create your own website for free




Les 3: over
neuronale
netwerken

Mobirise

Er is een gebied in de hersenen dat verantwoordelijk is voor het feit dat wij kunnen spreken

Niemand twijfelt er nu nog aan dat processen als:
- kunnen spreken;
- iets kunnen verstaan;
- kunnen schaken.
met processen in onze hersenen samenhangen.

Maar die vanzelfsprekendheid van nu heeft een geschiedenis. Het was de Franse medicus Paul Broca (1824 - 1880) die in 1861 aantoonde dat een patiënt van hem die niet kon spreken een afwijking vertoonde op een bepaalde plaats in de hersenen. Dat was toen een openbaring! Dat centrum in de hersenen is nu naar hem genoemd: het spraakcentrum van Broca. We hebben het nu over de periode rond het midden van de 19de eeuw. 

We konden op dit moment  nog niet afdalen naar de microscopische structuren maar een belangrijke drempel was genomen: het inzien dat bepaalde gedragingen van ons samenhangen met het functioneren van bepaalde gebieden in onze hersenen.

Mobirise

We zien meer...

Na Broca is er de wens om meer te zien
Bij Broca ging het nog om het met het blote oog constateren van een bepaalde afwijking. Dat zegt nog niets over de mechanismen die onze hersenen bevatten. Daar zou rond de eeuwwisseling verandering in komen door het onderzoek van de Portugees Ramon y Cagal (1852 - 1934) onderzoek waar hij in 1906 de Nobelprijs voor zou ontvangen. 
Wat maakt het onderzoek van Cagal zo belangrijk?  Vroeger werden de hersenen opgevat als een homogene substantie waar je natuurlijk wel grijze en minder grijze gebieden in kon ontdekken. Maar juist omdat men uitging van een homogene substantie zoals stopverf was het volstrekt onmogelijk om iets van de werking te kunnen verklaren.

En dan komt Cagal en met zijn onderzoek laat hij zien dat die stopverfachtige substantie in werkelijkheid bestaat uit fijne structuren; bolletjes met draden vaak opgebouwd in adembenemende structuren. Hij beschrijft deze structuren en maakt minutieuze afbeeldingen van wat hij ziet. Voor het eerst zien we hier de zenuwen met hun cellichamen en lange uitlopers (de zogenaamde axonen).

Het neuronale netwerk
We zien ook een structuur die opvallend genoeg de basis vormt van de moderne kunstmatige intelligentie: het netwerk van zenuwen, of zoals dat doorgaans wordt aangegeven: het neuronale netwerk.

Mobirise

Meer in detail 

Hier zien we zo'n tekening waarop we verschillende donkere bolletjes zien met lange draden en grillige kleine draadjes. Wat we zien zijn de cellichamen van zenuwen en de lange uitlopers zijn de zogenaamde axonen en kleine draadjes zijn de dendrieten die van andere cellen afkomstig zijn. Dat kun je hier niet zien want de de afbeelding is afkomstig van een heel dun schijfje en dan zie je geen diepte.

Het belangrijkste is dat we de basis van een neuronaal netwerk zien. Cellichamen die met elkaar verbonden zijn. De werking van die hersens heeft dus kennelijk iets met die zenuwcellen te maken. Tegenwoordig weten we hoe zenuwen als het ware kunnen vuren en elektrische impulsen aan andere cellen kunnen overdragen. Het is voor ons gelukkig niet noodzakelijk om hier dieper op in te gaan.



Een video over van het werk van Ramon y Cagal

Impressie van het werk van Ramon y Cagal

Een schitterende video die allerlei structuren toont die door Ramon y Cagal zijn getekend. 

Een moderne impressie

Hier zie je een animatie waarin wordt getoond hoe hersenactiviteit plaatsvindt. We zien gebieden oplichten en af en toe hoe als het ware vonken overspringen van het ene naar het andere gebied. 

