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Neuro-Mechanistische Modellierung

Mathematische Modelle und deren computergestützte Simulation spielen seit vielen Jahrzehnten eine fundamentale Rolle für den wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn und den technologischen Fortschritt. Häufig beschreiben sie mechanistische Zusammenhänge eines Systems der realen Welt und/oder basieren auf Hypothesen über dessen Funktionsweise. Ihre Komplexität ist allerdings beschränkt, da sie durch einen Modellierer entworfen und folglich durch stark simplifizierende Annahmen handhabbar gemacht werden müssen. Modelle des datengetriebenen Lernens, insbesondere künstliche neuronale Netze, können hingegen sehr komplexe Datenmuster automatisiert erkennen und zur Lösung von Regressions- oder Klassifikationsproblemen genutzt werden. Ihr stark spezialisiertes, hochkomplexes Regelwerk ist allerdings nur schwer interpretierbar und benötigt extrem große Datenmengen, auch weil bereits vorhandenes Weltwissen nicht oder nur sehr schwierig berücksichtigt werden kann.

Im Zentrum des Forschungsbereichs der neuro-mechanistischen Modellierung stehen hybride Ansätze, die mechanistische und KI-basierte Modelle kombinieren. In den zugehörigen Forschungsprojekten sollen Lösungen für Probleme erarbeitet werden, die sowohl die hohe Modellkomplexität neuronaler Netze als auch die Integration mechanistischer Beschreibungen erfordern oder von den kombinierten Vorteilen besonders profitieren. So erlauben neuro-mechanistische Modelle im Gegensatz zu rein neuronalen Modellen die Integration von Domänenwissen und können auch dann sehr gute Ergebnisse erzielen, wenn nur moderate Datenmengen zur Verfügung stehen - was beispielsweise häufig in den Lebenswissenschaften ein Problem ist. Sie sind leichter interpretierbar und generalisieren häufig besser für unbekannte Eingaben.

Prof. Dr. Verena Wolf

„Im neuen Forschungsbereich möchten wir das Potential KI-basierter Verfahren auf Bereiche erweitern, deren Datenmengen für bestehende KI-Methoden nicht ausreichen.“

Prof. Dr. Verena Wolf

Leitung

Leitung:
Prof. Dr. Verena Wolf

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