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Fig. 1
zeigt ein Diagramm von SHANNON's deterministischer Methode der zeitdiskreten
Quantisierung von Signalamplitudenverläufen.
Figs. 2a-c zeigen graphische Diagramme der Quantisierung von Signalamplituden-Verläufen
mittels Erfassung von STQ(v)-, STQ(i)- und STQ(d)- Verstreichzeiten nach der
erfindungsgemäßen nicht-deterministischen Methode.
Figs. 3a-cveranschaulichen diese nicht-deterministische Methode in Verbindung mit
serieller Übertragung erfasster STQ(d)-Verstreichzeiten sowie mit Zeitzählfrequenz-
Modulation der gleichfalls erfassten Parameter der momentanen Relativgeschwindigkeit (vm).
Figs. 3d-g zeigen im Zusammenhang mit der beschriebenen Erfindung eine Methode des
Vergleiches gegenwärtig erfasster STQ-Verstreichzeitsequenzen mit früheren erfassten und
gespeicherten STQ- Verstreichzeitsequenzen, um Isomorphismus bestimmter Zeitstrommuster
festzustellen.
Fig. 4a
zeigt eine molekular/biologische Methode der Quantisierung von STQ-Verstreichzeiten
mittels sogenannter "Aktionspotentiale", die an Membranen von Rezeptor-Zellen produziert
werden.
Fig. 4b zeigt von einem Neuron (Rezeptorzelle) ausgehende, in vm-abhängiger Weise
entlang der neuronalen Membran zur Synapse fortgeleitete Aktionspotentiale, wo die
Kovarianz von STQ- Sequenzen analysiert wird.
Fig. 4c zeigt eine Anzahl vm- abhängiger Aktionspotentiale, die von einer Gruppe
entsprechender Rezeptorzellen entlang kollateraler Nervenfasern zu Synapsen fortgeleitet
werden, wobei die zeitliche und räumliche Bahnung der AP's zusammen mit der Kovarianz
dieser STQ- Sequenzen analysiert wird, um eine komplexe Wahrnehmung zu erkennen.
Fig. 4d zeigt ein postsynaptisches Neuron, das Potentiale mit hemmenden Eigenschaften
produziert.
Fig. 4d zeigt ein postsynaptisches Neuron, das Potentiale mit hemmenden Eigenschaften
produziert.
Fig. 4e und Fig. 4f zeigen die prinzipielle Funktionsweise der synaptischen Übertragung
von molekular/biologisch erfasster STQ- Information an andere Neuronen oder neuronale
Verzweigungen.
Fig. 5 zeigt eine Konfiguration, bei der die beschriebene erfindungsgemäßen Methode zur
Generierung autonomer selbstorganisierender Mechanismen dient, und wobei die STQ-
Verstreichzeiten auf elektronische Weise erfasst werden.
Fig. 6a zeigt die Konfiguration einer einfachen Anwendungsform der erfindungsgemäßen
Methode, in der die in Fig. 2a, 2b, 2c beschriebenen STQ(v), STQ(i), STQ(d)- Zeitdaten
zur Erkennung bestimmter räumlicher Profile, Gebilde oder Strukturen angewandt werden,
wobei sich das System mit beliebiger Geschwindigkeit fortbewegt.
Figs. 6b-e zeigen verschiedene Diagramme und Tabellen im Zusammenhang mit der
Anwendungsform in Fig. 6a, wobei die sensitive Abtastung und Erkennung eines bestimmten
Profils wahlweise mit konstanter oder variabler Bewegungsgeschwindigkeit erfolgen kann.
Fig. 7a - d zeigen verschiedene Sensor-Anordnungsformen und Sensor-Strukturen zur
sensitiven Quantisierung von STQ(v)-Verstreichzeiten, welche zur Erfassung der Relativ-
Geschwindigkeitsparameter dienen.
Figs. 8a-f zeigt die Konfiguration sowie die Funktionsprinzipien einer weiteren
Anwendungsform der erfindungsgemäßen Methode, bei der die Quantisierung von STQ-
Zeitdaten (siehe Fig. 2a - 2c) zur Schaffung eines autonomen auto-adaptiven und
selbstorganisierendenTrainingsroboters für den Einsatz im Sport dient. Dieser Roboter ist
imstande, einen vom Benutzer vorgegebenen Bewegungsvorgang zu reproduzieren und
optimieren. Er ist ebenso imstande, die ideale Spur und Tempoverteilung selbsttätig zu
bestimmen, Abstände und Zeiten einzuhalten, Gefahrenszenarien zu erkennen und davor
zu warnen, die Eigenbewegung sowie Geschwindigkeiten, Rundenzeiten, Teilzeiten,
Gesamtzeiten und andere relevante Daten auf einem Monitor dazustellen. Zusätzlich ist
der Trainingsroboter imstande, solche erfasste Daten in optischer oder akustischer Weise
auszugeben.
Fig. 9 zeigt in einer schematischen Darstellung die Produzierung von Zeitdatenströmen
durch Signalamplitudenquerung bestimmter sensorischer Wahrnehmungsbereiche oder
Empfindlichkeits-Zonen (bzw. Schwellwertpegel) in autonomen auto-adaptiven und
selbstorganisierenden Strukturen, Organismen oder mechanistischen Robotiksystemen,
wobei eine Vielzahl verschiedener Arten von Sensoren oder Rezeptoren vorhanden sein kann.
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Detailierte Beschreibung
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Fig. 1
zeigt ein Diagramm von SHANNON's deterministischer Methode der zeitdiskreten
von Signalamplituden-Verläufen, welche mittels Analog/Digital-Wandler digitalisiert werden.
Im allgemeinen technischen Sprachgebrauch wird diese Methode auch "Sampling" genannt.
Diese deterministische Methode ist dadurch gekennzeichnet, dass erfasste Daten (a1, a2...an)
mit bestimmten Zeitpunkten (T1, T2, T3,...Tn) korrelieren, die vom Program Counter eines
Prozessors vorgegeben werden.
In der gegenwärtigen Robotik-Praxis verlangt diese Methode sehr schnelle
Prozessoren, hohe Samplingraten und eine hohe Anzahl redundanter Daten und
Rechenoperationen bei deren Auswertung. Will man auf diese Weise Daten von
Signalamplituden externer Quellen zum Zweck der Information über die räumliche
Umgebung eines Systems, auf welchem ein sensor- gekoppelter Prozessor
installiert ist, erwerben, so lässt SHANNON's Methode keine ausreichende
Gewinnung von Daten über die momentane Relativgeschwindigkeit und die
zeitlich/räumliche Zuordnung zu, die zum Zweck der Optimierung der Koordinierung
der relativen Eigenbewegung notwendig wären. Eine Erkennung der eigenen Bewegung
in Echtzeit ist daher nicht möglich. Aus diesem Grund ist diese Methode zur
Generierung hocheffizienter autonomer Robotiksysteme zu schwach.

Figs. 2a - c
zeigen in drei verschiedene Graphen die sensorische Quantisierung von Signalamplitudenverläufen mittels der hierin beschriebenen erfindungsgemäßen
Methode. Im Gegensatz zur in Fig. 1 gezeigten Quantisierungsmethode werden hierbei keinerlei "vertikalen Segmente" von Amplitudenverläufen abgetastet; sondern ausschließlich Verstreichzeiten gemessen, und zwar auf drei verschiedene, sich ergänzende Arten. Wie ersichtlich,
müssen dazu eine gewisse Anzahl von Schwellwerten 1 (P1, P2...Pn) festgelegt werden,
um sensorische Wahrnehmungsbereichzonen zu bilden. Jede Verweildauer und jedes Zeitintervall
innerhalb der genannten Zonen wird ebenso erfasst wie die Verstreichzeit zwischen den Durchgängen von einem niederen zu einem höheren Schwellwert und umgekehrt.
Fig. 2a
zeigt die erste dieser drei verschiedenen Arten sensorischer Zeitquantisierung.
Sie wird als STQ(v)- Verstreichzeitmessung (sensitive time quantum - velocity) bezeichnet
und liefert ein Maß für die momentane Relativgeschwindigkeit vm. Man kann sie auch als
Pausendauer zwischen zwei Phasendurchgängen zweier paralleler Signalverläufe an gleichen
Schwellwertpotentialen verstehen. Nicht ganz korrekt ist dafür die übliche Bezeichnung
"Phasenverschiebung". Im Graph sind die gemessenen STQ(v)-Verstreichzeiten
mit Tv(n) bezeichnet. Die Phasendurchgänge an dem vom Sensor (bzw. vom Receptor) beim
Vorbeibewegen an der entsprechenden externen Signalquelle 4 produzierten Amplitudenverlauf V sind mit iTv(n.m), die Phasendurchgänge an dem vom Sensor (bzw. Rezeptor beim
Vorbeibewegen an der gleichen Signalquelle erhaltenen Amplitudenverlauf W mit iTw(n.m)
zeichnet. Unter der idealen Voraussetzung, dass der räumliche Abstand (b) zwischen den
beiden Sensoren 3, 4 im Vergleich zum Abstand c zwischen Signalquelle und Sensoren
minimal ist, dass c beim Vorbeibewegen konstant bleibt, und dass beide Sensoren (bzw.
Rezeptoren) identische Eigenschaften aufweisen und ein Analogsignal liefern, so werden an
den Outputs der erwähnten Sensoren (bzw. der Sensor-Operationsverstärker) zwei Signalamplituden-
Verläufe
V und W produziert, die annähernd konruent sind. (Abweichungen von der
Ideal-Konstellation können durch autonome Adaption des Sensorsystems in
fortschreitend verbesserter Weise kompensiert werden; dies wird später
beschrieben). Bewegt sich Sensor 2 in der bezeichneten Richtung entlang der
Signalquelle so durchbricht die Signalamplitude V zunächst das definierte
Schwellwertpotential P1 bei Phasendurchgang iTv(1.1). Die ansteigende
Signalflanke startet einen ersten Zeitmesser zur Erfassung der ersten STQ(v)-
Verstreichzeit Tv(1). Die weiter ansteigende Signalamplitude V durchbricht
sodann die Schwellwertpotentiale P2, P3 und P4, wobei bei jedem Phasendurchgang
weitere Zeitmesser zur Erfassung weiterer Verstreichzeiten Tv(2), Tv(3) und
Tv(4) gestartet werden. Inzwischen hat sich Sensor 3 der Signalquelle 4 genähert
und liefert den Signalamplitudenverlauf W. Durchbricht W bei Phasendurchgang
iTw(1.1) das Schwellwertpotential P1, so stoppt die steigende Flanke den
Zeitmesser zur Erfassung der ersten STQ(v)-Verstreichzeit Tv(1) und speichert
sie. Derselbe Vorgang wiederholt sich für die Verstreichzeiten Tv(2), Tv(3) und
Tv(4) beim Durchbrechen der nächsthöheren Schwellwert-Potentiale
P2, P3 und P4. Beginnt die Signalamplitude V zu fallen, so durchbricht sie
zunächst den Schwellwert P4 an der oberen Schulter des Amplitudenverlaufes nach
unten. Nun startet die fallende Flanke einen Zeitmesser zur Erfassung der
nächsten Verstreichzeit Tv(5). Bei den weiteren Phasen- durchgängen iTv(3.2) und
iTv(2.2), bei dem die Schwellwerte P3 und P2 nach unten durch- brochen werden,
werden ebenfalls wieder Zeitmesser durch die fallende Flanke gestartet, um die
Verstreichzeiten Tv(6) und Tv(7) zu messen. Steigt der Verlauf der
Signalamplitude V wieder an, so erfolgt die Erfassung der STQ(v)-Parameter
wieder durch die steigende Flanke. Dasselbe gilt für das Stoppen der besagten
Verstreichzeitmesser bei den Phasen- Durchgängen der parallel zu V verlaufenden
Signalamplitude W.
Fig. 2b zeigt eine weitere Art sensorischer STQ- Zeitquantisierung. Sie wird als STQ(i)-
Verstreichzeitmessung (sensitive time quantum - interarrival) bezeichnet. Vereinfacht,
bedeutet sie die benötigte Zeit Tw für die Zurücklegung einer relativen Strecke. Man kann
sie auch als Verweildauer eines Signalverlaufes zwischen den Phasendurchgängen an gleichen
Schwellwertpotentialen verstehen. Wird die Zeitzählfrequenz für ihre Messung proportional
zu Relativgeschwindigkeits-Parameter Tv (bzw. zu STQ(v)- Verstreichzeiten) beschleunigt
oder vermindert, so korrelieren die gezählten und gespeicherten modulierten Impulse mit der
relativen Strecke. Besteht absolute Invarianz zwischen dem Sensor und den Signalquellen
(auch "Synchronität" genannt), so kann kein STQ(i)-Parameter erfasst werden; ändert sich
jedoch die Signalintensität, so können STQ(i)-Verstreichzeiten auch dann erhalten werden,
wenn keine Relativbewegung stattfindet. Während einer Bewegung sind sie also nicht nur zur
Erfassung von variablen Signalen erforderlich, sondern auch zum Abtasten der räumlichen
Umgebungen. Im Graph (Fig. 2b) sind die gemessenen STQ(i)-Verstreichzeiten mit Tw(n)
bezeichnet. Die Phasendurchgänge, welche vom Amplitudenverlauf W produziert werden,
wenn sich Sensor (bzw. Rezeptor) 5 entlang den entsprechenden benachbarten Signalquel-
len 6 und 7 vorbeibewegt, sind mit iTw(n.n) bezeichnet. Sobald sich Sensor (bzw. Rezeptor)
5 in der bezeichneten Richtung entlang der Signalquelle 6 bewegt, durchbricht die Signal-
Amplitude W zunächst das Schwellwertpotential P1 bei Phasendurchgang iTw(1.1). Die
steigende Signalflanke startet einen ersten Zeitmesser zur Erfassung der ersten STQ(i)-
Verstreichzeit Tw(1). Danach durchbricht die weiter ansteigende Signalamplitude W die
vorgegebenen Schwellwertpotentiale P2, P3 und P4, wobei bei jedem Phasendurchgang
Zeitmesser gestartet werden, um weitere Verstreichzeiten Tw(2), Tw(3), Tw(4).... zu
erfassen. Inzwischen beginnt sich Sensor 5 aus dem Bereich der Signalquelle 6 zu entfernen.
Die fallende Signalamplitude W durchbricht zunächst das Schwellwertpotential P4, worauf
beim Phasendurchgang iTw(4.2) nun die fallende Flanke jenen Zeitmesser stoppt, der zur
Erfassung der STQ(i)-Verstreichzeit Tw(4) gestartet worden war. Gleichzeitig startet dieselbe
fallende Flanke einen weiteren Zeitmesser, der die Verstreichzeit Tw(5) bis zum Eintreffen
der nächsten ansteigenden Flanke misst. Jedoch erscheint diese steigende Flanke erst beim
Vorbeibewegen des Sensors 5 an der entsprechenden Signalquelle 7. Vorher fällt die Signal-
Amplitude W aber bis unter die Schwellwerte P3 und P2, bei deren Phasendurchgang iTw(3.2)
und iTw(2.2) die Zeitmesser zur Erfassung der STQ(i)- Verstreichzeiten Tw(3.2) und Tw(2.2)
gestoppt werden. Gleichzeitig werden weitere Zeitmesser zur Erfassung der Verstreichzeiten
Tw(6) und Tw(7) gestartet. Sie stoppen wiederum zu den Phasendurchgängen iT(2.3),
iTw(3.3), iTw(4.3) und iTw(5.1), wenn die Signalamplitude wieder fällt (jedoch nicht vor
dem Vorbeibewegen des Sensors an Signalquelle 7). Nach diesen Phasendurchgängen starten
neue Zeitmesser zur Erfassung der nächsten Verstreichzeiten Tw(8), Tw(9), Tw(10), Tw(11),
usw.

