sehr klein sein kann, aber mit der Zunahme der Feuerratenverhältnisse zunimmt.

Wir müssen diesen Fall am Beispiel diskutieren. Wir wählen ein Konvergenzmodul mit seitlicher Signalüberlagerung. Das zugehörige Divergenzmodul wurde in Kapitel 4.2.1 behandelt. Sein Output soll nun in einer Konvergenzschaltung möglichst in die ursprünglichen Signale zurückverwandelt werden.

 

Abbildung 42: Verknüpfung Divergenzmodul und Konvergenzmodul bei seitlicher Signalüberlagerung

In der obigen Abbildung empfängt das Divergenzmodul 4 Inputsignale. Die zugeführte neuronale Erregung breitet sich mittels Interneuronen im gesamten Quadrat aus. Ein Neuron – hier im Punkt P_D angeordnet – weist das Erregungsmaximum auf, welches sich in diesem Divergenzmodul standardmäßig einstellt. Die Position des Punktes P_D codiert hierbei die Parameter der Inputsignale (z. B. Helligkeit, Farbe, Muskelspannung, …).

Vor den vielen Outputneuronen ist nur das Neuron im Punkt P_D eingezeichnet, die vielen Hundert oder tausend, die sich im Quadrat gleichmäßig verteilen, sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen worden.

Jedes Outputneuron projiziert nun in ein Inputneuron des Konvergenzmoduls, welches (fast) die gleichen Koordinaten besitzt und sich im Punkt P_K befindet. Zu beachten ist jedoch die Spiegelung der Module. Sie sind in der Ansicht von oben gezeigt. In der Natur sind sie in die Ebene der Hirnrinde geklappt. Alle Outputneuronen des Divergenzmoduls müssen ihre Axone nach unten auf halbkreisförmigen Bahnen ins daneben befindliche Motorikmodul senden. Damit sich die Axone nicht wild vermischen und die Ordnung total verloren geht, ist das Empfangsmodul um 180 Grad bezüglich der y-Achse gespiegelt. Damit verläuft die x-Achse im Konvergenzmodul entgegengesetzt zur x-Achse im Divergenzmodul. Gesteuert wird die richtige Positionierung der beteiligten Neuronen sicherlich über die Gradienten von Richtungsmarkern.

 

Wir betrachten nun die Feuerratenverhältnisse in beiden Modulen und erinnern uns an die abstandsabhängige Dämpfung. Je größer der zurückgelegte Signalweg ist, umso stärker wird das Signal gedämpft.

Damit wird im Divergenzmodul dasjenige Inputneuron, welches die stärkste Feuerrate besitzt, auch die kürzeste Entfernung zum gemeinsamen Extremwertpunkt P_D besitzen. Je weiter ein Inputneuron vom Extrempunkt P_D entfernt ist, umso schwächer wird seine Feuerrate sein. Nimmt sie zu, so wird der Extrempunkt P_D zu dem Neuron verschoben, dessen Feuerrate gerade zunimmt.

Damit können wir die Stärke der vier beteiligten Feuerraten des Divergenzmoduls abschätzen:

·        Je näher sich im Divergenzmodul ein Inputneuron N_iD am gemeinsamen Extrempunkt P_D befindet, umso stärker ist seine Inputfeuerrate.

Die Outputfeuerrate f_D des Divergenzmoduls speist als Input das Konvergenzmodul. Die Projektion erfolgt unter Wahrung der Topologie. Und auch hier gilt die abstandsabhängige Dämpfung. Daher können wir auch im Konvergenzmodul die Stärke der vier beteiligten Feuerraten des abschätzen:

·        Je näher sich im Konvergenzmodul ein Inputneuron N_iK am gemeinsamen Extrempunkt P_K befindet, umso stärker ist seine Inputfeuerrate.

Damit bleibt die Relation der Feuerraten beim Übergang vom Divergenzmodul zum Konvergenzmodul erhalten, auch wenn sich hierbei ein nichtlinearer Konvergenzfehler ergibt, den wir hier nicht näher untersuchen werden.

Auf alle Fälle ist damit der ursprüngliche Output auf der motorischen Seite wiederhergestellt, wenn auch nur näherungsweise. Völlig fehlerfrei ist die Signaltransformation nur dann, wenn alle vier Feuerraten völlig gleich sind.

Das Konvergenzmodul mit räumlicher Signalausbreitung hat prinzipiell die gleichen Outputeigenschaften, denn es geht aus dem Konvergenzmodul mit vertikaler Signalüberlagerung hervor und liefert – bis auf den Höhenfaktor, die gleichen Resultate.