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Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die postulierte operationale Komplementarität von Selbstkonstruktion und Selbstorganisation. Den Ausgangspunkt der Überlegungen hierzu bilden die sich mehrenden Hinweise seitens der Neuro- und Kognitionswissenschaften, die auf die Wichtigkeit sozialer und kultureller Realitäten für die wissenschaftliche Auseinandersetzung mit Bewusstsein und speziell Selbstbewusstsein im Sinne von Metakognition deuten. Das zentrale Erkenntnisinteresse dieser Arbeit gilt dabei der Frage nach der Viabilität des Selbst. Theoriegrundlage ist damit das radikal-konstruktivistische Viabilitätskonzept, welches als instrumentale Perspektive die Gangbarkeit oder Funktionalität von Wirklichkeitskonstruktionen adressiert. Entscheidend ist damit nicht die Klärung des ontologischen Status des Selbst, nicht die Frage, was das Selbst ist, sondern wann oder wozu es ist. Selbstkonstruktion, so wird in dieser Arbeit grundlegend vorausgesetzt, vollzieht sich prinzipiell in Abhängigkeit der Konstruktion aller anderen Lebenszustände des Menschen. Verbunden damit ist die Grundannahme, dass Selbstkonstruktion aufgrund der operationalen Komplementarität zur Selbstorganisation nicht nur eine alleinige Angelegenheit des isolierten Individuums ist, sondern synchron in Mikro- und Makroebenen aller menschlichen Lebenszusammenhänge fließt. Entwicklungsgeschichtlich finden diese Zusammenhänge ihren Widerhall in Zwecksetzung und Antizipation und resultieren in der Erschließung neuer Existenzbereiche. „Selbstorganisation“ als kreative, selbstreferentielle Wahrnehmungstätigkeit äußert sich dabei in dem menschlichen Hinzufügen oder Verwerfen von Bedeutungszusammenhängen und der Konstruktion von Selektivität. Das „Verhältnis“ zwischen Selbstkonstruktion und Selbstorganisation definiert sich über koevolutionäre Entwicklungsprozesse und ist damit eine Dimension struktureller Kopplungen. Vor dem fachlichen Hintergrund der Kulturanthropologie versteht sich die vorliegende Arbeit als Beitrag zur holistischen Untersuchung von Veränderungsdynamiken menschlicher Selbstorganisation und den daran geknüpften Bedeutungskonstruktionen.
In dieser Arbeit wird die Verteilung von zeitlich abhängigen Tasks in einem verteilten System unter den Gesichtspunkten des Organic Computing untersucht. Sie leistet Beiträge zur Theorie des Schedulings und zur selbstorganisierenden Verteilung solcher abhängiger Tasks unter Echtzeitbedingungen. Die Arbeit ist in zwei Teile gegliedert: Im ersten Teil werden Tasks als sogenannte Pfade modelliert, welche aus einer festen Folge von Aufträgen bestehen. Dabei muss ein Pfad ununterbrechbar auf einer Ressource ausgeführt werden und die Reihenfolge seiner Aufträge muss eingehalten werden. Natürlich kann es auch zeitliche Abhängigkeiten zwischen Aufträgen verschiedener Pfade geben. Daraus resultiert die Frage, ob ein gegebenes System S von Pfaden mit seinen Abhängigkeiten überhaupt ausführbar ist: Dies ist genau dann der Fall wenn die aus den Abhängigkeiten zwischen den Aufträgen resultierende Relation <A irreflexiv ist. Weiterhin muss für ein ausführbares System von Pfaden geklärt werden, wie ein konkreter Ausführungsplan aussieht. Zu diesem Zweck wird eine weitere Relation < auf den Pfaden eingeführt. Falls < auf ihnen irreflexiv ist, so kann man eine Totalordnung auf ihnen erzeugen und erhält somit einen Ausführungsplan. Anderenfalls existieren Zyklen von Pfaden bezüglich der Relation <. In der Arbeit wird weiterhin untersucht, wie man diese isoliert und auf einem transformierten Pfadsystem eine Totalordnung und damit einen Ausführungsplan erstellt. Die Größe der Zyklen von Pfaden bezüglich < ist der wichtigste Parameter für die Anzahl der Ressourcen, die für die Ausführung eines Systems benötigt werden. Deshalb wird in der Arbeit ebenfalls ausführlich untersucht, ob und wie man Zyklen anordnen kann, um die Ressourcenzahl zu verkleinern und somit den Ressourcenaufwand zu optimieren. Dabei werden zwei Ideen verfolgt: Erstens kann eine Bibliothek erstellt werden, in der generische Zyklen zusammen mit ihren Optimierungen vorliegen. Die zweite Idee greift, wenn in der Bibliothek keine passenden Einträge gefunden werden können: Hier erfolgt eine zufällige oder auf einer Heuristik basierende Anordnung mit dem Ziel, den Ressourcenaufwand zu optimieren. Basierend auf den theoretischen Betrachtungen werden Algorithmen entwickelt und es werden Zeitschranken für ihre Ausführung angegeben. Da auch die Ausführungszeit eines Pfadsystems wichtig ist, werden zwei Rekursionen angegeben und untersucht. Diese schätzen die Gesamtausführungszeit unter der Bedingung ab, dass keine Störungen an den Ressourcen auftreten können. Die Verteilung der Pfade auf Ressourcen wird im zweiten Teil der Arbeit untersucht. Zunächst wird ein künstliches Hormonsystems (KHS) vorgestellt, welches eine Verteilung unter Berücksichtigung der Eigenschaften des Organic Computing leistet. Es werden zwei Alternativen untersucht: Im