Fig. 2c zeigt eine dritte Art der sensorischen Zeitquantisierung, die sich von den in Fig. 2
und Fig. 2b gezeigten Methoden total unterscheidet. Sie wird als STQ(d)- Verstreichzeit-
Messung (sensitive time-quantum - differential) bezeichnet. Man kann sie auch als Verweil-
Dauer Td, gemessen zwischen einem ersten Phasendurchgang bei einem ersten bestimmten
Schwellwertpotential und einem zweiten Phasendurchgang bei einem zweiten bestimmten
Schwellwertpotential verstehen, das um eine Stufe höher oder niedriger als das Erstere ist.
STQ(d)- Verstreichzeiten sind Parameter für die Flankensteilheit von Signalamplituden, und
somit auch für deren Frequenz. Mittels schnellem Vergleich von STQ(d)-Verstreichzeiten
können Signalverläufe in Echtzeit erkannt werden. Sie sind daher zur Schaffung intelligenter
Verhaltensweisen ebenso unerläßlich wie STQ(v) oder STQ(i)-Quanten. Die Quantisierung von
STQ(d)- Zeitdaten ist unter allen physikalischen Zuständen und beliebigen Relativ-
Bewegungen zwischen Sensor und externen Quellen möglich, in welchen STQ(v)- und STQ(i)-
Verstreichzeiten ebenfalls quantisierbar sind. Werden die STQ(d)-Verstreichzeiten kumulativ
und in Serie erfaßt, so können sie zur Verifizierung und Plausibilitätsprüfung von (gleichfalls
erfassten) STQ(i)-Verstreichzeiten dienen. Im Graph (Fig. 2c) sind die gemessenen STQ(d)-
Verstreichzeiten mit Td(n) bezeichnet. Die Phasendurchgänge, welche vom Amplitudenverlauf
W produziert werden, wenn sich Sensor (bzw. Rezeptor) 8 im Bereich der Signalquelle 9
befindet, mit iTw(n.n) bezeichnet. Bewegt sich Sensor 8 in der gezeigten Richtung entlang
der Signalquelle 9, so durchbricht die Signalamplitude W zunächst das definierte Schwellwert-
Potential P1 bei Phasendurchgang iTw(1.1). (Dies geschieht bei aktivem bzw. variablem
Signalquellenfeld selbstverständlich auch dann, wenn Sensor und korrespondierende Signal-
quelle in invarianter Position zueinander sind). Die steigende Signalflanke startet einen ersten
Zeitmesser zur Erfassung der ersten STQ(d)- Zeitdate. Wenn der weiter ansteigende
Amplitudenverlauf W das nächsthöhere Schwellwertpotential P2 beim Phasendurchgang
iTw(2.1) durchbricht, so wird dieser Zeitmesser gestoppt und die gemessene STQ(d)-
Verstreichzeit Td(1) gespeichert. Gleichzeitig startet der nächste Zeitmesser zur Erfassung
und Speicherung der Verstreichzeit bis zum nächsten Phasendurchgang bei iTw(3.1), wo er
gestoppt wird; dann wird der nächste Timer aktiviert bis zu iTw(4.1), wo er ebenfalls
gestoppt wird usw. Beim Phasendurchgang iTw(4.1) durch Schwellwertpotential P4 wird der
nächste Zeitmesser gestartet. Da aber das Signal kein nächsthöheres Schwellwertpotential
mehr erreicht bevor es wieder gegen P4 absinkt, kann mit letzterem Zeitmesser keine
STQ(d)- Verstreichzeit erfasst werden. Nur die Quantisierung von STQ(i)-Verstreichzeiten,
wie in Fig. 2b beschrieben, kann in dieser Situation stattfinden. Die nächste STQ(d)-
Verstreichzeit Td(4) wird erst dann erfasst, wenn die Signalamplitude bei iTw(4.2) unter
den Schwellwert P4 geht, wonach ein weiterer Timer startet, der beim Phasendurchgang
durch den um eine Stufe niedrigeren Schwellwert P3 gestoppt wird. Gleichzeitig wird der
nächste Zeitmesser gestartet usw.
In mechanistischen Anwendungen, wo die Analyse von Signalamplituden die Quantisierung
von STQ(d)-Verstreichzeiten erfordert, werden STQ(d)- Daten oftmals in Kombination mit
STQ(i)-Daten aquiriert. Besteht die Intention der Anwendung dieser Quantisierungsmethode
darin, einem Roboter die Erkennung seiner Eigenbewegung aus subjektiver Sicht zu ermög-
lichen (durch Aufspüren und Abtasten der räumlichen Umgebung beim Bewegen entlang
externer Signalquellen), so werden überwiegend STQ(v)- und STQ(i)-Daten erfasst. Geht
jedoch der Schwerpunkt in Richtung Erkennung instabiler optischer oder akustischer Quellen,
wie etwa Bilder, Musik oder Gespräche usw., so nimmt der Anteil von STQ(d)-Verstreichzeiten
zu, während der Anteil von STQ(v)-Parameter abnimmt. Findet keinerlei relative Bewegung
statt, so können auch keinerlei Geschwindigkeitsparameter von irgendwelchen Sensoren
abgeleitet werden; nur die Quantisierung von STQ(d)- und STQ(i)-Verstreichzeiten ist
möglich.
Figs. 3 a - c
zeigen einen wichtigen Aspekt der Gestaltung der beschriebenen Methode
im Zusammenhang mit serieller Übertragung von erfaßten STQ(d)-Verstreichzeiten sowie in
Verbindung mit Zeitzählfrequenzmodulation in Relation zu simultan erfassten STQ(v)-
Parametern, die für die momentane Relativgeschwindigkeit (vm) stehen. Diese Gestaltungs-
form der Methode eignet sich allerdings nur dort, wo überwiegend STQ(d)-Verstreichzeiten
gemessen werden; zusammen mit solchen STQ(i)-Verstreichzeiten (siehe auch Beschreibung
zu Fig. 2c), welche bei den Phasendurchgängen des erreichten maximalen Schwellwerts nahe
des Maximums der Amplitude, oder des erreichten minimalen Schwellwerts nahe des
Minimums der Amplitude, produziert werden. In diesem Fall können alle gemessenen
Verstreichzeiten als serielle Sequenzen dargeboten werden. Werden hingegen zu jedem
Schwellwertpotential STQ(d)- und bzw. nur STQ(i)-Verstreichzeiten erfasst (siehe
Beschreibung zu Fig. 5), so fallen diese Daten parallel an und müssen auch parallel
verarbeitet werden.

Fig. 3a zeigt, wie eine einfache serielle Impulsfolge zum schnellen Datentransfer der
erfassten STQ(d)- Verstreichzeiten ausreicht, wenn die Schwellwertpotentiale P1, P2, P3...,
welche jene Phasendurchgänge 1.1, 2.1, 3.1...bestimmen, von denen die STQ-Verstreich-
zeiten abgeleitet werden, entweder durch Codes oder durch bestimmte charakteristischen
Frequenzen "markiert" sind. Im gezeigten Fall sind diese "Marker" Impulsfolgen mit Perioden
t(P1), t(P2), t(P3) ...und Frequenzen f(P1), f(P2), f(P3).... Ihre Modulation erfolgt in
Abhängigkeit von den entsprechenden Schwellwertpotentialen. Diese Identifikations-
Impulsfolgen (IP) dienen der Identifizierung der bestimmten Schwellwerte P1, P2, P3...(bzw.
der Wahrnehmungsbereichszonen 1, 2, 3...). Erst die zusammen mit diesen Identifikations-
Impulsen (IP) operierenden invarianten Zeitzählimpulsen (ITPC) mit der Periode tscan (Fig.3b)
oder variablen Zeitzählimpulsen (VTPC) mit der Periode t.vscan (s. Fig. 3b, 3c) bewirken die
eigentliche Erfassung von STQ(d)-Verstreichzeiten Td(1), Td(2), Td(3), Td(4)... (oder bzw.
der STQ(i)- Verstreichzeiten Tw(1), Tw(2), Tw(3), Tw(4)..., welche nahe der Amplituden-
Maxima und -Minima auftreten) nach dem bereits beschriebenen Beispiel. Variable VTCP-
Impulsfolgen mit der Periode t.vscan, welche automatisch in Relation zu den erfassten
STQ(v)-Verstreichzeiten (d.h. zur augenblicklichen Momentangeschwindigkeit vm) moduliert
sind, werden dazu verwendet, um von externen Quellen erhaltene Signalamplituden in
geschwindigkeits-proportionaler Weise abzutasten. Dies reduziert die Redundanz der Rechen-
prozesse erheblich (s. auch Fig. 3c). Die solchermaßen durch VTCP-Impulse vm-adaptiv
erfassten STQ(d)-Verstreichzeiten werden mit Tδ(1,2,3,....), die in derselben Weise erfassten
STQ(i)-Verstreichzeiten mit Tω(1,2,3...) bezeichnet.
Figs. 3b
zeigt die Messung von STQ(d)-Verstreichzeiten mit invarianten ITPC-Impulse mit der
Periode tscan und mit einer konstanten Frequenz fscan. Dies ist der Fall, solange keine
STQ(v)- Parameter erhalten werden, d. h. wenn keine Relativbewegung zwischen Sensor und
Signalquelle auftritt und daher auch keine Relativgeschwindigkeit (vm) gemessen werden
kann.
Figs. 3c
zeigt die Messung der Verstreichzeiten mit modulierten VTCP-Impulsen. Diese
Zeitzählimpulse sind abhängig von der momentanen Relativgeschwindigkeit vm (bzw. vom
erfassten STQ(v)- Parameter), und zwar in einer Weise, dass ihre Periode (t.v)scan und
Frequenz ƒscan proportional zu vm ist. Wenn vm sehr klein ist oder gegen Null geht, so
sinkt die Zählfrequenz ƒscan gleichfalls ab bis zur Minimalfrequenz fscan (wie in Fig. 3b).
Wie in Fig. 2a gezeigt, wird jeder STQ(v)- Geschwindigkeitsparameter mittels eines zweiten
adäquaten "vorauseilenden" Sensors (bzw. Rezeptors)erfasst. Somit ist vm schon vor
der eigentlichen STQ(d)- und/oder STQ(i)- Verstreichzeitmessung festgehalten. Es ist daher
möglich, ƒscan zur Messung der Td(1,2...n)-Zeitdaten entsprechend den erfassten STQ(v)-
Parametern zu modulieren, um so die Zahl von t.v- Kalkulationen zu reduzieren sowie
erforderlichen Speicherplatz zu minimieren. Daraus resultiert ein weitgehend redundanzfreier
Analyseprozeß. Obwohl die mit dieser Methode gezählten Zeitimpulse annähernd kovariant
mit der relativ zurückgelegten Strecke (d) sind, stellen sie dennoch nachweislich modifizierte
Zeitdaten dar und nicht Distanzmaße. Wie auch die Entstehung dieser Daten, so erfolgt auch
die weitere Verarbeitung und Analyse solcher modifizierter STQ-Verstreichzeiten nach
probabilistischen Prinzipien. Die besagten Zeitdaten werden quasi "subjektiv empfunden".
In mechanistischen Systemen geschieht die annähernd weg-proportionale Modulation der Zeit-
zählfrequenzen überwiegend mittels programmierbare Oszillatoren und Timer, wie aus Fig. 5
ersichtlich ist. Hingegen wird dieser adaptive Prozess (ein Teil der sogenannten
"autonomen Adaption") in komplex strukturierten biologisch/ chemischen Organismen oft
durch proportionale Änderung der Fortleitungsgeschwindigkeit von Zeitmessimpulsen in
neuronalen Fasern erzielt, wie dies in Fig. 4a, 4b, 4c und 4d gezeigt wird. Autonome
Adaption und adaptive Zeitbasisänderungs-Prozesse der beschriebenen Art können aber auch
anders gestaltet sein. Sie können auf molekularer, atomarer und subatomarer Ebene
existieren. Der Patentanmelder bezeichnet dieses Prinzip als "zeitliche Auto-Adaption.
Fig. 3d - f
zeigen die konzeptionelle Basis für den Vergleich von aktuell erfasster
STQ-Zeitdatensequenzen mit früher registrierten STQ- Zeitdatensequenzen, sowie ihre
Analyse auf statistischer Grundlage. Die vm-modulierten, in Fig. 3d gezeigten Zeitdaten
Td(n...) mit der Reihe 32-30-22-23-20 (cs= Zählzyklen) werden Date für Date mit früher
registrierten, gleichfalls in vm-modulierter Weise erfassten Td'-Zeitdaten der Reihe 30-29-
22-24-19 verglichen. Der Vergleichsprozeß ist genau genommen eine Kovarianzanalyse.
Wenn die Regressionskurven beider Zeitdatenreihen konvergieren, so besteht Kovarianz. In
mechanistischen Systemen kommen zu diesem Zweck Koinzidenz-Meßsysteme, Komparator-
Schaltkreise, Software für statistische Analysen oder auch "Fuzzy-Logic" zum Einsatz. Die
Wahrscheinlichkeitsdichte-Parameter werden summiert, und sobald der Gesamtwert
innerhalb einer bestimmten Periode eine vorgegebene Schwelle 10 übersteigt, wird ein
Signal 11 produziert, welches anzeigt, dass die Sequenz "erkannt" worden ist. Dieses
Signal dient vorwiegend zur adaptiven Regelung der Aktuatoren in mechanistischen Systemen
(bzw. zur Motorik in Organismen). Weiters zeigt das Signal an, dass "autonome Adaption" an
die registrierten Zeitdatenmuster stattgefunden hat. Was das motorische Verhalten
irgendeines mechanistischen oder biologischen Mechanismus betrifft, so ist es klar, dass die
Erkennung von Signalfolgen Hand in Hand mit automatischer Anpassung bzw. autonomer
Adaption geht. Dieses Prinzip sei hiermit als "motorische Auto-Adaption" oder "Auto-
Emulation" bezeichnet.
Fig. 3g
zeigt diesen Autoadaptions-Prozess in schematischer und leicht verständlicher Weise.
Eine aktuell erfasste Td- Zeitdatensequenz wird fortgesetzt mit einer früher erfassten Td'-
Zeitdatensequenz verglichen, und besteht annähernde Übereinstimmung, so passen die
Sequenzen zueinander wie Schlüssel und Schloss. Wie aus den folgenden Beschreibungen
ersichtlich, schafft dieser Vorgang eine Art "Bootstrapping-Prozess" bzw. ein "motorisches
Nacheiferungsbestreben", das eine grundlegende Eigenschaft aller redundanzfreien
autonomen selbstorganisierenden Systeme bzw. eines Organismus darstellt. Zwar ist die
Konvarianzanalyse zweier Zeitdatenmuster in mechanistisch/elektronischen Systemen relativ
aufwendig (s. dazu Fig. 5); dies gilt jedoch nicht für molekular/biologische Organismen
und andere Einheiten. In solchen Systemen tritt dieses "Bootstrapping" als "synergetischer
Effekt"auf - annähernd vergleichbar mit dem Rollen einer Anzahl von Billardkugeln in
eine Reihe von Löchern, die ein Muster bilden. (Die Bezeichnung "Synergetik" wurde
übrigens erstmals von H. HAKEN im Jahre 1970 eingeführt). Das erfolgreiche Einlochen wird
von Geschwindigkeit und Richtung bestimmt. Ändern sich diese Parameter, so erfolgt kein
Einlochen. Ein Versuch kann ebenfalls scheitern, wenn sich die Position der Löcher irgendwie
verändern würde, während die Abstoß-Positionen der Kugeln konstant blieben; selbst dann,
wenn ihre Geschwindigkeit und Richtung kovariant mit den urprünglichen Parametern wäre
(und wobei die Kovarianz die Änderung der Muster nicht entsprechend berücksichtigt).
