Das Gehirn als MP3-Encoder

23.11.2010

Forscher weisen erstmals schlüssig nach, dass ein Teil der Effizienz des menschlichen Gehirns auf dem Weglassen vorhersehbarer Details beruht

Dass weder die Spracherkennung per Software noch künstliche Sinne für Roboter bisher wirklich zufriedenstellend funktionieren, hat eine Menge mit Verstehen zu tun. Das System, das aus der Vielzahl auf es einströmender Reize - ob nun Sprachfetzen verschiedener Sprecher oder visuelle Eindrücke bewegter und unbewegter Objekte - die entscheidenden Bruchstückchen in der richtigen Reihenfolge herausfischen soll, steht vor einer schier unlösbaren Aufgabe. Es sei denn, es versteht, was es da tut, es weiß, mit welcher Art von Daten es tun hat und kennt die dahinter stehenden Gesetzmäßigkeiten.

Automatische Übersetzungen wären einfacher, würden sich die Übersetzer im jeweiligen Fachgebiet auskennen, ein Haushaltsroboter könnte Befehle sicherer unterscheiden, wenn er wüsste, dass Menschen bestimmte Kommandos zum Beispiel stark geschlechtsabhängig geben. Dass das Wissen über die grundlegenden Gesetzmäßigkeiten mehr Effizienz ermöglicht, zeigt das MP3-Format: Damit encodierte Musikdateien sind mehrfach kleiner als das Original, und trotzdem ist in der Regel kein Unterschied zu hören. Das liegt daran, dass der Algorithmus die Wahrnehmungsfähigkeiten der Zuhörer beachtet - die zum einen die hörbaren Frequenzen betrifft, zum anderen aber auch Maskierungs-Effekte beachtet: In der Stille einer Bibliothek kann schon ein zu Boden schwebendes Blatt als laut empfunden werden, das im Lärm einer Schulklasse niemand beachten würde.

Auch die menschliche Wahrnehmung bedient sich offenbar ähnlicher Tricks. Das hatte die Forschung zwar bereits vermutet, doch bisher stand ein schlüssiger Beweis dafür noch aus. Der ist nun Wissenschaftlern der University of Wisconsin gelungen; in den Veröffentlichungen der US-Akademie der Wissenschaften (PNAS) berichten sie davon. Man geht zwar davon aus, dass solche Mechanismen für alle Bereiche der Sensorik gelten, doch nachgewiesen haben die Forscher den Effekt nun für den Hörsinn.

Unaufmerksamkeitsblindheit

Dazu konstruierten sie zunächst spezielle Sounds, bei denen die beiden Parameter Anstieg/Abfall der Lautstärken-Hüllkurve und die Spektralkurve streng miteinander korreliert waren. Diesen Sounds wurden die Probanden für sieben Minuten ausgesetzt.

Anschließend mussten die Studienteilnehmer drei kurze Soundschnippsel voneinander unterscheiden - ohne die vorherige Berieselung war das eine leichte Aufgabe. Nun aber gelang es den Probanden nur noch, wenn die Schnippsel der Korrelation genügten, die sie vorher unbewusst registriert hatten. Beachtete ein Stück diese künstlich eingeführte Gesetzmäßigkeit nicht, waren die Zuhörer ratlos.

Offenbar hatte sich ihr Gehirn schon in sehr kurzer Zeit in die internen Regeln der Musikuntermalung eingehört und ignorierte dann im Vertrauen auf die Regelmäßigkeit all das, was nicht dazu passte. Ließ man die Versuchspersonen dann für einige Zeit nicht-korrelierte Sounds hören, erwarben sie ihre frühere Unterscheidungsfähigkeit zurück. Der Versuch erinnert zwar ein bisschen an den verblüffenden Versuch, bei dem Zuschauer durch das Bild laufende Gorillas nicht bemerken, wenn sie gerade mit einer Beobachtungsaufgabe beschäftigt sind - doch dabei geht es um die so genannte Unaufmerksamkeitsblindheit, ein anderes Phänomen der Wahrnehmung.

Ist der Effekt ein Verlust? Wohl eher ein Vorteil, meint Keith Kluender, einer der Forscher:

Wenn Sie Ihr Ohr an die Wand pressen, verstehen sie jedes Wort einer lebhaften Diskussion nebenan, obwohl die Wand zwei Drittel der akustischen Information filtert - ihr Gehirn rekonstruiert den Rest.

Müssen sich die Roboterforscher und Programmierer deshalb also ihrer Arbeit schämen? Kaum - der Mensch hatte im Laufe seiner Evolution beinahe unendlich viel Zeit, sich an die Naturgesetze zu gewöhnen. Verglichen damit, sind maschinelles Sehen und Hören heute bereits sehr weit entwickelt.

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