SYD81 at AKAD Hochschule Stuttgart

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Benenne Sie die einzelnen Gehirnteile und deren Aufgaben.

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Was ist die graue und was ist die weiße Substanz?

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Was sind Hirnkarten und was beschreiben sie?

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Wie gelangt ein Reizsignal über den synaptischen Spalt von einer Nervenzelle zur nächsten? Kann die Signalstärke beeinflusst werden?

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Beschreiben Sie, warum eine Nervenzelle ein Ruhepotential besitzt.

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Beschreiben Sie den Ablaufplan des überwachten Lernens.

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Wo wird das unüberwachte Lernen eingesetzt?

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Ist es sinnvoll, bei mehrschichtigen Netzen ausschließlich lineare Aktivierungsfunktionen einzusetzen?

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Erläutern Sie den Begriff Trainingsmenge

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Was bedeutet saltatorische Erregungsleitung?

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Erläutern Sie die Begriffe präsynaptisch und postsynaptisch.

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Auf welche Weise können neuronale Netze verändert werden?

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SYD81

Benenne Sie die einzelnen Gehirnteile und deren Aufgaben.

Das verlängerte Rückenmark im Stammhirn steuert die lebenswichtigen Reflexe, das Mittelhirn die meisten Augenbewegungen. Das Zwischenhirn steuert das vegetative Nervensystem und es ist für die Entstehung von Gefühlen und Bewusstsein zuständig. Im Kleinhirn geht es um die Feinkoordination von Körperbewegungen, hier werden motorische „Programme“ trainiert. Das Großhirn ist für die Intelligenz, das Bewusstsein und die Gedanken zuständig.

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Was ist die graue und was ist die weiße Substanz?

Die graue Substanz sind die Nervenzellen, die weiße Substanz die Nervenfasern.

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Was sind Hirnkarten und was beschreiben sie?

Hirnkarten stellen die Großhirnrinde dar und teilen sie in verschiedene Zuständigkeitsbereiche ein. Auf Hirnkarten ist zu erkennen, welche Hirnregionen für welche Sinneswahrnehmung (sensorischer Cortex) bzw. für die Motorik welcher Körperteile (motorischer Cortex) zuständig sind. Dabei liegen körperlich benachbarte Bereiche auch auf den Hirnkarten beieinander.

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Wie gelangt ein Reizsignal über den synaptischen Spalt von einer Nervenzelle zur nächsten? Kann die Signalstärke beeinflusst werden?

Die Reizübertragung von Endköpfchen zum Dendrit erfolgt auf elektrochemischem Weg über Neurotransmitter. Das elektrische Signal am Endköpfchen setzt Neurotransmitter frei, die sich an die Rezeptoren des Dendrits setzen, sofern sie passen. Über das Zusammenspiel von Neurotransmitter und Rezeptor kann die Signalstärke verändert werden, da das Schlüssel-Schloss-Prinzip gelten muss. Geeignete Neurotransmitter können das Signal verstärken, passen die Neurotransmitter nicht an die Rezeptoren, wird das Signal gehemmt.

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Beschreiben Sie, warum eine Nervenzelle ein Ruhepotential besitzt.

Auch im Ruhezustand gibt es zwischen dem Zellinneren und dem -äußeren eine Potentialdifferenz, das Ruhepotential. Innerhalb der Zelle befindet sich Kaliumchlorid, außerhalb Natriumchlorid, jeweils in ionisierter Form. Die Konzentrationsgradienten von Kalium von innen nach außen sowie von Natrium von außen nach innen verursachen einen Potentialausgleich durch die für diese Ionen durchlässige Zellmembran. Das Protein ATP wirkt als Kalium-Natrium-Pumpe, pumpt das Kalium wieder in die Zelle hinein und das Natrium aus der Zelle heraus. So ist stets ein Konzentrationsgradient und damit ein elektrisches Potential auch im Ruhezustand der Zelle gegeben.

SYD81

Beschreiben Sie den Ablaufplan des überwachten Lernens.

Ablaufplan des überwachten Lernens 

1. Das Netz erhält das erste Trainingsmuster als Eingabemuster, die Eingabeneurone werden aktiviert. 

2. Die Eingabe läuft durch das Netz und erzeugt eine Ausgabe. 

3. Die vom Netz erzeugte Ausgabe wird mit der diesem Datensatz zugehörigen korrekten Ausgabe verglichen. Das Ergebnis ist ein Fehlervektor aus der Differenz (Differenzvektor). 

4. Ausgehend von dem Fehlervektor werden Verbesserungen des Netzes berechnet, um den Fehler zu verkleinern. 

5. Die berechneten Verbesserungen werden in das Netz eingepflegt.

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Wo wird das unüberwachte Lernen eingesetzt?

Das unüberwachte Lernen wird z. B. beim Segmentieren, dem Clustering und beim Komprimieren eingesetzt.

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Ist es sinnvoll, bei mehrschichtigen Netzen ausschließlich lineare Aktivierungsfunktionen einzusetzen?

Nein, da es sich bei der Ausgabe lediglich um eine Linearkombination der Neuronenausgaben mit den Verbindungsgewichten handelt. Dies kann durch entsprechende Anpassung der Gewichte auch ohne verdeckte Schichten erreicht werden.

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Erläutern Sie den Begriff Trainingsmenge

Die Trainingsmenge besteht aus Eingabedaten und zugehörigen Ausgabedaten. Für das Training des Netzes wird die Trainingsmenge aufgeteilt: Mit einem Teil wird das Netz trainiert, das sind die Trainingsdaten, der übrig gebliebene Teil, die Testdaten, wird anschließend zur Überprüfung des trainierten Netzes verwendet. Eine übliche Einteilung der Testdaten liegt bei 3/4 Trainingsdaten und 1/4 Testdaten, die zufällig aus der Trainingsmenge gewählt werden.

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Was bedeutet saltatorische Erregungsleitung?

Bei der saltatorischen Erregungsleitung springen die Nervenimpulse am Axon entlang von Ranvierschem Schnürring zu Ranvierschem Schnürring, was die Weiterleitung des Impulses sehr viel schneller macht. So kann der Impuls Geschwindigkeiten von 350 m/s erreichen. Das ist etwa zehnmal schneller als die nichtsaltatorische Impulsweiterleitung.

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Erläutern Sie die Begriffe präsynaptisch und postsynaptisch.

Präsynaptisch bedeutet „vor der Synapse“, das entspricht einem Endköpfchen des Axons. Postsynaptisch ist „nach der Synapse“, also am Dendrit des Zielneurons.

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Auf welche Weise können neuronale Netze verändert werden?

Ein neuronales Netz kann verändert werden, indem

  • neue Verbindungen hinzugefügt werden
  • vorhandene Verbindungen gelöscht werden
  • sich die Verbindungsgewichte verändern
  • die Schwellenwerte der Neurone verändert werden
  • sich eine oder mehrere Neuronenfunktionen (Propagierungs-, Aktivierungs- und Ausgabefunktion) ändern
  • neue Neurone hinzugefügt werden
  • vorhandene Neurone gelöscht werden.

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