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TU Berlin

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Modelle neuronaler Entwicklung

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Topgraphische Projektionen zwischen neuronalen Schichten, Orientierungskolumnen und Augendominanzsäulen in frühen visuellen Arealen dienten als Modellsysteme, um die Mechanismen neuronaler Plastizität und Entwicklung zu verstehen. Wir haben mit mathematischen Modellen und Computersimulationen untersucht, wie aktivitätsgetriebene und intrinsische Prozesse interagieren, um die beobachteten anatomischen Verbindungsmuster und Antworteigenschaften der Neuronen zu erzeugen. Wir beschreiben die Entwicklung dieser Muster als einen zielorientierten (im Sinne zugrunde liegender Kostenfunktionen) selbstorganisierenden Prozess, der Informationen über die Umgebung extrahiert und dieses Wissen in neuronale Schaltkreise überführt. Ein besonderer Schwerpunkt lag auf kompetitiven Netzwerken wie der Self-Organizing Map, die Glattheit gegen Vollständigkeit der Repräsentation abwägen und zu Mustern führen, die erstaunlich gut mit experimentellen Daten übereinstimmen.

Die mathematischen Eigenschaften selbstorganisierender Karten wurden auch im Kontext des Maschinellen Lernens untersucht. Mehr dazu auf der „Forschung“sseite „Learning Vector Quantization and Self-organizing Maps”.

Danksagungen: Dieses Projekt wurde vom BMBF, der DFG, und der Technischen Universität Berlin finanziert.

Ausgewählte Publikationen:

Piepenbrock, C. and Obermayer, K. (2000). The Effect of Intracortical Competition on the Formation of Topographic Maps in Models of Hebbian Learning. Biological Cybernetics, 82, 345 – 353.


Piepenbrock, C. and Obermayer, K. (1999). The Role of Lateral Cortical Competition in Ocular Dominance Development. Advances in Neural Information Processing Systems 11. MIT Press, 139 – 145.,


Piepenbrock, C., Ritter, H. and Obermayer, K. (1997). The Joint Development of Orientation and Ocular Dominance: role of Constraints. Neural Computation, 9, 959 – 970.


Weber, C., Ritter, H., Cowan, J. and Obermayer, K. (1997). Development and Regeneration of the Retinotectal Map in Goldfish: A Computational Study. Philosophical Transaction of the Royal Society B, 352, 1603 – 1623.


Erwin, E., Obermayer, K. and Schulten, K. (1995). Models of Orientation and Ocular Dominance Columns in the Visual Cortex: A Critical Comparison. Neural Computation, 7, 425 – 468.


Obermayer, K., Blasdel, G. and Schulten, K. (1992). A Statistical Mechanical Analysis of Self-Organization and Pattern Formation during the Development of Visual Maps. Physical Review A, 45, 7568 – 89.


Obermayer, K., Ritter, H. and Schulten, K. (1990). A Principle for the Formation of the Spatial Structure of Cortical Feature Maps. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 8345 – 8349.


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