Jahresbericht 2008 - Fakultät für Informatik und Elektrotechnik ...

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FAKULTÄT FÜR INFORMATIK UND ELEKTROTECHNIK 5.1.10 Adaptive und Regenerative Softwaresysteme (Juniorprofessur) Prof. Dr. rer. nat. Lars Schwabe E-Mail: lars.schwabe@uni-rostock.de Telefon: +49 381 - 498-74 20 Forschungsschwerpunkte Biologisch inspirierte Programmier- und Designprinzipien: Adaptive Systeme passen sich an die Umwelt an, und zwar insbesondere an solche Bedingungen, die beim Entwurf noch nicht bekannt waren. Ist die Umwelt also nur partiell bekannt oder zu komplex, muss dies beim Entwurf berücksichtigt werden. In der Robotik und Regelungstechnik ist dieses Problem seit langem bekannt. Entsprechende Design- und Analysemethoden für beispielsweise adaptive Filter wurden entwickelt und sind fester Bestandteil der Ingenieursausbildung. Inzwischen sind jedoch auch Softwaresysteme extrem komplex und miteinander vernetzt, so dass in der Softwaretechnik nicht mehr monolithische Anwendungen, sondern Ensembles von Hard- und Softwarekomponenten mit einer oft nur partiell bekannten Umwelt untersucht werden. In unserer Arbeitsgruppe beschäftigen wir uns mit der "Programmierung im Großen", indem wir solche Systeme formal beschreiben und analysieren. Hier greifen wir auf Prinzipien biologischer Systeme (Selbstorganisation, Evolution, Lernen) und Paradigmen des Maschinellen Lernens zurück. Für die "Programmierung im Kleinen" explorieren wir den Einsatz von generativer Programmierung und Techniken der (statischen und dynamischen) Codeanalyse. Computational Neuroscience: Computer übertreffen Menschen inzwischen bei vielen Aufgaben, die eine große Rechenleistung erfordern. Bei vermeintlich einfachen Aufgaben wie beispielsweise der Verarbeitung und Verknüpfung sensorsicher Reize (visuelle, auditive, taktile, etc.), dem Verstehen von Gesten oder dem Einfühlungsvermögen ("Empathie") sind sie Kleinkindern noch immer unterlegen. Gehirne verarbeiten Informationen offenbar anders als klassische Computer. Deshalb können sie als Vorbild für neue intelligente Systeme dienen. "Computational Neuroscience" ist eine noch junge Disziplin zur Erforschung des Gehirns, bei der Informatiker, Mathematiker, Physiker, Biologen und Mediziner zusammenarbeiten. Dieser interdisziplinäre Ansatz verbindet Experiment, Datenanalyse, theoretische Modellierung und Computersimulation und erlaubt damit den Sprung von Grundlagenforschung zur zielgerichteten Anwendung. In unserer Arbeitsgruppe forschen wir auf diesem Gebiet und konzentrieren uns insbesondere (aber nicht ausschließlich) auf die visuelle Informationsverarbeitung beim Menschen. Nichtinvasive Gehirn-Computer-Schnittstellen und mobile Gehirnaktivitätsmessung: Gehirne interagieren nicht direkt mit der Umwelt oder miteinander, sondern als Gesamtsystem "Gehirn+Körper". Körperlich behinderte Menschen sind in Ihren Möglichkeiten zur Interaktion mit der Umwelt und anderen Menschen deshalb eingeschränkt. Mit sogenannten "Gehirn-Computer- Schnittstellen" ("Brain-Computer-Interfaces", BCIs) können die Signale im Gehirn, die elektrischen Entladungen miteinander vernetzter Nervenzellen, dekodiert werden. Auf diese Weise kann körperlich behinderten Menschen ein wenig Kontrolle über ihre Umwelt zurückgegeben werden. Auf dem Gebiet der "Gehirn-Computer-Schnittstellen" wird derzeit weltweit intensiv geforscht, weil funktionierende Systeme auch für nicht behinderte Menschen und in der Rehabilitation nutzbringend eingesetzt werden können. In unserer Arbeitsgruppe verwenden wir ein EEG-basiertes System, bei dem Elektroden auf der Kopfhaut (nichtinvasiv) die elektrische Aktivität im Gehirn messen. Wir konzentrieren uns auf die Weiterentwicklung von Algorithmen und Paradigmen zum Dekodieren dieser Signale und die Integration in sogenannte "Ubiquitous Computing"- Umgebungen. Außerdem entwickeln wir Methoden zur Messung und Analyse der Gehirnaktivität in der "natürlichen Umgebung" des Menschen, um sie dann mit den eher artifiziellen Bedingungen in klassischen Experimenten zu vergleichen. Lehraktivitäten Bio-inspired Artificial Intelligence (2 SWS VL, 2 SWS UE). Mathematische Modellierung biologischer "intelligenter" Systeme, insbesondere neuronale Systeme, und deren Anwendung zur Lösung technischer Probleme. Preise 2008: Young Investigator Award der International Neural Network Society (INNS) Besondere Geräteausstattung 1 EEG Messplatz (32 Kanäle, Biosemi ActiveTwo System) 40 Universität Rostock
Funktionen und Mitwirkung in Gremien Prof. Dr. rer. nat. Lars Schwabe Studienkommission (IEF) Prüfungskommission (Informatik) Ausgewählte Veröffentlichungen 2008 L. Schwabe, O. Blanke. The vestibular component in out-ofbody experiences: a computational approach. Frontiers in FAKULTÄT FÜR INFORMATIK UND ELEKTROTECHNIK Human Neuroscience, Vol 2, 71-85, 2008. doi:10.3389/neuro.09.017.2008 L. Schwabe, O. Blanke. Phenomenology as a toolbox for neuroscientists? Abstracta, Vol 2, 71-85, 2008. L. Schwabe and O. Blanke. Out-of-body experiences: false climbs in a supine position? In Proceedings of the International Joint Conference on Neural Networks IJCNN'2008, 2008. Universität Rostock 41
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8.4 Tätigkeit der Fachschaften und
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