In ähnlicher Weise prägt eine aktuelle STQ- Zeitdatensequenz, die von einem autonomen
selbstorganisierenden System erfasst wurde, ein bestimmtes charakteristisches Finger-
abdruckmuster, und sooft ein früher registriertes Referenz-Muster gefunden wird, das
isomorph mit einem aktuell registrierten Muster ist, so resultiert daraus Auto-Adaption und
Auto-Emulation (Nacheiferungsbestreben). Dieses Phänomen wohnt als teleologisches
Ordnungsprinzip allen Lebensformen, Organismen und elementaren Strukturen inne. Findet
sich kein kovariantes referentes Muster, so kollabiert die auto-adaptive Regulation und das
System verhält sich chaotisch. Der Zustand geht erst dann wieder vom Chaos zur Ordnung
über, wenn aktuell erfasste STQ-Zeitmuster wieder mit früher erfassten STQ- Zeitmuster
zu konvergieren beginnen, die vom Analysator als "kovariant" befunden werden.
Figs. 4a - d illustrieren ein Modell der Erfassung und Verarbeitung von
STQ(d)- und STQ(v)- Verstreichzeiten (s. auch Fig. 3a - g) - sowie zur
zeitlichen und motorischen Auto-Adaption - in molekular/biologischem
Zusammenhang. Die grundlegenden Elemente des Modells sind in der
Neurophysiologie bereits von KATZ, GRAY, KELLY, REDMAN, J. ECCLES u. a.
beschrieben worden. Die vorgestellte Erfindung ist aber deshalb von besonderer
Neuheit, weil hier zum ersten Mal zeitliche und motorische Auto-Adaption auf
Basis von STQ-Quanten beschrieben wird. Derartige Systeme bestehen zumeist aus
einer Vielzahl von Neuronen (Nervenzellen). Diese Neuronen kommunizieren mit
Rezeptoren (sensorischen Neuronen), welche die Erfas- sung und Erkennung der
ihrer physikalischen Umgebung ermöglichen. Zusätzlich kooperieren sie auch mit
Effektoren (Muskeln etc.) die als ausführende Organe für die motorische Aktivi-
tät dienen. Der Ausdruck "Rezeptor" oder "sensorisches Neuron" entspricht dem
mechanisti- schen Begriff "Sensor". Ein "Effektor" ist dasselbe wie ein
"Aktuator", wie man ihn aus der Kybernetik-Literatur kennt. Jedes Neuron besteht
aus einer Zellmembran, die den Zellkern und den Zellinhalt umschließt. Eine
unterschiedliche Anzahl von Fortsätze aus den Neuronen, (Axone, Dendriten)
leitet Information zu Effektoren oder anderen Neuronen weiter. Die
Verbindungsstelle einer dendritischen oder axionalen Endigung mit einer anderen
Zelle wird "Synapse" genannt. Die Neuronen selbst können als komplexe
biomolekulare Sensoren und Zeittaktgeber aufgefasst werden; die besagten
Synapsen als Zeitdatenanalysatoren, welche die aktuell registrierten
Verstreichzeitsequenzen fortgesetzt mit früher registrierten
Verstreich-Zeitmustern vergleichen, welche von den sensorischen Neuronen
(Rezeptoren) produziert und entlang Nervenfasern zu den Synapsen
weitergeleitetet werden. Dort erfolgt eine Art von "Kovarianz-Analyse", und es
werden entsprechende Wahrscheinlichkeitsdichte- Signale generiert, die an
benachbarte neuronale Systeme oder an Effektoren geleitet werden.

Fig. 4a
zeigt ein sogenanntes "Aktionspotential" AP, das durch eine abrupte Änderung der
Verteilung von Natrium-Ionen und Kalium-Ionen zwischen dem intrazellulären und extrazellulären
Lösungsgemisch entsteht, welches wie ein Kondensator arbeitet. Diese Ionen-Konzentrationen
behalten ein bestimmtes Gleichgewicht, solange kein Stimulus an der Rezeptor-Zelle auftritt.
In diesem Gleichgewichts-Zustand ist ein konstantes negatives Potential 12 an der Zell-Membran
vorhanden, das "Ruhe-Potential" genannt wird. Sobald ein Rezeptor einen Stimulus aus einer
externen Signalquelle wahrnimmt, fließen Na+ Ionen in die neuronale Zelle und bewirken, dass
sich die Verteilung positiver und negativer Ionen plötzlich umkehrt, und die Zell-Membrane
"depolarisiert" wird. Je nach Intensivität dieses Rezeptor-Reizes entstehen nun folgende Effekte:
(a) Wird die Schwelle P1 nicht erreicht, so entsteht ein sogenanntes "elektrotonisches Potential"
EP, das sich entlang der Zell-Membran (bzw. der axonalen Faser) passiv fortpflanzt, und
in bezug auf zurückgelegte Zeit und Ort seines Auftretens exponentiell abnimmt.
Die Produzierung eines EP ist vergleichbar mit dem Anzünden einer leeren Zündschnur.
Das Feuer wird sich ein Stück weit ausbreiten, dann im weiteren Verlauf schwächer werden
und schließlich verlöschen. EP's entstehen bei jeder Reizung eines Neurons.
(a) Wird die Schwelle P1 überschritten, so entsteht ein "Aktionspotential" AP (wie in Fig. 4a),
das sich entlang der Zell-Membran (bzw. der axonalen Faser) mit konstanter Amplitude in
selbstregenerierender Weise fortpflanzt. Die Produzierung eines AP ist vergleichbar mit
dem Auftreten eines Funkens an einer intakten Zündschnur; das entflammte Zündpulver
erhitzt benachbarte Abschnitte der Zündschnur soweit, dass dort das Pulver ebenfalls
entflammt usw., wodurch sich die Flamme entlang der Zündschnur fortpflanzt.
AP's werden zur Quantisierung von STQ(d)- und STQ(v)-Verstreichzeiten verwendet. Sie
sind praktisch äquivalent zu jenen Identifikations-Impulsen IP mit den Perioden t(P1),
(t(P2), (t(Pn)..., welche in Fig. 3a gezeigt werden. AP's zeigen das Auftreten von Phasen-
Übergängen an, von denen STQ(d)-STQ(v)- Verstreichzeiten abgeleitet werden. Zusätzlich
bewirken sie indirekt die Aktivierung molekular/biologischer "Zeitmesser" zur Aufnahme
solcher Zeiten. AP's stellen jedoch weder deterministische Samplingraten für irgendeine
Amplitudenabtastung dar, noch entsprechen sie elektronischen Spannungs/Frequenz-
Wandlern. Außerdem ist ihre Amplitude unabhängig von der Reizintensivität am Rezeptor,
und sie stellen auch keinerlei Zeittakt-Impulse für die Messung von Verstreichzeiten dar.
Hingegen wird die Erfassung solcher STQ-Verstreichzeiten von den Geschwindigkeiten
beeinflusst und moduliert, mit denen die Aktionspotentiale sich entlang den Nerven-Fasern
(Axonen) und den Membran-Distrikten fortpflanzen.
Die zeitmessenden Eigenschaften von AP's werden hier wie folgt detailliert beschrieben:
Wenn ein EP - in Antwort zu einem Rezeptor-Reiz - einen bestimmten Schwellwert (P1) 13
überschreitet, dann löst es ein AP 16 aus. Der Amplitudenverlauf eines AP fängt mit dem
Aufstrich 14 an und endet mit der Repolarisation 15, beziehungsweise mit der sogenannten
"Refraktärphase". Nach dem Ende dieses Vorganges kehrt das Membran-Potential wieder zum
Ruhepotential P0 zurück, und die Ionen-Verteilung gelangt wieder ins Gleichgewicht. Nicht
jeder Rezeptor-Stimulus erzeugt genügende elektrische Leitfähigkeit, um ein AP zu produzie-
ren. Solange er unter einer Minimalschwelle P1 bleibt, erzeugt er nur das zuvor erwähnte
elektrotonische Potential EP. (Für ein besseres Verständnis von Verstreichzeitmessungen in
biologisch/chemischen Modellen betrachte man nochmals Fig. 2c und Fig. 3a): Das erste AP,
das nach Stimulieren eines Receptors ausgelöst wird, erzeugt zunächst (indirekt) jenen
Impuls, der den ersten Zeitmesser zur Aufnahme der ersten STQ(d)- Verstreichzeit aktiviert,
wenn die Signalamplitude W das Schwellwert-Potential P1 bei Phasenübergang iTw(1.1)
durchbricht. Gleichzeitig stellt es auch einen Identifikations-Impuls IP dar. Das erste AP
entspricht quasi dem ersten IP aus einer Reihenfolge von IP 's, die den jeweiligen Status
des Schwellenwerts (oder Wahrnehmungbereichs) anzeigen, wo sich die Stimulations-
Intensitivität gerade befindet. So lange der Rezeptor-Reiz bestehen bleibt, wiederholt sich
ein AP 16a, 16b... in zeitlichen Intervallen, deren Periode von der Höhe des jeweiligen
Schwellwertes abhängt, in dem sich der Stimulus gerade befindet.
Diese Intervalle entsprechen jenen IP- Perioden t(P1), t(P2)... welche für die serielle
Zuordnung und Verarbeitung von STQ- Verstreichzeiten erforderlich sind (s. Fig. 3a). Die
AP-Frequenz wird stabilisiert durch die sogenannte "relative Refraktärphase" (Ausfallzeit)
nach jedem AP, während derer keine neue Depolarisation möglich ist. Weil sich die Refraktär-
Phase in adaptiver Weise proportional zu einer zunehmenden Reiz-Intensität beim Rezeptor
verkürzt (z. B. wenn das EP einen höheren Schwellwert P2 bzw. Wahrnehmungs-Bereich 13a
erreicht), besteht demnach eine Ähnlichkeit zu einem "programmierbaren bistabilen
Multivibrator" wie er in der mechanistischen Elektronik zu finden ist. Der Verlauf dieser
Ausfallzeit ("Refraktorität") nach einem AP folgt der strichpunktierten Linie 19. Fig. 4a
zeigt, daß es nach dem Ende einer Repolarisation eine "absolute Refraktoritäts-Periode" t(tot)
gibt. Kein neues AP kann während dieser Zeit ausgelöst werden; egal, wie hoch die Reiz-
Intensität am Rezeptor steigt. Auf diese Weise ist das "maximale Ausmaß" einer gerade noch
wahrnehmbaren Reizintensität programmiert. Wichtig ist die Tatsache, dass sowohl die Dauer
der relativen Refraktärphase als auch die Charakteristik der absoluten Refraktoritätsphase
auto-adaptiven Gesetzmäßigkeiten unterworfen sind, und sich daher kontinuierlich an neu
auftretende Zustandsveränderungen im Organismus anpassen. Das bedeutet, dass auch jene
Schwellwerte P0, P1,...., aus denen STQ-Quanten abgeleitet werden, keine absoluten Größen
sind, sondern adaptiven Veränderungen unterliegen, wie alle anderen
Parameter, insbes.
"Zeit", auch.
Nun wird erklärt, was nach der Registrierung einer erster STQ(d)-Verstreichzeit bei P1 durch
das erste "AP" weiter geschieht:
Steigt die Reizintensität (mit einer theoretischen Amplitude W) von der niedrigeren Schwelle
P1 zu einer nächsthöheren Schwelle P2 an, dann verursacht das nächste folgende AP indirekt
die Registrierung der zweiten STQ(d)- Verstreichzeit, sobald der Phasenübergang durch die
nächsthöhere Schwelle P2 erfolgt. Derselbe Vorgang wiederholt sich in Hinsicht auf die
Schwellwerte P3, P4 usw. In jedem Fall fungiert das AP gleichzeitig als Identifikations-
Impuls IP, wie zu Fig. 3a beschrieben. Es wiederholt sich deshalb in schwellwert-abhängigen
Perioden solange, als eine Wahrnehmung auf den Rezeptor einwirkt (bzw. solange der
Rezeptor etwas "wahrnimmt").
Als Beispiel sei Fig. 3a betrachtet: Solange die Reizintensität in Zone P2 verweilt, kehrt
das AP 17, 17a, 17b... in kurzen zeitlichen Perioden wieder. Diese Perioden (oder Intervalle)
entsprechen jenen der IP-Identifikations-Impulse mit der Periode t(P2), welche zur seriellen
Registrierung der STQ-Verstreichzeiten Td(2) und Tw(2) erforderlich sind. Erreicht die
ansteigende Reizintensität den Schwellwert P3 (bzw. die Wahrnehmungsbereichszone 3)
13b, dann wiederholt sich das AP 18a, 18b, 18c... in noch kürzeren Zeitperioden. Dies
entspräche jenen IP-Identifikations-Impulsen mit der Periode t(P3) in Fig. 3a , welche indirekt
für das serielle Timing der STQ-Verstreichzeiten Td(3) und Tw(3) erforderlich sind. Eine noch
größere Reizintensität, zum Beispiel in P4 (oder in Zone 4), würde eine noch kürzere Periode
von AP 's erzeugen. Dies entspräche etwa t(P4) in Fig. 3a. Die maximal mögliche AP-Impuls-
Frequenz wird jedoch von t(tot) bestimmt. Kürzere Refraktäritäts-Phasen nach der
Depolarisation von APs produzieren auch kleinere AP-Amplituden. Diese Eigenschaft
vereinfacht die Zuordnung von AP 's zusätzlich.
Im folgenden Teil wird die Generierung der eigentlichen Zeitzählimpulse für die STQ-
Quantisierung beschrieben. Diese Zeitzählimpulse sind entweder invariable ITPC oder vm-
proportionale VTCP wie sie in Fig. 3a gezeigt wurden. Wie erwähnt, sind die Zeitzählimpulse
für das Quantisieren von Verstreichzeiten durch jene Geschwindigkeit bestimmt, mit dem sich
ein AP entlang eines Axons fortpflanzt. Diese Geschwindigkeit hängt weiters ab vom Ruhe-
potential und von der Menge des Na+ Ionen-Stroms in den intrazellulären Raum beim Beginn
des Depolarisations-Prozesses, sobald die Wahrnehmung an der Rezeptor-Zelle einen
elektrischen Strom verursacht, der das extra/intra-zellulare Ionen-Gleichgewicht
beeinflusst. Am Beginn der Stimulation eines Rezeptors (dem Ausgangspunkt der Wahr-
nehmung), fließt nur kapazitiver Strom vom extra-zellularen Raum zur intra-zellularen
Flüssigkeit. Dies ruft das besagte "elektrotonische Potential " EP hervor, der sich passiv
fortpflanzt. Erst dann, wenn dieses EP die Schwelle P1 überschreitet, wird ein AP produziert,
das sich in selbstgenerierender Weise entlang den Membran-Distrikten fortpflanzt. Je mehr
kapazitiver Strom noch nach der Depolarisation (bzw. Umladung) des Membran-Kondensators
während der Stimulus-Initialisierung verfügbar ist, desto größer ist die Na+-Strömung in den
intra-zellularen Raum, und desto mehr EP-Strom kann in noch nicht depolarisierte Gebiete
fließen. Auf diese Weise wird das Tempo weiterer Depolarisations-Prozesse in den Nerven-
fasern, und somit auch die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der weiteren AP's, proportional
erhöht.