Mobirise

Het neuronale netwerk begrijpen: de eerste laag met receptorzenuwen

Hiernaast zie je een afbeelding van een man. Die is met een denkbeeldige camera gemaakt die foto's maakt die bestaan uit 10 x 10 vakjes. Superslecht natuurlijk.... Maar voor de uitleg van het neuronale netwerk maakt dat niet uit. Die 10 x 10 vakjes zou je kunnen zien als honderd zogenaamde receptorcellen. Je zou het geheel ook kunnen vergelijking met een denkbeeldig vliegenoog dat bestaat uit 10 x 10 (= 100) receptor cellen die wat ze zien doorsturen naar de vliegenhersens. 

Het is erg belangrijk om te bedenken dat bij een neuronaal netwerk die receptorcellen de eerste laag vormen. Die sturen hun signalen door naar de eerste laag... en daar begint het denkwerk om zo te zeggen.

Mobirise

Het neuronale netwerk

Hier zie je zo'n neuronaal netwerk en puur voor de eenvoud hebben we hier maar 3 receptorcellen getekend (krijgen de inputs: input 1, input 2 en input 3) en sturen dan een signaal door naar de eerste neuronenlaag. Merk op dat ieder neuron uit de eerste laag verbonden is met alle neuronen van de volgende laag en dat patroon herhaalt zich. 
We zien bij neuronale netwerk 2 outputs en die zouden kunnen zijn:

output a: het patroon dat wordt aangeboden komt niet met een man overeen
output b: het patroon dat wordt aangeboden komt wel met een man overeen

De truc van het neuronale netwerk is dat we aan het doorgeven van de signalen van een bepaald neuron aan een volgend neuron weegfactoren kunnen meegeven. 

Mobirise

Nu gaan we met het netwerk leren

Stel nu eens dat we een groot aantal plaatjes aanbieden en bij ieder plaatje geven we aan of er een man op staat en we laten de computer zo rekenen dat er weegfactoren worden gevonden waardoor het antwoord dat het netwerk geeft bijna altijd juist is.

Hiermee is het geheim van een modern neuronaal netwerk uitgelegd. En wat niemand had verwacht

Opgave

Ga uit van het ruitjespatroon hierboven. De bovenste rij nummeren van 1 tot en met 4 en de rij daaronder van 5 tot en met 8

Het gaat om de plaatjes: 1, 4, 6 en 8

Dat wij mensen neuronale netwerken hebben waarmee je dit soort patronen kunt herkennen. We hebben om dat te doen van te voren al 'standaard beelden in onze hersenen opgeslagen om zo andere beelden te kunnen herkennen'..

Mobirise

De kracht van dit soort neuronale netwerken is ontzettend groot

Hier zien we een video van een schaakprogramma dat op een neuronaal netwerk berust. Het neuronale netwerk had 4 uur nodig om op het niveau van een wereldkampioen te komen. Een van de trucs die ze hierbij toepasten was om het programma tegen zichzelf te laten spelen!.
Daarvoor waren er nog jaren nodig om met een team zo'n programma te schrijven.

Merk op; een neuronaal netwerk is dus algemeen toepabaar!

verdieping
Mobirise

De belangrijkste conclusies

Met de introductie van neuronale netwerken kunnen computers veel denkwerk overnemen. Denk maar eens aan:

- hulp bij het stellen van diagnoses;
- het snel herkennen van allerlei patronen (ook in muziek en afbeeldingen);
- het berekenen van oplossingen bij moeilijke afwegingsproblemen;
- het fungeren als chauffeur bij de zelfrijdende auto;

Door de introductie van neuronale netwerken zullen veel beroepen een ander invulling krijgen. Voor de ouderen moeten we vooral denken dat zorg op afstand (controle, diagnose, enz. ) een belangrijke trend zal gaan worden. Vaak spreken we hierbij van e-health.

Mobirise

Opgave

Je weet nu wat de basis is van een neuronaal netwerk. Zou je zelf voorbeelden kunnen bedenken waarbij deze techniek ingezet kan worden?

naar les 4