ersten Ansatz, dem einstufigen KHS, werden die Pfade eines Systems direkt durch das KHS auf die Ressourcen zu Ausführung verteilt. Zusätzlich werden Mechanismen zur Begrenzung der Übernahmehäufigkeit der Pfade auf den Ressourcen und ein Terminierungs-mechanismus entwickelt. Im zweiten Ansatz, dem zweistufigen KHS, werden durch das KHS zunächst Ressourcen exklusiv für Klassen von Pfaden reserviert. Dann werden die Pfade des Systems auf genau den reservierten Ressourcen vergeben, so dass eine Ausführung ohne Wechselwirkung zwischen Pfaden verschiedener Klassen ermöglicht wird. Auch hierfür werden Methoden zur Beschränkung der Übernahmehäufigkeiten und Terminierung geschaffen. Für die Verteilung und Terminierung von Pfaden durch das einstufige oder zweistufige KHS können Zeitschranken angegeben werden, so dass auch harte Echtzeitschranken eingehalten werden können. Zum Schluss werden beide Ansätze mit verschiedenen Benchmarks evaluiert und ihre Leistungsfähigkeit demonstriert. Es zeigt sich, dass der erste Ansatz für einen Nutzer einfacher zu handhaben ist, da die benötigten Parameter sehr leicht berechnet werden können. Der zweite Ansatz ist sehr gut geeignet, wenn eine geringe Anzahl von Ressourcen vorhanden ist und die Pfade verschiedener Klassen möglichst unabhängig voneinander laufen sollen. Fazit: Durch die in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse ist jetzt möglich, mit echtzeitfähigen Algorithmen die Ausführbarkeit von zeitlich abhängigen Tasks zu untersuchen und den Ressourcenaufwand für ihre Ausführung zu optimieren. Weiterhin werden zwei verschiedene Ansätze eines künstlichen Hormonsystems zur Allokation solcher Tasks in einem verteilten System bereit gestellt, die ihre Stärken unter jeweils verschiedenen Randbedingungen voll entfalten und somit ein breites Anwendungsfeld abdecken. Für den Rechenzeitaufwand beider Ansätze können Schranken angegeben werden, was sie für den Einsatz in Echtzeitsystemen qualifiziert.
This dissertation connects two independent fields of theoretical neuroscience: on the one hand, the self-organization of topographic connectivity patterns, and on the other hand, invariant object recognition, that is the recognition of objects independently of their various possible retinal representations (for example due to translations or scalings). The topographic representation is used in the presented approach, as a coordinate system, which then allows for the implementation of invariance transformations. Hence this study shows, that it is possible that the brain self-organizes before birth, so that it is able to invariantly recognize objects immediately after birth. Besides the core hypothesis that links prenatal work with object recognition, advancements in both fields themselves are also presented. In the beginning of the thesis, a novel analytically solvable probabilistic generative model for topographic maps is introduced. And at the end of the thesis, a model that integrates classical feature-based ideas with the normalization-based approach is presented. This bilinear model makes use of sparseness as well as slowness to implement "optimal" topographic representations. It is therefore a good candidate for hierarchical processing in the brain and for future research.
The dissertation deals with the general problem of how the brain can establish correspondences between neural patterns stored in different cortical areas. Although an important capability in many cognitive areas like language understanding, abstract reasoning, or motor control, this thesis concentrates on invariant object recognition as application of correspondence finding. One part of the work presents a correspondence-based, neurally plausible system for face recognition. Other parts address the question of visual information routing over several stages by proposing optimal architectures for such routing ('switchyards') and deriving ontogenetic mechanisms for the growth of switchyards. Finally, the idea of multi-stage routing is united with the object recognition system introduced before, making suggestions of how the so far distinct feature-based and correspondence-based approaches to object recognition could be reconciled.
Die Theorien der Autopoiese und der Synergetik werden oft synonym als Selbstorganisationstheorien aufgefasst, obwohl es gravierende Unterschiede zwischen beiden gibt, die das konzeptionelle Verständnis von 'Selbstorganisation' betreffen. Die auf die Kybernetik zurückgehende Autopoiese beschäftigt sich mit der Selbsterhaltung und der Selbstreproduktion von Systemen, die Synergetik dagegen ist eine ¬Theorie für die ursprüngliche Entstehung von Systemen und die Emergenz von Systemeigenschaften. Was sie eint, ist der universelle Geltungsanspruch, den die Begründer für ihre ¬Theorien erheben, der jedoch naturgemäß nicht eingelöst werden kann. Im Folgenden soll ausgehend von der Genese des Begriffs 'Selbstorganisation' die Entwicklung systemischer Ansätze nachvollzogen und deren modellierendes Potential herausgestellt werden.