Die Umladungszeit des Membran-Kondensators ist also jener Parameter, der die Größe des
Ruhepotentials 12 bestimmt. Startet ein Reiz vom niedrigsten Ruhepotential P0 12 aus,
so ist der Na+ Einstrom am größten, der Anstieg des EP ist am steilsten und seine elektro-
tonische Ausbreitung ist am schnellsten. Wird ein AP ausgelöst, dann ist in diesem Fall
auch seine Fortleitungsgeschwindigkeit maximal. Aber wenn ein Rezeptor-Stimulus von einem
höheren Potential 12a, 12b oder 12c... startet, dann ist der Na+ Einstrom teilweise in-
aktiviert, und es nimmt die Steilheit des EP-Anstiegs sowie die Ausbreitungsgeschwindigkeit
des elektrotonischen Flusses ab. Deshalb nimmt auch die Fortpflanzungsgeschwindigkeit
eines AP ab. Diese besonderen Eigenschaften werden in molekular/biologischen Modellen
benutzt, um entweder invariante Zeitzählimpulse ITCP (mit Perioden tscan) oder variable
Zeitzählimpulse VTCP (mit Perioden t.vscan) zu produzieren. In letzterem Fall werden die
VTCP's entsprechend der relativen Geschwindigkeit vm (via STQ(v)- Parameter) moduliert,
und weisen daher entsprechend kürzere Intervalle auf (siehe dazu Fig. 3b und 3c). Das
STQ(v)- Quantum wird von der Abweichung des jeweiligen Start-Potentiales in bezug auf
das niedrigste Ruhepotential bestimmt, das als "Referenzwert" dient, und wird durch die
Dauer der kapazitiven Ladung einer Zell-Membran gemessen, sobald ein Reiz am Rezeptor
auftritt.
Diese Ladedauer ist umgekehrt proportional zur Geschwindigkeit des Na+ Einstromes durch
die Membran-Kanäle in den intra-zellularen Raum. Eine Zellmembran kann als elektrischer
Kondensator betrachtet werden, in dem zwei leitende Medien (die intrazelluläre und die
extrazelluläre Lösung) durch eine dünne Isolationsschicht, die Membran, voneinander
getrennt sind. Beide Medien bestehen aus verschiedenen Arten von Na/K/Cl- Ionen-
verteilungen. Je höher die "Stimulus-Dynamik" (siehe unten) ist, welche zuerst das
äußere molekulare Medium beeinflusst - das dem Sensor 2 in Abb. 2a entspricht -, und
dann das innere molekulare Medium - das dem Sensor 1 entspricht -, desto schneller ist
der Na+Einstrom und desto kürzer ist die Ladedauer (welche die Parameter für die Relativ-
geschwindigkeit vm bestimmt) und desto höher die AP- Fortpflanzungsgeschwindigkeit v(ap)
in den benachbarten Membran-Distrikten. Die Signalverläufe an der äußeren und der inneren
Seite (bzw.der Membran) entsprechen quasi den Signalamplituden V und W. Die Geschwindig-
keit v(ap) generiert also indirekt die beschriebenen invarianten Zeitzählimpulse ITCP oder die
variablen vm-proportionalen Zeitzählimpulse VTCP.
Die besagten variablen VTCP-Impulse sind selbst-adaptiv modulierte Zeitimpulse mit Korre-
lation zur relativ zurückgelegten Distanz. Wie im folgenden Abschnitt erklärt wird, existiert
(im Gegensatz zu traditionellem physikalischen Verständnis) keine invariante Zeit - nur "wahr-
genommene Zeit" ist tatsächlich existent. Von wesentlicher Wichtigkeit ist auch der Unter-
schied zwischen "Reiz-Intensität", deren Maß von der AP-Frequenz und somit durch die
Refraktär-Phase bestimmt wird, und der "Reiz-Dynamik", deren Maß durch die Ladedauer der
kapazitiven Zell-Membran - und deshalb von der Geschwindigkeit des Na+ Zustromes -
definiert wird. "Reiz- Dynamik" ist nicht gleichzusetzen mit "Reiz-Intensitätszunahme". Es ist
ein Maß für die räumlich/zeitliche Abweichung der relativen Position des Rezeptors in bezug
auf die Position der Stimulus-Quelle, und deshalb für die relative Geschwindigkeit vm. " Reiz-
Intensität" steht für jene Signalamplituden, aus denen vm-adaptive STQ(d)-Verstreichzeiten
Td(1,2,3..) abgeleitet werden, während "Reiz-Dynamik" durch die erfassten STQ(v)-
Parametern definiert wird.
Fig. 4b und Fig. 4c zeigen die Analyse von STQ-Verstreichzeiten in einem molekular/
biologischen Modell in leicht verständlicher Weise. Die Ergebnisse der Analyse werden dazu
benutzt, um redundanzfreie auto-adaptive Muster-Erkennung sowie autonome Regelungs-
und Selbstorganisations-Prozesse zu generieren. Im gezeigten Beispiel sollte ein Organismus
in die Lage versetzt werden, bestimmte Arten von Fremdkörper, die auf eine Hautpartie
drücken, voneinander zu unterscheiden. Er soll mit einem schnellen Muskel-Reflex antworten,
wenn er einen Nadelstich als solchen erkennt. Hingegen sollte er den Reiz ignorieren, wenn
es sich um einen stumpfen Gegenstand handelt. Dazu ist eine fortgesetzte vm-adaptive
Erfassung von STQ(d)-Verstreichzeiten mittels VTCP-Impulse notwendig. Die Frequenz dieser
Zeitzählimpulse wird entsprechend den STQ(v)- Parametern aus der Reiz-Dynamik (vm)
moduliert. Diese STQ(v)- Parameter werden zur Registrierung der STQ(d)-Verstreichzeiten
Td(1,2,3...) aus der Signal-Amplitude der gegenwärtigen Reiz-Intensität benötigt. Der Unter-
schied zwischen "Reizintensität" und "Reizdynamik" ist in diesem Beispiel leicht zu verstehen.
Ein Stimulus kann verschiedene Intensität auch dann aufweisen, wenn keine zeitlich/räumliche Änderung zwischen Signalquelle und Rezeptor stattfindet. Eine Nadel in der Haut kann
auch bei unveränderter Position ein unterschiedliches Empfindungsmuster bewirken, beispielsweise wenn sie erwärmt wird. Dieses Empfindungsmuster wird von der Signalamplitude und
somit von der AP-Frequenz und den STQ(d)-Quanten bestimmt. Befindet sich die Nadel in
einer invarianten Position, so ist die AP-Fortleitungsgeschwindigkeit konstant, da auch die
Membranladezeit konstant ist. Während des Stiches in die Haut ereignet sich ein "dynamischer Reiz", und die STQ(d)-Quantisierung der Signalamplitude geschieht in Abhängigkeit
vom Verlauf der Einstichgeschwindigkeit vm. Man beachte, daß während dieses dynamischen
Prozesses immer 2 zeitlich verschobene Signal-Amplituden (an der äußeren und der inneren
Membranseite) existieren. Die beschriebenen STQ(v)-Parameter leiten von ihnen her. Dem-
entsprechend werden die Geschwindigkeiten der AP- Fortpflanzung und die erworbenen
STQ(d)- Zeitmuster angepasst ("zeitliche Auto- Adaption").
Diese entsprechend zu vm adaptiv gemessenen STQ(d)-Zeitmuster Td(1,2,3...) werden
ständig mit vorausgehend gemessenen und gespeicherten STQ(d)- Zeitmustern Td'(1,2,3...)
verglichen und zusammen ausgewertet. Dieser Zeitvergleichs-Prozess geschieht fortgesetzt
in den sogenannten "Synapsen", welche die Verbindungsstellen zu axionalen Endigungen
anderer Neuronen bilden. Die Wahrscheinlichkeitdichte-Werte, die in den Synapsen ermittelt
werden, und die für eine Konvergenz beider Regressions-Kurven stehen, werden zur weiteren
Verarbeitung zu peripheren neuronalen Systemen, oder auch an Muskelfasern weitergeleitet,
um motorischen Reflex hervorzurufen.
Fig. 4b zeigt die vm- abhängige Fortpflanzung eines AP von einem Sensor-Neuron (Rezeptor)
20 entlang eines Neuronenfortsatzes (Axon) zu einer Synapse, wo ein Vergleich mit erworbe-
nen Zeit-Sequenzen mittels molekularer "Kovarianzanalyse" stattfindet. Dieser Rezeptor funk-
tioniert wie ein "Druck-Sensor". Wenn eine Nadel 21 mit einer bestimmten Dynamik auf die
äußere Schicht der Zell-Membran trifft, dann verursacht diese Stimulation das Auslösen von
AP's 23, wie in Abb. 4a beschrieben. Die AP's pflanzen sich im Axon 22 mit einer STQ(v)-
abhängigen Geschwindigkeit vap fort. Ihre Reihenfolge (a'....v ') entspricht jenem Signal-
amplitudenverlauf, der vom Stich hervorgebracht wird. Die Reihenfolge fängt mit dem Phasen-
durchgang beim ersten Schwellwert P1 an, geht weiter über P2, P3, P4 (an deren Stelle das
Reizmaximum erreicht wird), und kommt schließlich zu den Phasendurchgängen P3 und P2.
Die Intensitätsbereiche der Reizwahrnehmung sind mit Z1, Z2, Z3 und Z4 bezeichnet. Die
Perioden t(P1), t(P2), t(P3), t(P4).... und die Magnituden der AP's dienen zur Identifikation
der jeweiligen Schwelle, wo die Reizintensität sich gegenwärtig befindet. Ihre zeitliche Reihen-
folge ist deshalb eine Art von "Code". AP's sind keine Zeitzählimpulse. Neben ihrer Code-
Funktion sind sie aber auch (indirekt) Startimpulse und Stopimpulse für die Registrierung von
STQ(d)- Verstreichzeiten. Die eigentliche vm-abhängige Messung der STQ-Verstreichzeiten
Td(1), Td(2), Td(3), Tw(4) und Td(4)..(s. Abb. 2c), sowie ihr Vergleich mit vorausgehend
erfassten Verstreichzeiten findet in der Synapse 24 statt.
Am präsynaptischen Ende des Axons laufen die AP 's 23 mit variablen Geschwindigkeiten
vm(n ...) ein, die in Relation zur Dynamik des Nadel-Stiches sowie zu den gemessenen STQ(v)-
Parametern stehen. Diese variablen Einstrom-Geschwindigkeiten an den Synapsen sind der
Schlüssel zum Produzieren jener adaptiven Zeitzählimpulse VTCP (s.Fig. 3c) mit der vm-
modulierten Frequenz ƒscan. Die Synapse ist durch den "synaptischen Spalt" von der post-
synaptischen Membran getrennt; diese wiederum ist mit anderen Neuronen verbunden, z. B.
mit einem sogenannten "Motoneuron" 25. Ein solches Neuron produziert ein sogenanntes
"exzitatorisches postsynaptisches Potential" (ESPS) 27, das etwa proportional zur Wahr-
scheinlichkeit g einer Konvergenz ist. Wenn dieses EPSP (bzw. die Wahrscheinlichkeitsdichte
g) einen bestimmten Schwellwert übersteigt, dann wird erneut ein Aktionspotential AP 28
ausgelöst.Dieses AP wird über Motoaxon 26 zu einer sogenannten "neuromuskulären
Endplatte" weitergeleitet, die dort den Muskelreflex verursacht. Die einlaufenden AP-
Sequenzen 23 bewirken die Freisetzung bestimmter Quanten von molekularem Transmitter-
stoff aus ihren Depots - winzigen kugelförmigen Strukturen in der Synapse, "Vesikel" genannt.
Im Prinzip stellt eine Synapse einen komplexen programmierbaren Zeitdatenprozessor und
-Analysator dar, der immer dann den Inhalt jeweils eines Vesikels in den präsynaptischen
Spalt entleert, wenn das Wiederauftreten irgendeiner früher registrierten synaptischen
Struktur innerhalb einer neu registrierten Schlüssel-Struktur bestätigt wird. Die synaptischen
Struktur innerhalb einer neu registrierten Schlüssel-Struktur Strukturen und Vesikel-
Bewegungen werden von der Dynamik v(ap) des AP-Ioneneinstroms sowie seiner Frequenz
erzeugt. AP-Einstromgeschwindigkeiten v(ap) entsprechen den STQ(v)- Parametern, die
AP-Frequenzen den STQ(d)-Verstreichzeiten. Die Transmitter-Substanz wird durch die
Synapse reabsorbiert und wiederverwertet, sodaß der Zyklus nicht unterbrochen wird.
Hier eine ausführliche Beschreibung von Fig. 4b unter Bezugnahme auf Fig. 4e und Fig. 4f:
Der Ionen-Einstrom vom ersten einlaufenden AP 23 (a') aktiviert zunächst die Ansammlung
von ACh-Transmittermolekülen in den kugelförmigen Strukturen (Vesikeln). Die Dauer dieser
ACh-Ansammlung hängt ab von der Dynamik (= Geschwindigkeit vap) des AP-Ionen-
Einstromes an der präsynaptischen Endigung und somit auch der Reiz-Dynamik (= vm) am
Rezeptor 20. Die Freisetzung der Moleküle in den synaptischen Spalt erfolgt in Form von
"Paketen". Jedes nacheinander einlaufende AP - bezeichnet mit b', c'..- bewirkt eine erneute
Ansammlung von Neurotransmitterstoffen in Vesikeln, die sich nach erfolgter Auffüllung in
Richtung des synaptischen Spalts be- wegen. Alles Folgende hat verstreichzeit-messende
und -analysierende Eigenschaften: Die Dauer der Auffüllung mit Transmittersubstanz T(t), die
Geschwindigkeiten v(t), mit dem sich die Vesikel in Richtung des synaptischen Spalts weiter-
bewegen, ihre Einwirkung auf das synaptische Gitter am Spalt und ihre Positionen, die
Öffnungsdauer der Poren usw. Durch diese AP-Einwirkung auf die synaptischen Strukturen
werden nicht nur die eigentlichen Zeitzählfrequenzen ƒscan generiert (zur vm-abhängigen
Messung jener in Abb. 2c beschriebenen STQ(d)-Versteichzeiten), sondern es werden auch
Zeitmuster gespeichert und analysiert. Wenn von der Synapse das Muster eines aktuellen
zeitlichen Ablaufes erkannt wird, das mit einer bestehenden gespeicherten Struktur überein-
stimmt, dann öffnet sich eine Pore beim synaptischen Gitter, und der ganze molekulare Inhalt
eines Vesikels wird in die subsynaptischen Spalt freigesetzt. Die freigesetzten Transmitter-
Moleküle (zumeist ACh) binden sich an der anderen Seite des Spalts an spezifische Rezeptormoleküle auf der subsynaptischen Membran des angekoppelten Neurons. Dadurch wird dort
ein postsynaptisches Potential (EPSP) hervorgerufen, das sich dann an andere Synapsen,
Dendriten oder an eine sogenannte "neuromuskuläre Endplatte" fortpflanzt. Überschreitet
das EPSP eine bestimmte Amplitude, dann löst es ein Aktionspotential (AP) der bereits
beschriebenen Art aus, das dann z.B. einen Muskel-Reflex hervorruft. Erreicht es diesen
Schwellwert nicht, so wird es ähnlich weitergeleitet wie ein EP (also in elektrotonischer
Weise); ein AP wird in diesem Fall nicht produziert. Von besonderer Bedeutung ist die
addierende Eigenschaft der subsynaptischen Membran. Diese Eigenschaft - auch als "zeitliche
Bahnung" bezeichnet - resultiert aus der Summierung der erzeugten EPSP's, wenn diese in
kurzer Folge innerhalb bestimmter Zeitfenster eintreffen. Jede Freisetzung von Transmittermoleküle in den synaptischen Spalt zeigt das Auftreten einer erhöhten Wahrscheinlichkeits-
Dichte während des Vergleiches aktueller vm-proportional erfaßter STQ-Verstreichzeitmuster
mit früheren vm-proportional erfaßten und gespeicherten Zeitmustern an. Erhöhte
Wahrscheinlichkeits-Dichte verursacht eine höhere Häufigkeit von Transmittersubstanz-
Freisetzung und demnach höhere Summenwerte von EPSP's, was wiederum als Folge eine
signifikant höhere Rate von postsynaptischen Aktionspotentialen (AP) produziert. Demnach
ist ein postsynaptische AP ein Bestätigungssignal, das anzeigt, dass Isomorphismus zwischen
einem früheren und einem aktuell registrierten Zeitdatenmuster erkannt worden ist. Auf der
Basis dieses Zeitmuster-Vergleiches wird somit jener Gegenstand, der die Wahrnehmung bei
der Rezeptor-Zelle verursacht hatte, als "Nadel" identifiziert; und der Befehl: "Muskelreflex
auslösen" wird an die korrespondierenden Muskelfasern weitergeleitet.
