Verbund

NAILit - Neuro-inspirierte Künstliche Intelligenz für Lernen und Inferenz in nicht-stationären Umgebungen

Die Integration von Neurowissenschaften und Künstlicher Intelligenz (KI) bietet große Potentiale für Synergien und Innovationen. Die Prinzipien der Informationsverarbeitung des Gehirns und die biologischen Grundlagen kognitiver Prozesse, wie z. B. Lernen, Gedächtnis, Sprache oder Kreativität, können eine reichhaltige Inspirationsquelle für die Entwicklung innovativer und ressourceneffizienter KI-Systeme liefern. Gleichzeitig eröffnen die Methoden und Modelle der KI neue Möglichkeiten für die Erforschung der Funktionsprinzipien des Gehirns und das Verständnis kognitiver Fähigkeiten.

Das Verbundprojekt NAILit hat zum Ziel, ressourceneffizientere, schnellere und anpassungsfähigere KI-Systeme zu entwickeln. Inspiriert ist das Projekt hierbei von den Lernprozessen bei sozialen Tieren, die ihr Verhalten ständig an neue Umgebungen und wechselnde Zusammenhänge zwischen Umweltreizen, Handlungen und deren Ergebnissen anpassen können. Um die zugrunde liegenden neuronalen Mechanismen besser zu verstehen, werden Daten über die Gehirnaktivität und das Verhalten von Tieren mit modernsten KI-Methoden analysiert. Die Erkenntnisse werden auf neue KI-Architekturen und Trainingsalgorithmen überführt und mit derzeitigen KI-Verfahren verglichen.

Die entwickelten Algorithmen sollen für die Vorhersage von Krankheitsverläufen im psychiatrischen Bereich erprobt werden und könnten langfristig gemeinsam mit Industriepartnern in medizinische Anwendungen überführt werden. Mögliche zukünftige Anwendungsfelder bestehen darüber hinaus in verschiedensten Wirtschaftsbereichen, die von hocheffizienten KI-Verfahren des dynamischen Lernens profitieren.

Teilprojekte

Entwicklung der KI Architektur

Förderkennzeichen: 01GQ2509A
Gesamte Fördersumme: 1.093.910 EUR
Förderzeitraum: 2025 - 2028
Projektleitung: Dr. Daniel Durstewitz
Adresse: Zentralinstitut für Seelische Gesundheit
J 5
68159 Mannheim

Entwicklung der KI Architektur

Moderne KI-Modelle, wie große Sprachmodelle, werden in der Regel einmal auf einem großen Datensatz trainiert, ggf. für bestimmte Aufgaben feinabgestimmt und anschließend mit festen Parametern distribuiert. Ihr Training ist kostenintensiv, langsam und inkrementell; in starkem Kontrast dazu, wie Tiere lernen: Tiere – insbesondere soziale – müssen sich ständig an neue Umgebungen und wechselnde Zusammenhänge zwischen Umweltreizen, Handlungen und deren Ergebnissen anpassen. Die zugrundeliegenden computationalen Prozesse sind häufig durch schnelle Veränderungen im Verhalten eines Tieres und plötzliche Übergänge in der Aktivität von Neuronenpopulationen gekennzeichnet. Solche computationalen Fähigkeiten gewinnen zunehmend an Bedeutung für KI-Systeme, die in der realen Welt eingesetzt werden, etwa zur Steuerung von Robotern oder autonomen Fahrzeugen, oder die online mit Menschen interagieren. Ziel ist es, Erkenntnisse darüber, wie Tiergehirne diese Leistungen vollbringen, auf KI-Architekturen und Trainingsalgorithmen zu übertragen. Es werden modernste, bereits entwickelte KI-Werkzeuge zur Rekonstruktion dynamischer Systeme eingesetzt, um aus neurophysiologischen und Verhaltens-Daten während kognitiver Aufgaben generative Surrogatmodelle abzuleiten, die eine detaillierte Analyse der dynamischen und Plastizitäts-Prozesse ermöglichen, die schnellen Anpassungsleistungen bei Tieren zugrunde liegen. Die so aus Daten abgeleiteten adaptiven Mechanismen werden in KI Architekturen implementiert und mit anderen "state-of-the-art" KI-Algorithmen verglichen. Darüber hinaus wird die Übertragung der aus Daten hergeleiteten Algorithmen in Energie- und Kodierungs-effiziente spikende neuronale Netzwerke untersucht. Schließlich sollen die Algorithmen in biomedizinischen Szenarien für die Vorhersage nicht-stationärer Krankheitsverläufe im psychiatrischen Bereich erprobt werden.