Parallele komplexere Erkennungsprozesse laufen über das zentrale Nervensystem ZNS (dem
Gehirn) ab. Vom beschriebenen druckempfindlichen Hautrezeptor-Neuron 20 gelangt eine
weitere axonale Verzweigung 29 über eine Synapse 30 zu einem "ZNS-Neuron". Im Unter-
schied zum "Motoneuron", das direkt die motorische Aktivität des Organismus steuert, dient
ein ZNS-Neuron der bewussten Erkennung eines rezeptorischen Reizverlaufes. Ein AP 31, das
an der postsynaptischen Zellmembran 30 produziert wird, kann auch entlang Dendriten in ein
Axon 30a münden, und sich zu mehreren anderen ZNS-Neuronen verzweigen; es kann aber
auch indirekt über ZNS-Neuronen zu einem Motoneuron und dann zu einer "neuromusculären
Endplatte" gelangen.
Die Parameter, welche die Registrierung von STQ-Zeitquanten in den Synapsen 25 und 30
kontrollieren, können sich durch die Verschiedenheit der synaptischen Strukturen unter-
scheiden. (Tatsächlich werden ja diese Strukturen von fortgesetzten "Lern"-Prozessen
erzeugt). Dies erklärt, warum es möglich ist, dass ein Nadelstich zwar im Gehirn als solcher
registriert wird, aber keinen Muskel-Reflex hervorruft; oder aber ein schneller Muskel-Reflex
entstehen kann, dessen Ursache durch das Gehirn kaum wahrgenommen wird. Der eine Fall
zeigt einen bewussten Reflex, der andere Fall einen instinktiver Reflex. Letzterer tritt auf,
wenn die ZNS-Synapse 30 nicht genügend isomorphe Strukturen findet (im Gegensatz zur
Synapse 25), daher keine ausreichend häufige Freisetzung von Transmittermolekülen erfolgt,
und infolgedessen auch kein postsynaptisches AP 31 und keine bewusste Erkennung des
wahrgenommenen Reizes stattfinden kann.Viele Funktionen des zentralen Nervensystemes
können so auf monistischer Grundlage erklärt werden; sogar Phänomene wie "Bewusstsein"
und "Unterbewusstsein". Im allgemeinen sind auto-adaptive Prozesse in Organismen vielseitig
vernetzt und deshalb äußerst komplex. Um fähig zu sein, auf der Haut einen Nadelstich vom
Drücken mit einem stumpfen Radierstift zu unterscheiden, sind wesentlich mehr Zeitmuster
notwendig; auch müssen mehr Rezeptoren und Synapsen in den Erkennungsprozess einbezogen werden.
Fig. 4c zeigt einen Prozess, bei dem das leichte Drücken mit einem stumpfen Gegenstand
(z.B. einem konischen Radiergummi auf einem Stift) erkannt wird - wo aber daraus kein
Muskelreflex resultiert. Der stumpfe Gegenstand 32 presst mit einer bestimmten relativen
Geschwindigkeit vm auf eine Reihe von Rezeptoren in den neuronalen Hautzellen 33, 34, 35,
36 und 37. Aus der Stimulierung der einzelnen benachbarten Rezeptoren (s. auch Fig. 4b)
resultieren verschiedene Sequenzen von AP's 39, 40, 41, 42 und 43. Diese Aktionspotentiale
pflanzen sich entlang den kollateralen Axonen 38 mit variablen Perioden t(P1,2,3.....) und
Geschwindigkeiten vap(1...5) fort, die einerseits von der gegenwärtigen Reizintensität,
anderseits von der jeweiligen Reizdynamik abhängig sind. Da jeder Rezeptor-Reiz ein anderes
Muster aus STQ(v) und STQ(d)- Quanten erzeugt, ergeben sich für jedes Axon verschiedene
AP-Sequenzen a'....m'. Alle einzelnen Sequenzen zusammen stellen jenes Muster aus STQ-
Verstreichzeiten dar, das für den Druck mit dem Radierer auf der Haut charakteristisch ist.
Diese variablen AP-Ionenströme gelangen zu den Synapsen 44, 45, 46, 47 und 48, welche
über den synaptischen Spalt mit dem Motoneuron 49 verbunden sind. Sobald das aktuell
erfasste Zeitdatenmuster eine Ähnlichkeit zu einem früher erfassten Zeitdatenmuster auf-
weist, setzt jede einzelne Synapse den Inhalt eines Vesikels in den subsynaptischen Spalt
frei. Gleichzeitig produziert diese Freisetzung ein ESPS an der subsynaptischen Membran
des Neurons. Diese Potentiale sind zumeist unterschwellig. Der nötige Schwellwert für die
Auslösung eines AP wird nur dann erreicht, wenn mehrere EPSP's summiert werden. Dies
geschieht nur dann, wenn eine sogenannte "zeitliche Bahnung" solcher Potentiale stattfindet,
wie im Abschnitt zuvor beschriebenen wurde.
Im gezeigten Modell wirken sich diese addierenden Eigenschaften auf die einzelnen ESPS's
50, 51, 52, 53 und 54 aus. Diese Potentiale entsprechen den rezeptor-spezifischen
Wahrscheinlichkeitsdichte-Parametern g1, g2. g3, g4 und g5, die für den jeweilige Grad an
Isomorphität von Zeitmustern stehen. Gleichzeitige Transmitterfreisetzung in mehreren
Synapsen (z.B. in 45 und 47) bewirkt die Addierung der einzelnen EPSP's zu einem Gesamt-
Potential 56, das der Summe der einzelnen Wahrscheinlichkeitsdichten (G) = (g1+ g3)
entspricht. Diese Eigenschaft der Neuronen, räumlich getrennte unterschwellige EPSP 's zu
summieren, wenn gleichzeitige Transmitter-Freisetzung bei einer Anzahl paralleler Synapsen
auf der selben subsynaptischen Membran auftritt, bezeichnet man als "räumliche Bahnung".
Im beschriebenen Modellfall erreicht das summierte EPSP 56 aber nicht die bezeichnete
Schwelle (gt) und es wird daher kein AP ausgelöst. Statt dessen pflanzt es sich im subsynap-
tischen Membrandistrikt 49 des Neurons bzw. im nachfolgenden Motoaxon 55 als passives
elektrotonisches Potential (EP) fort. Ein solches EP schwächt sich (zum Unterschied von
einem selbst-regenerierenden aktiven AP) nach wenigen Millimetern im Axon soweit ab, dass
es keinerlei aktivierenden Einfluss auf die neuromuskuläre Endplatte hat, und somit auch
keinen aktivierenden Einfluss auf den Muskel. Die Reizung der Haut und das Anpressen mit
dem Radierstift reicht also nicht aus, um einen Muskelreflex hervorzurufen. Anders wäre es
der Fall, würde der Radiergummi abbrechen und der leere Stift mit voller Wucht auf die Haut-
Rezeptoren treffen. In diesem Fall würde eine Transmitterfreisetzung gleichzeitig in allen fünf
Synapsen 50, 51, 52, 53 und 54 ausgelöst, weil die erfassten STQ-Zeitmuster Td(1,2,3....)
mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit ähnlich mit jenen in den synaptischen Strukturen gespei-
cherten STQ-Zeitmustern Td'(1,2,3..) wären, die für das Ereignis "Nadelstich" signifikant sind.
Die EPSP 's würden wegen der Eigenschaft ihrer zeitlichen und räumlichen "Bahnung" zu einem
überschwelligen EPSP 56 addiert werden und ein post-synaptisches AP hervorrufen, das sich
im Motoaxon 55 in einer selbst-regenerierenden Weise (ohne zeitliche und räumliche
Abschwächung) bis zum Muskel fortpflanzen würde um einen Muskel-Reflex zu produzieren.
Wie in Fig. 4b, so kommt es auch im vorliegenden Beispiel zu einem parallel verlaufenden
Erkennungsprozess, der im zentralen Nervensystem (ZNS) stattfindet. Von den Hautrezeptor-
Zellen 33, 34, 35, 36 und 37 gelangen kollaterale axonale Verzweigungen 57 zu ZNS-
Synapsen, die an andere Neuronen 58 gekoppelt sind. Solche Verzweigungen werden als
"Divergenzen" bezeichnet. Die Aufsplitterung der Axone in kollaterale Verzweigungen zu
verschiedenen neuronalen ZNS-Distrikten, und die zeitliche und räumliche Kombination vieler
postsynaptischer EPSP's ermöglicht die bewusste Erkennung komplexer Wahrnehmungen im
Gehirn (z.B. die Tatsache, dass ein Radierstift auf die Haut drückt). Da diese Erkennung
unabhängig von der Auslösung eines etwaigen Muskelreflexes stattzufinden hat, muss die
Summe einzelner ESPS's im ZNS auf jeden Fall überschwellig sein. Ansonsten könnte kein
postsynaptisches AP - und somit auch kein Bestätigungssignal produziert werden.
Als wesentliche Vorbedingung dazu ist notwendig, daß auto-adaptive Prozesse vorangingen,
wodurch bestimmte präsynaptische und subsynaptische STQ-Zeitstrukturen in den parallelen
Synapsen 58 geprägt wurden. Diese Strukturen enthalten Information (Zeitsequenzen, Zeitmuster..), die für ähnliche Sinnes-Erfahrungen stehen (z. B. in die Haut eindringende Gegen-
stände, darunter auch der besagte Radierstift). Offensichtlich hat die Schwelle für das
Verursachen eines AP's in der postsynaptischen Membran-Struktur der ZNS-Neuronen 58,
(und deshalb auch im Gehirn) niedriger zu sein als beim vorher beschriebenen Motoneuron
49. Daher muss auch die Summe dieser ESPS's größer sein als diejenige der ESPS's g1, g2,
g3, g4 und g5. Isomorphitäten von STQ-Zeitdatenreihen in den ZNS-Synapsen des Gehirns
haben demnach ausgeprägter zu sein als jene in den Synapsen von Motoneuronen, die nur
für Muskelreflexe zuständig sind. Die Strukturen von ZNS-Synapsen müssen Informationen
besser unterscheiden können, und somit subtiler beschaffen sein. Das Auftreten eines sub-
synaptischen AP stellt eine Bestätigung für die Tatsache dar, dass ein aktuell erfasstes
Td(1,2,3...)- Zeitmuster in virtueller Weise isomorph ist mit einem früher registrierten
Td'(1,2,3...)- Referenzzeitmuster, das z.B. aus einer älteren Sinneserfahrung mit einem an
irgendeine Hautstelle drückenden Radierstift stammt. Hat eine solche frühere Erfahrung nicht
stattgefunden, so hat das Bewusstsein keine physikalische Grundlage zur Erkennung, da die
Zeitmuster-Vergleichsbasis fehlt. In einem solchen Fall hätte also zunächst ein Lernprozess
vorauszugehen. Meistens werden dazu auch andere, aus verschiedenen Rezeptorreiz-
Ereignissen hergeleitete Empfindungserfahrungen visueller oder akustischer Art usw. mit der
erwähnten Druckempfindungs-Erfahrung koordiniert.
Dies erklärt, warum ZNS-Strukturen äußerst umfangreich vernetzt sind. ZNS-Neurone, aber
auch Motoneurone, besitzen bis zu 5000 angekoppelte Synapsen, die in verschiedenster
Weise mit Rezeptor- Neuronen und axonalen Verzeigungen verknüpft sind. Es existieren
komplexe Zeitdaten-Muster für niedrigere und höhere Aufgabengebiete, die in hierarchischer
Weise strukturiert sind. Einfache Td(1,2,3...) und Td'(1,2,3...)- Analyse-Operationen wurden
bereits beschrieben. Kreislauf, Atmung, Koordination von Muskelsystemen, Wachstum, Sehen,
Hören, Sprechen, Riechen usw. erfordern eine enorme Anzahl synaptisch registrierter "Land-
schaften" von STQ-Zeitmustern im Organismus, die von vielen Rezeptoren produziert wurden;
und welche fortgesetzt auf Isomorphität mit aktuell aufgenommenen STQ-Zeitmustern
analysiert werden müssen. Dementsprechend ereignet sich zeitliche und motorische Auto-Adaption in tieferen und höheren Hierarchien und auf verschiedenen Niveaus.
Fig. 4d zeigt das Gegenstück zu einem EPSP (erregendes postsynaptisches Potential); das
"inhibitorische postsynaptische Potential", oder IPSP. Wie aus der Zeichnung zu sehen ist,
sind die IPSP- Potentiale 61, 62, 63, 64 und 65 an der subsynaptischen Membran 60 im
Unterschied zu besagten EPSP's negativ. IPSP's werden von einem erheblichen Teil der
Synapsen produziert, um präsynaptische Hemmung statt Aktivierung hervorzurufen. Das
Beispiel zeigt hier ein sich vom Motoaxon 66 zu einer neuomuskulären Endplatte (beziehungs-
weise Muskelfaser) fortpflanzendes Summen-IPSP 67, welches verhindert, dass dieser Muskel
aktiviert werden kann - selbst dann nicht, wenn ein überschwelliges EPSP zur gleichen Zeit
über ein paralleles Motoaxon die gleiche Muskelfaser erreichen würde.
Positive EPSP's-Ionenströme und negative IPSP's-Ionenströme heben sich gegenseitig auf.
Die hauptsächliche Funktion von IPSP's besteht darin, koordinierte und homogene Zustands-
veränderungen im Organismus, z.B. exaktes Timing von Bewegungsvorgängen zu ermöglichen.
Um beispielsweise einen gleichmäßigen Armschwung durchzuführen, ist es erforderlich, den
Musculus biceps, der den Ellenbogen beugt, mittels EPSP's zu aktivieren; gleichzeitig aber
den antagonistischen Musculus triceps (der den Ellenbogen streckt), mittels IPSP's zu
hemmen. Antagonistische Muskel müssen über sogenannte "antagonistische Motoneuronen"
gehemmt werden, während der andere Muskel über "homonyme Motoneuronen" aktiviert wird.
Der komplexe Synergismus von erregenden EPSP-Synapsen und hemmenden IPSP-Synapsen
wirkt wie ein Feedback-System (Regelkreis) und ermöglicht optimales Timing und Effizienz im
Organismus. Man kann diesen Prozess mit einem Servo- Antrieb oder einer Servo- Lenkung
vergleichen, welche eine korrekte koordinierte Ausführung momentaner Bewegungsphasen
durch datenunterstützte Operation und Regelung ermöglicht. Wenn Daten ausfallen, bricht
der Servo-Kreis zusammen. Störungen in einem molekular-biologischen Regelkreis, der durch
STQ-Zeitdatenstrukturen gestützt wird, führen zu tetanischen Zuckungen, willkürlichen
Kontraktionen, chaotischen Krämpfen usw.
Vom kybernetischen Standpunkt betrachtet, erzeugt jede erregende Synapse einen "motori-
schen Impuls" (EPSP), jede hemmende Synapse einen "Bremsimpuls" (IPSP). Das stetige
Abstimmen der komplizierten Regelkreise, und die Balance, die aus dem fortgesetzten
Vergleich von früheren sensorischen Erfahrungen (den gespeicherten referenten Zeitmustern)
mit aktuellen sensorischen Erfahrungen (den aktuell erfaßten Zeitdatenmustern) resultiert,
erzeugt ein "perfektes Timing" im Organismus.
Fig. 4e zeigt die prinzipielle Gestaltung einer Synapse. Das Axon 68 mündet in die prä-
synaptische Endigung 69, die auch "Bouton" genannt wird. Die seriell einlaufenden AP's
verursachen die Auffüllung der Vesikel mit Neurotransmitter-Mulekülen. Ist der Auffüllprozess
beendet, beginnen sich die Vesikel in Richtung präsynaptisches Vesikelgitter 71 zu bewegen.
Wenn ein gegenwärtig erworbenes Zeitmuster annähernd isomorph einem bestehenden Zeitmuster ist, (s. auch Fig. 4b), dann öffnet sich bei einer Andockstelle am synaptischen Gitter
ein kleiner Kanal, der den ganzen Inhalt des Vesikels in den schmalen synaptischen Spalt 72
freisetzt. Dieser Vorgang wird auch als "Exozytose" bezeichnet. An der subsynaptischen
neuronalen Membran 73 befinden sich spezifische molekulare Rezeptoren 73a, an die sich die
freigesetzten Transmittermoleküle heften. Für eine bestimmte Dauer wird eine eine Pore
geöffnet, durch welche die Transmitter-Substanz diffundiert. Die Leitfähigkeit der postsynaptischen Membran erhöht sich und das besagte EPSP (die darauffolgende postsynaptische Depolarisation) wird ausgelöst. Die Öffnungs-Dauer der Poren und die Erkennung
komplementärer Rezeptoren durch die Moleküle wird gleichfalls von auto-adaptiven Prozessen
und Evaluationen von STQ-Zeitmusterstrukturen bestimmt. Allerdings stellen diese Prozesse
Subphänomene von niedrigerer Stufe im Vergleich zu synaptischen Phänomenen dar.
Strukturen zur zeitlichen und motorischen Auto-Adaption, die auf der Quantisierung von
STQ-Verstreichzeiten beruhen, existieren auch auf molekularem und atomarem Niveau.
Fig. 4f zeigt das Auffüllen eines Vesikels 70 mit Transmitterstoffen und seine darauf folgende
Bewegung zu einem präsynaptischen Andockvorsprung am Vesikelgitter 71. Der Beginn der
Auffüllung 74 ist mit der Aktivierung einer Stoppuhr vergleichbar. Das Tempo v(t) der Vesikel-
Auffüllung ist proportional zur Dynamik des AP-Ioneneinstroms vap in die Synapse. Die
Perioden der Auffüllungen T(t...) richten sich nach den Perioden t(P1,P2...) der eintreffenden
AP's; somit stellen diese Zeiten quasi vm-adaptiv quantisierte STQ(d)- Verstreichzeiten
Td(1,2,3...) usw. dar. Die Vesikel- Bewegungsrichtung ist mit 75 bezeichnet. Wenn das
aktuelle Tempo v(t), die Dauer der Vesikel-Auffüllung T(t), die Transmitter-Menge, die aktuelle Vesikel-Bewegung und andere aktuelle signifikante STQ-Parameter korrelative Eigenschaften zu bestehenden synaptischen STQ-Strukturen haben, so heftet sich ein aufgefüll-
tes Vesikel an einen Andockvorsprung 77 am Gitter. Ca++ Ionen strömen in die Synapse ein,
eine Pore am kristallinen Vesikelgitter öffnet sich, und der gesamte molekulare Transmitter-
inhalt entleert sich in den synaptischen Spalt 72. An der postsynaptischen Membran der Ziel-Zelle
fusionieren sich diese Moleküle mit den spezifischen Rezeptor-Molekülen.
Diese Rezeptoren haben Verifizierungs-Aufgaben. Sie verhindern, dass
fremde Transmitterstoffe (die aus anderen Synapsen stammen) an diesem
Neuron falsche ESPS's auslösen könnten. Zur Vervollständigung dieses
Kapitels werden die Beschreibungen zu Fig. 4a, 4b, 4e und 4f in Kontext
zu den STQ-Konfigurationen von Fig. 3c - 3g gebracht. Als Argumentationsbeispiel
wird wieder angenommen, dass ein Nadelstich auf eine Rezeptor-Zelle trifft (s. auch Fig. 4b):
Jene IP-Sequenzen, die in Fig. 3a gezeigt werden, entsprechen den AP's 23, die durch das
Stimulieren einer Rezeptorzelle 20 mit einer Nadel 21 produziert werden. Ihre Perioden t(P1),
t(P2) ... dienen der Zuordnung der jeweiligen Zone der Reizintensität (P1, P2...) oder der
Wahrnehmungsintensität (Z1, Z2..). Jedes in einer Synapse 69 einlaufende AP löst eine von
seiner axonalen Fortleitungsgeschwindigkeit (vap)-abhängige adaptive Quantisierung von
STQ(d)-Verstreichzeiten aus. Die Verstreichzeitnahme mit modulierter Zeitbasis wird
ausgelöst, sobald eine Vesikel-Auffüllung beginnt. Eine beendete Auffüllung bedeutet
"Verstreichzeitnahme gestoppt; STQ(d)-Quantum registriert". Diese solcherweise registrierten Verstreichzeiten Td(1), Td(2), Td(3), Td(4)...usw. generieren die signifikanten synaptischen Strukturen. Invariante Zeitzählimpulse ITCP (s. Fig. 3b) mit der Frequenz fscan
entsprechen einer konstanten axonalen AP-Fortpflanzung mit der Geschwindigkeit vap, wenn
kein dynamischer Stimulus der besagten Hautrezeptor-Zelle gegeben ist; (z.B. wenn eine
Nadel in einer fixen Position verharrt und eine konstante Reizintensität erzeugt). In diesem
Fall erfühlt die Rezeptor-Membran keine relative Geschwindigkeit vm, die AP 's pflanzen sich
mit fixem vap entlang dem Axon 22 fort; und die Synapse quantisiert die STQ(d)-Verstreichzeiten mit invarianter Zeitzählfrequenz fscan.
Jene Zeitzählimpulse VTCP (s. Fig. 3c) mit der variablen Frequenz ƒscan kommen dann zur
Anwendung, wenn ein dynamischer Reizverlauf auf den Rezeptor einwirkt. Moduliert nach der
jeweiligen variablen Dynamik vm(n...), welche als STQ(v)-Parameter von der Membran
gemessen wird, pflanzen sich die AP's entlang des Axons mit STQ(v)-proportionaler
Geschwindigkeit vap(n..) fort. In gleicher Weise, wie in der Beschreibung zu Fig. 3c die
adaptive Anpassung der Zeitzählfrequenzen zu den Übergängen 2.1, 3.1, 4.1... dargelegt
wurde, so ändern sich hier die AP-Ioneneinstrom-Geschwindigkeiten v(t....) an der Synapse,
die Vesikel-Auffüllzeiten T(t...), die Quantität der Transmittermoleküle in Vesikeln, ihre
Bewegung in Richtung Vesikel-Gitter, die Struktur dieses Gitters und viele andere Parameter
der präsynaptischen und subsynaptischen Strukturen.
Eine Synapse besitzt Eigenschaften, die es ermöglichen, die Dynamik der einströmenden AP's
in vap-proportionale molekulare Zustandsveränderungen umzusetzen. Diese wirken so, wie
variable VTCP-Zeitzählimpulse in Fig. 3c. Der Prozess kann verglichen werden mit variablem
Wasserdruck, der eine Turbine antreibt, durch welche ein Generator variable Frequenzen er-
zeugt, die vom Druck und vom Tempo des Wassers abhängen: erhöhter Wasserdruck steht
für höhere Reizdynamik am Rezeptor, für höhere axonale AP-Fortleitungsgeschwindigkeit
vap, und für höhere VTCP-Zeitzählfrequenz ƒscan in der Synapse (die sich nicht nur auf das
Tempo v(t) auswirkt, mit dem Vesikel sich auffüllen, sondern auch auf viele andere synaptische Parameter). Entsprechend dieser Prozesse werden die STQ(d)-Sequenzen Td(1,2,3...)
usw. in der Synapse mit vm-modulierten Zeittaktfrequenzen ƒscan (1,2,3...) registriert; und
als Konsequenz daraus wird von dieser Zeitreihe die physikalische Struktur der Synapse
geprägt. Fig. 3d zeigt eine aktuell erfasste Zeitdaten-Reihe 32 30 22 23 20, die äquivalent ist
zum registrierten Zeitmuster Td(1,2,3,...), welche in der Synapse 24 eine spezifische moleku-
lar/biologische Spur hinterlässt. Die gezeigte früher erfasste Zeitdatenreihe 30 29 22 24 19 in
Fig. 3e entspricht jener synaptischen Struktur, die durch oftmalige Reproduzierung bestimmter Stimulus-Ereignisse und Zeitmuster Td'(1,2,3...) "geprägt" worden ist.
Die manifestierte synaptische Td'- Struktur kann auch als Fußstapfen-Sequenz betrachtet
werden, die durch fortgesetzte Lern-Prozesse und Wahrnehmungs-Erfahrungen erzeugt
wurde, und die z.B. als Referenz-Muster für das Ereignis "Nadelstich" dient. Wenn eine neu
erworbene Td-Fußstapfensequen - die durch gegenwärtige Charakteristiken der Vesikel-
Ansammlung und andere signifikante zeitabhängige Parameter bestimmt wird - ungefähr mit
dieser bestehenden T'-Fußstapfenfolge (oder mit einem Teil davon!) Schritt hält, dann wird
in der synaptischen Struktur "Kovarianz" erkannt. Dies resultiert in der Öffnung einer Vesikel-
Andockstelle am synaptischen Gitter und in der Freisetzung aller in einem Vesikel enthaltenen
Transmitter-Moleküle, worauf ein EPSP an der sub-synaptischen Membran 25 produziert wird.
Das Potential eines EPSP entspricht jenen in Fig. 3f gezeigten Wahrscheinlichkeitsdichte-
Parametern, die für die momentan bewertete Kovarianz signifikant sind. Wenn solche
Wahrscheinlichkeitsdichte-Parameter sich innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls zu einem
bestimmten Schwellwert-Potential 27 addieren, wird ein AP 26 produziert. Dieses AP dient
als Bestätigung für das Ereignis " Nadel erkannt", und ruft einen Muskel-Reflex hervor.
Der Vergleich aktueller Verstreichzeitmuster mit früher erfassten Verstreichzeitmustern, wie
er in Fig. 3g gezeigt wird, findet in der Synapse fortgesetzt statt. Jede erkannte Kovarianz
einer neuen Zeitsequenz, die durch besagte "zeitliche Auto-Adaption" registriert wird, setzt
eine Art von "Andock-Mechanismus" in Gang. Er initiiert jenen Prozess, der vom Patent-
anmelder als "motorische Auto-Adaption" bezeichnet wird, und welcher als der eigentliche
"Motor" in biologisch-chemischen Organismen bzw. Lebensformen verstanden werden kann.
Strukturen zeitlicher und motorischer Autoadaption, die auf STQ-Quantisierung beruhen,
existieren auch auf unterster molekularer Ebene. Ohne verstreichzeit-gestützte molekulare
Regelkreise wären koordinierte Zustandsveränderungen in biologischen Systemen unmöglich.
Dies trifft insbesondere auf Bewegungen von Proteinen, auf die Erkennung und Kopierung des
genetischen Codes, und auf andere grundlegende Lebensprozesse zu. Der Schaffung höherer
biologisch/chemischer Ordnungen und komplexer Systeme wie Synapsen oder Neurone geht
die Existenz einer STQ-quantisierenden molekularen Substruktur voraus, aus der einfache
Erkennungs- und Selbstorganisations-Prozesse von niedrigerem Niveau abgeleitet werden.
Tatsächlich gibt es unzählige Hierarchien von auto-adaptiven Phänomenen auf verschiede-
nen Ebenen. Einfache Phänomene auf molekularer Basis sind z.B. auch: das "Andocken" an
Rezeptormolekülen, die Bildung von Poren, Ionenkanälen und subaxonalen Transportstrukturen (Mikrotubuli), und die Formierung neuer Synapsen und axonaler Verzweigungen.
Demgegenüber stellt die in der Beschreibung zu Fig. 4a - c gezeigte Erkennung von Reiz-
Signalverläufen durch synaptischen Zeitmuster-Vergleich (als vegetativer Reflex oder als
bewusste Wahrnehmung) ein Epiphänomen bezüglich dessen dar. Jedes derartige auto-adaptive STQ-Epiphänomen wird seinerseits von höherrangigen STQ- Epiphänomenen überlagert; ein Beispiel dafür ist die Analyse komplexer "Zeitmuster-Landschaften" auf Isomorphität. STQ- Epipänomene wie Regelung des Wachstums, des Kreislaufes, der Körpertemperatur,
der Atmung, des Stoffwechsels, des Sehens, des Hörens, des Tastens, des Riechens, der
Bewegungskoordination usw. werden ihrerseits wieder von noch komplexeren STQ-Szenarien
übertroffen, wozu unter anderem das Bewusstsein, das Denken, der freie Wille, das bewusste
Handeln oder auch die bewusste Zeitempfindung des Organismus zählen. In allen diesen
Fällen forscht das zentrale Nervensystem nach konvergenten Zeitmustern, die wie einzelne
Puzzle-Stücke zu einem integrierten sensorischen Gesamtszenario zusammengesetzt werden.
Findet sich in irgendeiner Hierarchie innerhalb einer gewissen "Latenzzeit" trotz intensiver
"Suche" für eine Td-Sequenz kein konvergentes Sub-Zeitmuster, so zeigt der Organismus
chaotisches Verhalten. Dieses Verhalten beschränkt sich auf jenen Teilbereich, in dem der
Kollaps aufgetreten ist. Sobald ein kovariantes Zeitmuster gefunden ist, kehrt der geordnete
Prozess der zeitlichen und motorischen Auto-Adaption (und Auto-Emolution) zurück. Dies ist
auf triviale Weise mit einer Servolenkung vergleichbar, die kurzfristig ausfällt. Das chaotische
Verhalten wird jedoch ebenfalls in seinem Ablauf als STQ-Zeitmuster quantisiert und in den
involvierten Synapsen auf eine Weise registriert, dass es trotz einströmender AP's zu keiner
Freisetzung von Neurotransmitter-Substanzen kommt. Über subaxonale Transportstrukturen
(sog. Mikrotubili) strömen solche Informationen als Transmittermoleküle in inverser Richtung
entlang des Axons zurück. Mikrotubili dienen zur Schaffung neuer Synapsen, und zur synap-
tischer Anbindungen an solche Neuronen und neuronalen Netze, in denen ebenfalls ein Kol-
laps eines Autoadaptionsprozesses aufgetreten ist. Der Produzierung neuer Synapsen geht
die Entstehung von Dendriten voraus; das sind axonale Fortsätze, die aus Neuronen hervorsprießen. Auf diese Weise regeneriert sich der auto-adaptive neuronale "Feedback"-
Mechanismus von selbst, und jenes STQ-Zeitmuster, das während des kurzfristigen
"chaotischen Verhaltens" erfasst wurde, wird zu einer neuen Referenzbasis für künftige
Ereignisse. Auf diese Weise lernt der zentrale Nervensystem (ZNS), neue Ereignisse und Erfahrungen zu registrieren; und neue Zeitmuster einzubeziehen, die vorher unbekannt waren.
Fig. 5 zeigt eine Konfiguration, in der die beschriebene erfundene Methode angewandt wird,
um einen autonomen selbst-organisierenden Mechanismus (insbes. einen Roboter) zu
generieren, bei dem die STQ-Quanten mittels mechanistischer Sensor-Technologie und
Elektronik-Schaltkreise erworben werden. Im Unterschied zu Fig. 4a - f werden im gezeigten
Fall beinahe ausschließlich STQ(i)-Verstreichzeiten zusammen mit STQ(v)- Verstreichzeiten
(die für die Messung der relativen Momentangeschwindigkeit benötigt werden) quantisiert.