Neuropsychologische Anwendungen

Förderkennzeichen: 01GQ2509B
Gesamte Fördersumme: 389.604 EUR
Förderzeitraum: 2025 - 2028
Projektleitung: Prof. Dr. Georgia Koppe
Adresse: Universität Heidelberg, Interdisziplinäres Zentrum für Wissenschaftliches Rechnen IWR
Im Neuenheimer Feld 205
69120 Heidelberg

Neuropsychologische Anwendungen

Moderne KI-Modelle, wie große Sprachmodelle, werden in der Regel einmal auf einem großen Datensatz trainiert, ggf. für bestimmte Aufgaben feinabgestimmt und anschließend mit festen Parametern distribuiert. Ihr Training ist kostenintensiv, langsam und inkrementell; in starkem Kontrast dazu, wie Tiere lernen: Tiere – insbesondere soziale – müssen sich ständig an neue Umgebungen und wechselnde Zusammenhänge zwischen Umweltreizen, Handlungen und deren Ergebnissen anpassen. Die zugrundeliegenden computationalen Prozesse sind häufig durch schnelle Veränderungen im Verhalten eines Tieres und plötzliche Übergänge in der Aktivität von Neuronenpopulationen gekennzeichnet. Solche computationalen Fähigkeiten gewinnen zunehmend an Bedeutung für KI-Systeme, die in der realen Welt eingesetzt werden, etwa zur Steuerung von Robotern oder autonomen Fahrzeugen, oder die online mit Menschen interagieren. Ziel ist es, Erkenntnisse darüber, wie Tiergehirne diese Leistungen vollbringen, auf KI-Architekturen und Trainingsalgorithmen zu übertragen. Es werden modernste, bereits entwickelte KI-Werkzeuge zur Rekonstruktion dynamischer Systeme eingesetzt, um aus neurophysiologischen und Verhaltens-Daten während kognitiver Aufgaben generative Surrogatmodelle abzuleiten, die eine detaillierte Analyse der dynamischen und Plastizitäts-Prozesse ermöglichen, die schnellen Anpassungsleistungen bei Tieren zugrunde liegen. Die so aus Daten abgeleiteten adaptiven Mechanismen werden in KI Architekturen implementiert und mit anderen "state-of-the-art" KI-Algorithmen verglichen. Darüber hinaus wird die Übertragung der aus Daten hergeleiteten Algorithmen in Energie- und Kodierungs-effiziente spikende neuronale Netzwerke untersucht. Schließlich sollen die Algorithmen in biomedizinischen Szenarien für die Vorhersage nicht-stationärer Krankheitsverläufe im psychiatrischen Bereich erprobt werden.

Neurophysiologische Grundlagen

Förderkennzeichen: 01GQ2509C
Gesamte Fördersumme: 101.790 EUR
Förderzeitraum: 2025 - 2028
Projektleitung: Prof. Dr. Jonas Sauer
Adresse: Universität des Saarlandes, Fakultät 2 Medizin, Theoretische Medizin und Biowissenschaften, Professur für Physiologie
Kirrbergerstraße, Gebäude 48
66424 Homburg

Neurophysiologische Grundlagen

Moderne KI-Modelle, wie große Sprachmodelle, werden in der Regel einmal auf einem großen Datensatz trainiert, ggf. für bestimmte Aufgaben feinabgestimmt und anschließend mit festen Parametern distribuiert. Ihr Training ist kostenintensiv, langsam und inkrementell; in starkem Kontrast dazu, wie Tiere lernen: Tiere – insbesondere soziale – müssen sich ständig an neue Umgebungen und wechselnde Zusammenhänge zwischen Umweltreizen, Handlungen und deren Ergebnissen anpassen. Die zugrundeliegenden computationalen Prozesse sind häufig durch schnelle Veränderungen im Verhalten eines Tieres und plötzliche Übergänge in der Aktivität von Neuronenpopulationen gekennzeichnet. Solche computationalen Fähigkeiten gewinnen zunehmend an Bedeutung für KI-Systeme, die in der realen Welt eingesetzt werden, etwa zur Steuerung von Robotern oder autonomen Fahrzeugen, oder die online mit Menschen interagieren. Ziel ist es, Erkenntnisse darüber, wie Tiergehirne diese Leistungen vollbringen, auf KI-Architekturen und Trainingsalgorithmen zu übertragen. Es werden modernste, bereits entwickelte KI-Werkzeuge zur Rekonstruktion dynamischer Systeme eingesetzt, um aus neurophysiologischen und Verhaltens-Daten während kognitiver Aufgaben generative Surrogatmodelle abzuleiten, die eine detaillierte Analyse der dynamischen und Plastizitäts-Prozesse ermöglichen, die schnellen Anpassungsleistungen bei Tieren zugrunde liegen. Die so aus Daten abgeleiteten adaptiven Mechanismen werden in KI Architekturen implementiert und mit anderen "state-of-the-art" KI-Algorithmen verglichen. Darüber hinaus wird die Übertragung der aus Daten hergeleiteten Algorithmen in Energie- und Kodierungs-effiziente spikende neuronale Netzwerke untersucht. Schließlich sollen die Algorithmen in biomedizinischen Szenarien für die Vorhersage nicht-stationärer Krankheitsverläufe im psychiatrischen Bereich erprobt werden.