Die mit Tw(1,2,3....n) bezeichneten Zeitdatenströme resultieren aus den vm-adaptiven
STQ(i)-Verstreichzeitmessungen. Nichtsdestoweniger wäre es aber vorteilhaft, auch STQ(d)-
Quanten zu erfassen, die zur Verifizierung von erworbenen Tw-Zeitdatenströmen dienen
können. Im Gegensatz zu molekular/biologische Organismen ist es in mechanistischen Syste-
men kaum möglich, eine verhältnismäßig große Anzahl von Sensoren auf engstem Raum neben-
einander zu placieren. Daher ist es erforderlich, aus der verfügbaren mechanistischen Sensor-
Technologie soviel STQ- Verstreichzeiten als möglich zu gewinnen, um eine ausreichende
große Referenzbasis für die nachfolgende statistische Analyse zu erlangen. Wie bereits in der
Beschreibung zu Fig. 3a ausgeführt wurde, fallen bei multiplen STQ(i)-Quantisierungen
Zeitdaten parallel und gleichzeitig an, weshalb diese Daten auch in paralleler Weise verarbeitet werden müssen.

Die Konfiguration zeigt ein Blockschaltbild eines mobilen autonomen Roboters mit der
angeeigneten Fähigkeit, Bewegungsphasen in auto-adaptiver Weise zu reproduzieren und
das Timing seiner Eigenbewegung durch fortgesetztes Abtasten und Erkennen seiner
physikalischen Umgebung zu optimieren. Das Robotiksystem ist mit gleichartigen benach-
barten Sensoren 79 und 80 bestückt, welche analoge Ausgangssignale liefern, die mit
Schwellwertdetektor-IC's 81a, b, c, d ,e.. und 87a, b, c, d, e... verbunden sind. Bewegt
sich Sensor 79 (der "V-Sensor") in der bezeichneten Richtung entlang der korrespondieren-
den äußeren Signalquelle 78a, so durchbricht dessen Signalamplitude
zunächst das niedrigste Potential P1, das vom Schwellwertdetektor 81a bestimmt wird (s.
Beschreibung zu Fig. 2b). Dadurch wird das Flip-Flop 82a getriggert (Output = H). Ein
Schmitt-Trigger-IC sowie ein Monoflop-IC sollte vorgeschaltet sein, um bei jedem Phasen-
durchgang kurze Impulse abzugeben. Der nachgeschaltete rücksetzbare Präzisions-
Integrator(1) 83a liefert nun ein stetig ansteigendes analoges Output-Signal, das die
Frequenz des programmierbaren Oszillators (VCO) 84a moduliert. Diese Frequenz ist mit
dem Input eines digitalen TICM (Vielfach-Zeitzähl- und Speicher-IC) 86(C1) verbunden
und bildet die aktuelle vm-adaptive Zeitzählfrequenz ƒscan(1) (s. auch Fig. 3b, 3c). Der
Integrator (1) 83a dient demnach zur STQ(v)- Quantisierung. Er misst die Verstreich-
zeit Tv(1) in Form eines Potentialanstiegs, der über den VCO(#1) 84a in besagte Zähl-
frequenz ƒscan(1) umgewandelt wird, welche anti-proportional zu den relativen Geschwindig-
keiten vm(n..) ist, mit der sich das Robotiksystem gegenüber der räumlichen physikalischen
Umgebung bewegt.
Gelangt der benachbarte Sensor 80 (der "W-Sensor") in den Wahrnehmungsbereich der
Signalquelle 78a, so durchbricht seine Signalamplitude zunächst das vom Schwellwert-detektor-IC
87a bestimmte niedrigste Potential P1 (s. Beschreibung zu Fig. 2b). Als Ergebnis
produziert die steigende Flanke des anschließenden Schmitt-Trigger-IC 88a einen Impuls im
nachgeschalteten Monoflop-IC 89a, der im TICM 86 (C1) die STQ(i)-Quantisierung der vm-
adaptierten Verstreichzeit Tw(1) startet. Da gleichzeitig ein Reset-Impuls an das Flip-Flop
82a geht und daher der analoge Pegel am Output des Integrators(1)
83a gehalten wird,
verbleibt die Zählfrequenz ƒ(1) als momentane vm-abhängige Zeitzählbasis ƒscan (1) am
Output des TICM 86(C1) solange unverändert, bis der nächste STQ(v)-Parameter quantisiert
wird. Diese Quantisierung findet statt, wenn die Signalamplitude des Sensors 79 unter das
vom Schwellwertdetektor-IC 81a festgelegte Potential P1 fällt (wobei das Flip-Flop
82a von
der fallenden Signalflanke getriggert wird), oder wenn der Sensor 79 in den Wahrnehmungs-
bereich einer weiteren Signalquelle 78b,c,d,e.. gelangt.
Gleichzeitig wird dabei über IC's 87a, 88a und 89a erneut ein Impuls produziert, der die
Messung der Verstreichzeit Tw(1) im TICM 86(C1) stoppt und die gezählten vm-
modulierten Zeitimpulse im Zeitdatenspeicher (C1) ablegt. Im Memory-Bereich C1 sind jene
Tw-Verstreichzeiten gespeichert, die sich auf das niedrigste Potential P1 beziehen, beispiels-
weise Tw(1), Tw(8), Tw(15) usw. Die Quantisierung aller auf die höheren Potentiale P2, P3,
P4, P5 usw. bezogenen STQ-Verstreichzeiten wird in derselben Weise abgewickelt wie für P1.
Passiert die Signalamplitude aus Sensor 79 die von den Detektor-IC's 81b, c, d, e...
bestimmten Schwellwert-Potentiale P2, P3, P4, P5.., so triggern nacheinander die Outputs
der Flip-Flop's 82b, c, d, e.. auf = H, und die nachgeschalteten Integratoren
83b, c, d, e...
liefern stetig ansteigende analoge Output-Pegel, welche ihrerseits die Frequenzen ƒscan
(von den VCO's 84b, c, d, e.. produziert) solange stetig vermindern, bis die Signalamplituden
aus Sensor 80 die von den Detektor-IC's 87b, c, d, e.. bestimmten höheren Schwellwert-
Potentiale P2, P3, P4, P5.. erreichen, sobald dieser Sensor in den Wahrnehmungsbereich der
Signalquelle 78a gelangt.
Daraufhin werden die Schmitt-Trigger 88b, c, d, e.. aktiviert, und die Monoflops
89b, c, d, e...
produzieren Impulse, die im TICM 86(C2,C2,C3,C4 ...Cn) die Erfassung der vm-adaptierten
Verstreichzeit-Daten Tw(1,2,3,4....n) starten. Die Registrierung dieser Daten geschieht
während die momentanen vm-adaptierten Zeitzählfrequenzen ƒscan (1,2,3,4,..n) gelten, weil
die gleichzeitig an die Flip-Flops 82b, c, d, e.. ergangenen Reset-Impulse die Output-Pegel
der Integrator-IC's 83b, c, d, e.. halten, womit die entsprechenden Output- Frequenzen
ƒ(1,2,3,4...n) an den VCO's 84b, c, d, e...festgelegt werden. In derselben Weise erfolgen die
fortgesetzten Quantisierungen weiterer Tw-Verstreichzeiten, wenn sich die Sensoren
79, 80
entlang weiterer Signalquellen 78b, c, d, e... bewegen. Im TICM 86 (C1...n) werden alle
quantisierten STQ(i)-Zeitdaten abgelegt. Im Speicherbereich C2 (s. die korrespondierende
Fig. 2b) befinden sich die auf den Wahrnehmungs-bereich (Potential) P2 bezogenen Verstreichzeiten Tw(2), Tw(7), Tw(14)..., im Speicherbereich C3 die auf die höhere Potentialstufe P3
bezogenen Verstreichzeiten Tw(3), Tw(6), Tw(13)..., im Speicherbereich C4 die auf die
nächsthöhere Potentialstufe P4 bezogenen Verstreichzeiten Tw(4), Tw(5), Tw(12)..usw.
Die im TICM 86 einströmenden aktuellen Tw-Sequenzen werden demnach durch die aktuelle
Bewegung des sensor-gekoppelten autonomen Mechanismus (z.B. "Roboter-Vehikel") entlang
einer bestimmten Bahn generiert. Im gezeigten Beispiel weichen die Positionen der Sensoren
bezüglich der Positionen der externen Signalquellen (den physikalischen Umgebungen)
zeitlich ab.
Im Falle absoluter physikalischer Invarianz zwischen dem autonomen Vehikel und den
Umgebungen (auch ident mit "absoluter Synchronität") kann weder ein STQ-Parameter noch
eine Tw-Sequenz erworben werden. Tritt keine solche physikalische Invarianz auf, dann ist
es für das autonome Vehikel möglich, seine eigene Bewegung entlang der Bahn durch den
stetigen Vergleich aktuell erfasster STQ-Zeitdatenmuster Tw(1,2,3..n) mit früher erfassten
STQ-Zeitdatenmuster Tw'(nnnn) zu erkennen; und es ist auch möglich die erkannten Bewegungen fortgesetzt in auto-adaptiver Weise zu optimieren. Voraussetzung dafür ist, dass das
Vehikel über ein entsprechendes Antriebs- und Bremssystem verfügt, das durch Daten kontrolliert wird, die mittels fortgesetzten statistischen Zeitdaten-Analysen errechnet werden.
Man vergleiche dazu auch Fig. 3d und 3e: Sobald die Regressions-Kurve
einer aktuellen, im TICM 86 gespeicherten Zeitdaten-Sequenz Tw
(1,2,3...), mit der Regressionskurve einer
zeitlich zurückliegenden, durch eine frühere gleichartige Bewegung entlang derselben
erfassten Zeitdaten-Sequenz Tw'(nnn) konvergiert, wird das Antriebssystem 98 (sowie das
Bremssystem 99) durch Impulse 96, 97 aktiviert, die das Vehikel dazu veranlassen, seine
Bewegungsverläufe entlang den externen Signalquellen 78a, b, c, d, e... in einer Weise zu
vollziehen, daß der aktuelle Bewegungsverlauf mit jenem früheren Bewegungsverlauf annähernd räumlich und zeitlich isomorph ist, aus dem die Zeitdaten-Sequenz Tw'(nnnn) hergeleitet wurde. Zu diesem Zweck sind das TICM
86, in das die aktuellen Zeitdaten einfließen,
sowie die Speicher-Einheit
92, in der die früher erfassten Zeitdaten Tw'(nn) gespeichert sind,
mit einem Kovarianz- Analysator 90 und einer Diskriminator- Logik 91 verbunden, welche die
einzelne Zeitdaten verifiziert und auf Plausibilität prüft. Ungültige Zeitdaten werden gelöscht
oder so interpoliert, dass kein Ausfall eines datengestützten Regelkreises auftreten kann.
Analysator 90 und Diskriminator 91 suchen den Speicher 92 mit sehr hoher Frequenz fortgesetzt nach annähernd übereinstimmenden Zeitdatenmustern ab. Signifikante Datensequenzen werden an den Interpreter
93 weitergeleitet, welcher über die jeweilige Wahrscheinlichkeitsdichte und das Ausmaß der Kovarianz entscheidet. Besteht ausreichende
Übereinstimmung, so errechnet der Prozessor 94 die entsprechenden Aktivierungsparameter
Tempoverteilung zur Erzielung eines isomorphen Bewegungsverlaufes. Diese
Daten gelangen an das Steuerungsmodul 95, wo sie in Impulse 96, 97 für das Antriebs-
Bremssystem und 98, 99 umgesetzt werden.
Es ist ferner von Vorteil, in diesen Prozess auch energetische Impulse für ein Lenk- und
Gegenlenksystem 100, 101, 102, 103 einzubeziehen, das auf denselben beschriebenen
Funktionsprinzipien aufbaut und das für die Einhaltung des ebenfalls von besagten Tw'-
Zeitmustern festgelegten räumlichen Bewegungsverlaufes sorgt. Voraussetzung für eine
einwandfreie Funktion einer solchen Anordnung ist die Verwendung extrem schneller Prozes-
soren zur Bedienung der Teilsysteme 90, 91, 93, 94 und 95. Der aktuelle Bewegungsverlauf
des autonomen Vehikels kann nur dann annähernd isomorph zum referenten Bewegungs-
verlauf werden, wenn die Erkennung der signifikanten Tw'(nnnn)-Sequenzen die Registrierung und Analyse der aktuellen Tw(1,2,3...)- Sequenzen (Ist-Werte), die Errechnung der
Regelparameter und die Applizierung der Energie-Impulse 96, 97 in Echtzeit erfolgen. In diesem
Fall zeigt das Vehikel eine Verhaltensweise ähnlich wie ein "Servo-Regelkreis" bekannter Art.
Diese Affinität wird auch durch die Tatsache bestätigt, dass durch einfaches Erhöhen oder
Verringern der Basisfrequenz fn der Zeittaktquelle 85 der gesamte zeitliche Verlauf aller
einzelnen Bewegungsphasen völlig synchron beschleunigt oder verlangsamt werden kann.
Jedem äußeren Eingriff, der den Bewegungsverlauf zu ändern oder zu stören versucht, wird
automatisch vom Antriebsmechanismus des autonomen Vehikels entgegengewirkt. Deshalb
ist ein autonomer Mechanismus, der nach diesen Prinzipien arbeitet, mit einem "lebenden
Organismus" vergleichbar.Da in den System-Elementen 90, 91, 93, 94 und 95 das Bestreben
programmiert ist, die Analyse und Interpretation der erfaßten Zeitparameter fortgesetzt zu
verbessern (z.B. nur solche Tw'(nnnn)- Zeitdaten zu erlauben, die der kürzesten und effi-
zientesten Linienfolge zuzuordnen sind), existiert in einem solchen Mechanismus nicht nur ein
Bestreben nach zeitlicher und motorischer Auto-Adaption, sondern auch eine "Optimierungs-
Tendenz". (Dies ist auch in molekular/biologischen Strukturen von Organismen inhärent (s.
auch Beschreibung zu Fig. 4a - 4f).
Das System ist auch imstande, Prioritäten zu setzen,
sowie sich für Tw'-Zeitdatensequenzen zu entscheiden, die mit einer anderen Regressionskurve
korrespondieren, falls z.B. eine irreguläre Bahnabweichung erkannt wird, die vom
Steuerungsmodul 95 nicht mehr stabilisiert werden kann; daraufhin strebt das Vehikel
einem neuen Bewegungs-
verlauf und einer neuen Tempoverteilungs
-Kurve (Timing) nach. Im
Memory des TICM 86 können beliebige alternative Bewegungs-Szenarien in Form von Tw'-
Zeitdatenmustern gespeichert sein, auf die "zugegriffen" werden kann, wenn es eine
bestimmte Kursabweichung erfordert. Auf diese Weise sind Crash-Situationen bereits im
Ansatzpunkt zu erkennen und können verhindert werden, indem das Vehikel in der Lage ist, in
autonomer Weise entgegenzuwirken.
Das System gerät nur dann außer Kontrolle ("chaotischer Zustand"), wenn keinerlei aus früher registrierten Tw-Sequenzen abgeleitetes Regressionskurven-Segment gefunden worden
ist, welches mit irgendeinem Regressionskurven-Segment konvergent ist, das aus aktuell
registrierten Tw-Sequenzen abgeleitet ist. Dieser Prozess wird vom Anmelder als "motorische
Auto-Adaption" oder als "Auto-Emulation" bezeichnet. Um zeitlich/räumliche Zustands-
veränderungen der physikalischen Umgebung aus subjektiver Sicht des autonomen Systems
zu identifizieren, genügt es in den meisten Fällen nicht, externe räumliche Strukturen,
Landmarken und Lichtverhältnisse mittels optischer oder foto-elektrischer Sensoren passiv
abzutasten. Üblicherweise ist es auch nötig, die Höhenabweichungen mittels Neigungssensoren, Wegunebenheiten mittels Druckaufnehmer oder Beschleunigungs-Sensoren, stationäre akustische Quellen mittels Mikrofone, Gradienten mittels Magnetfeld-Sensoren; sowie Positionen mittels GPS-Empfänger abzutasten, um genügend STQ-Zeitparameter als Referenzbasis zu gewinnen.
Alle diese aufgenommenen Tw(n)-Zeitdatenströme werden im Memory des TICM gespeichert.
Daraus kann man folgern, dass die Lern- und Selbstorganisations-Fähigkeit eines Organismus
(bzw. eines autonomen auto-adaptionsfähigen Mechanismus) proportional zur Menge aller
verfügbaren Sensoren bzw. zur Anzahl aller dem Autoadaptions-prozess verfügbar gemachten STQ- Parameter zunimmt. Eine weitere wichtige Erkenntnis ist, dass es kein Timing
ohne begleitende Zeitnahme (= STQ-Quantisierung) gibt. Auto-adaptive Prozesse und
Mechanismen der beschriebenen Art werden für viele zukünftige Aufgaben im Bereich der
Hochtechnologie, z.B. für die Entwicklung autonomer Robotersysteme, unverzichtbar sein.
Ein Beispiel dafür ist folgendes: Ein Automobil, das sich im Straßenverkehr in autonomer
Weise sicher und effizient fortbewegen soll, muss imstande sein, seitliche und frontale
Abstände sowie fixe Geschwindigkeitsphasen einzuhalten. Mehr noch: es muss auch fähig
sein, selbsttätige Überholmanöver auszuführen, und Gefahrensituationen antizipierend
zu erkennen und zu vermeiden. Dies ist nur möglich, wenn der On-Board-Computer im
Fahrzeug mit einer Vielzahl verschiedener Sensoren zur Erfassung vielfältiger Signalquellen
gekoppelt ist, und wenn er über eine sehr schnelle und effiziente Hardware und Software
verfügt, welche jene STQ-Zeitdaten, die für die Autoadaption benötigt werden, annähernd
in Echtzeit verarbeiten kann. Zukünftige Typen von Mikroprozessoren könnten um eine
hardwaremäßige Struktur erweitert werden, welche die beschriebenen Funktionen vollbringen.
Fig. 6a zeigt die Konfiguration einer einfachen Verkörperung eines Aspekts der Erfindung,
bei der die in Fig. 2a - 2c erläuterten STQ(v)-, STQ(i)- und STQ(d)-Quantisierungsmethoden
zur Erkennung von räumlichen Profilen oder Strukturen angewandt werden. Im hier gezeigten
Anwendungsfall soll ein Roboterarm, auf zwei benachbarte Metallsensoren 104, 105 im
Abstand B installiert sind, fähig sein, das Profil des Metallstabes 106 von anderen zu unter-
scheiden, während er sich mit beliebiger Geschwindigkeit an beliebigen Stäben 106, 107,
108 usw. entlang bewegt.

Bewegt sich der Sensorkopf in der Höhe h entlang der bezeichneten
Richtung, so gelangen der v- Sensor 104 (S2) und dann der w-Sensor
105 (S1) nacheinander in jenen niedrigen sensitiven Bereich, der
hier als "Wahrnehmungsintensitätszone 3" bezeichnet ist. Der
niedrigste Schwellwert P1 wird von der Signal-Amplitude
durchbrochen, und die im Wesent- lichen aus den Elementen 81,
82,
83, 84, 85, 86, 87, 88, und 89 bestehende Aquisitions-Logic
109
(s. auch Fig. 5) beginnt mit dem Erwerb vm- modulierter STQ(i)-
STQ(d)- Zeitsequenzen Tw(1,2,3...n) und Td(1,2,3...n), die im
TICM-Memory (A) 110 gespeichert werden. Derselbe
Zeitdatenerfassungs-Prozess wiederholt sich, wenn die Sensoren
104, 105 auf die nächsthöheren Wahrnehmungsbereichszonen 2 und
3
treffen und die Signalamplituden die in den Schwellwertdetektoren
eingestellten Potentialwerte P2 und P3 durchbrechen. Um jene
Metallstäbe 106, die das charakteristische Profil aufweisen, im
Analysator 112 eindeutig zu identifizieren, müssen die
Tw,Td-Zeitdatenströme, welche ins Memory 110 einfließen,
fortgesetzt mit jenem signifikanten Tw',Td'-Zeitdatenmuster (B)
111 verglichen werden, das als "Referenzmuster" vorprogrammiert
worden ist. Ungültige oder irreguläre - in der
Diskriminator-Einheit 113 erkannte - Zeitdaten werden sodann
gelöscht oder korrigiert. Diese Einheit ist auf die Fähigkeit
programmiert, die Zuordnung und Verarbeitung der Daten automatisch
zu verbessern (d.h. die Zeitdaten in auto-adaptiver Weise zu
überprüfen und zu verifizieren) wie dies schon in bezug auf Fig. 5
beschrieben wurde. Wurde ein Profil als solches erkannt, so gibt
der Analysator 112 ein Bestätigungssignal an eine Aktuator-Einheit
des Roboters weiter, die dann einen Mechanismus in Gang bringt,
der die identifizierte Metallschiene vom Boden abhebt, auf ein
Laufband aufsetzt usw.
Fig. 6b - e zeigen verschiedene Diagramme und Tabellen bezüglich Fig. 6a.
Fig. 6b zeigt ein Sensorfeld-Diagramm des abgetasteten Metallprofils 106. Die Messung
seiner Dimensionen d1....d7 resultiert ausschließlich aus STQ- Quanten, d.h. in der Zeit-
domäne. Identifikation der Profile sind 3 Empfindlichkeitszonen (P1, P2 und P3) vorgesehen,
die in Schwellwert-Detektoren gespeichert werden. Zu den Phasendurchgängen (iT)A, (iT)B,
(iT)C, (iT)D, (iT)E, (iT)F, (iT)G und (iT)H werden digitale Präzisionszeitmesser gestartet
oder gestoppt. Da die variable Zeitzählfrequenz ƒscan, mit der diese Zeitmesser zählen,
automatisch an die Abtast-Geschwindigkeit vm angepasst (bzw. moduliert) wird (siehe auch
Fig. 3a - g, und Fig. 5), korrelieren die tatsächlichen Dimensionen d1....d7 weitgehend
mit den Tw,Td- Verstreichzeiten, die bereits im Memory 110 gespeichert sind. Wie aus der
Zeichnung ersichtlich, erhält man die Distanzen AB-(d1) und BC-(d2) aus STQ(d)-Verstreich
zeiten, die Distanzen CD-(d3), DE-(d4), EF-(d5) sowie BG-(d6) und AH-(d7) aus STQ(i)-
Verstreichzeiten. Einmal mehr wird vom Patentanmelder bekräftigt, daß alle (iT)n...
flüchtige Phasendurchgänge darstellen, und niemals "Zeitpunkte" nach klassischem physikalischem Verständnis.
Fig. 6c zeigt die vm-Diagramme zweier Bewegungsverläufe der Sensoren S1 und S2 entlang
des abgetasteten Metallprofils. Im einen Fall bewegt sich der Roboterarm, auf dem die beiden
Sensoren montiert sind, mit einer konstanten Geschwindigkeit von 1000mm/s über dem Profil
(strichpunktierte Linie 114). Im anderen Fall wird die Geschwindigkeit des Arms von
1000mm/s beim ersten Phasendurchgang A bis auf 690mm/s beim letzten Phasendurchgang H
abgesenkt. Diese Absenkung ist nicht linear, sondern folgt dem Verlauf der Linie
115.
Fig. 6d zeigt eine fiktive Frequenz- und Zeitdatentabelle zu Fig. 6c bei einer gleichbleiben-
den relativen Geschwindigkeit von vm=1000m/s an allen Phasendurchgängen (iT) A...H.
Daraus ergibt sich eine vm-modulierte Zeitzählfrequenz ƒscan von 10 kHz während des
gesamten Abtastvorganges. Da im vorliegenden Fall die STQ(v)-Verstreichzeitmessung mit
einem fixen (primären) Quellen-Zeittakt von 200cs/b erfolgt, resultieren aus dem Scanning-
Prozess vm-adaptierte STQ(d)-Verstreichzeiten von 273cs, 273cs, 738cs, 620cs und 262cs
für die Distanzen AB, BC, CD, DE und EF sowie vm-adaptierte STQ(i)-Verstreichzeiten von
1876cs und 2200cs für die Distanzen BG und AH. Diese aus STQ(d)- und STQ(i)-Verstreich-
zeiten bestehende aktuelle Tw,Td-Sequenz wird im Analysator 112 mit der referenten
gespeicherten Tw',Td'-Sequenz 270cs, 270cs, 740cs, 620cs, 260cs, 1880cs, 2200cs
verglichen, welche als signifikantes Zeitmuster für dieses Metallprofil dient, das bereits im
Memory 111 gespeichert ist. Entscheidet der Analysator, daß "Übereinstimmung" besteht, so
wird ein Bestätigungssignal an eine Aktuator-Einheit ausgegeben. Der Analysator verfügt
über Komparatoren und/oder "Fuzzy-Logic"-IC's, welche die Streuungen in Grenzbereichen
ignorieren (z. B. Dezimalstellen aufrunden). Abgesehen von diesen Korrekturmaßnahmen
lassen sich auch Toleranzen, Plausibilitätskriterien und Zuordungskriterien softwaremäßig
programmieren.
Fig. 6e zeigt dieselbe Frequenz- und Zeitdatentabelle wie Fig. 6d, jedoch mit variablem
Verlauf der Abtast- Geschwindigkeit(vm). Die Relativgeschwindigkeit von 1000mm/s an
Phasendurchgang (iT)A nimmt auf 690mm/s beim letzten Phasendurchgang (iT)H ab. Die vm-
Absenkung ist nicht linear. Entsprechend des Verlaufes des Graph 115 werden zu den
Phasendurchgängen (iT)A, B, C, D, E, F, G, H die einzelnen Momentangeschwindigkeiten
(vm1,2,3..) 1000; 985; 970; 930; 820; 750; 720 und 690mm/s gemessen. Die besagte vm-
adaptive Modulation der Zeitzählfrequenz ƒscan produziert zu den Phasendurchgängen die
Frequenzwerte 10; 9,85; 9,70; 9,30; 8,20; 7,50; 7,20 und 6,90kHz, mit denen die STQ(i)-
und STQ(d)-Verstreichzeiten quantisiert werden. Da die STQ(v)-Quantisierungen ebenfalls
mit einem fixen Quellen-Zeittakt von 200cs/b erfolgt, resultieren für die Distanzen AB, BC,
CD, DE, EF, BG und AH dieselben Tw,Td-Verstreichzeit-Sequenzen, wie in Tabelle Fig. 6d.
Daraus ist ersichtlich, dass die Erkennung des besagten Metallprofils sowohl bei linearer als
auch bei nichtlinearer vm-Tempoverteilung gewährleistet ist.

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Fig. 7a - d zeigen verschiedene Sensor-Konfigurationen zur Quantisierung von STQ(v)-
Verstreichzeiten bzw. zur Erfassung der Relativgeschwindigkeits-Parameter (vm). Die ersten
drei Konfigurationen zeigen Sensoranordnungen für 2-dimensionale Erfassung von externen
Ereignissen, Fig. 7d zeigt eine besondere Konfiguration anwendbar für beliebige drei-
dimensionale Erfassung der physikalischen Umgebungen.
Fig. 7a zeigt eine Sensoranordnung, bei dem eine Halterung, die S1 und S2 in Entfernung b
auf gleicher Achse trägt, sich in der gekennzeichneten Richtung entlang einer willkürlichen
Bahn bewegt, bzw. sich auf einer Oberfläche um ein räumliches Zentrum A in Äquidistanz
zu S1 (V-Sensor) und S2 (W-Sensor) dreht. Dieses Sensor-System verfügt nur über einen
Freiheitsgrad.
Fig. 7b zeigt eine Sensoranordung, bei dem eine Trägerfläche, die auf gleicher Achse zwei
V-Sensoren S2 und einen in Äquidistanz b zu beiden befindlichen W-Sensor S trägt, sich
beliebig in einer der beiden gezeigten 180° entgegengesetzten Richtungen entlang einer
willkürlichen Bahn bewegt, bzw. beliebig um einen im Raum befindlichen Punkt A dreht, der
äquidistant zu beiden V-Sensoren S2 ist. Die beiden in Fig. 7a und Fig. 7b gezeigten
Sensoranordnungen sind für die meisten verkehrstechnischen Robotik-Anwendungsgebiete
ausreichend.
Fig. 7c zeigt eine Konfiguration mit einer Anzahl gleichgearteter V-Sensoren S2, die als
Segmente rund um einen zentralen W-Sensor S1 auf einer kreisförmigen Trägerfläche mit
Radius b gruppiert sind. Bei dieser Konstellation kann sich die Trägerfläche in irgendeiner
Richtung auf willkürlicher Bahn bewegen, oder sich beliebig um einen in irgendeinem Sensor-
Abstand im Raum befindlichen Punkt drehen. Diese Sensoren-Anordnung verfügt daher über
2 Freiheitsgrade.
Fig. 7d zeigt eine Sensor-Konfiguration mit einer Vielzahl von V-Sensoren S2, die als Seg-
mente auf einer kugelförmigen Trägerfläche im Radius b rund um einen zentralen W-Sensor
S1 gruppiert sind. Die Sensor-Anordnung kann sich zu beliebiger Position im dreidimensionalen
Raum bewegen oder in beliebiger Richtung um ein festes räumliches Zentrum A mit beliebigem
Abstand zu den Sensoren rotieren. Diese Konfiguration verfügt über 3 Freiheitsgrade. Die in
Fig. 7c und Fig. 7d gezeigten Sensor-Anordnungen kommen in erster Linie für autonome
Erkundungsroboter oder Flugobjekte in Frage, bei denen Antriebs-Impulse in beliebiger
Richtung appliziert werden können (z.B. mittels Steuerungsraketen).
Fig. 8a - f zeigen die Konfiguration und Funktionsprinzipien einer weiteren Verkörperung der
gegenständlichen Erfindung, bei der die in Fig. 2a, b, c beschriebenen STQ-Quantifizierungs-
Methoden zur Schaffung eines autonomen lernfähigen selbstorganisierenden Trainingsroboters
für den Einsatz im Sport dienen; einen sogenannten "elektronischen Hasen". Dieses System
besitzt autonome Antriebs-, Lenkungs- und Bremsmechanismen sowie einen Analysator, der
die aktuell registrierten vm-adaptiven STQ(i)- und STQ(d)-Zeitstrommuster Tw,Td(1,2,3...)
fortgesetzt mit früher registrierten vm-adaptiven STQ(i)- und STQ(d)-Zeitstrommuster
Tw',Td'(1,2,3...) vergleicht, welche als Referenzmuster dienen. Es ist dadurch imstande,
einen vom Benutzer vorgegebenen Bewegungsvorgang zu reproduzieren und zu optimieren;
die idealen Routen und die Tempoverteilungen automatisch zu finden; Abstände und Zeiten
einzuhalten; Gefahrensituationen zu erkennen und davor zu warnen; und die Eigenbewegung
sowie Informationen über Geschwindigkeit, Rundenzeiten, Teilzeiten, Gesamtzeiten usw. auf
einem Monitor darzustellen. Zusätzlich ist es imstande, diese Daten wahlweise optisch oder
akustisch auszugeben.
ω,
are obtained from these vm-adaptive STQ(i) elapse time measurements. It would
nevertheless be advantageous to acquire also STQ(d) quanta, which can serve to
verify the recorded time data stream Tω
.

Fig. 8a zeigt einen derartigen Trainingsroboter 116 vor einem Skilangläufer
117. Das dar-
gestellte Roboter-Vehikel verfügt über ein Kufen-Fahrgestell, das die Fortbewegung
schneebedecktem Boden ermöglicht. Um imstande zu sein, einem menschlichen Skifahrer
entlang einer Langlaufspur zu folgen, hat es entsprechend manövrierfähig zu sein. Es muss
auch fähig sein, eine Langlaufloipe selbsttätig zu spuren, wenn die alte Spur vom Schnee
zugeweht wurde und daher nicht mehr sichtbar ist. Der Trainingsroboter ist speziell auch
als Hilfsmittel für blinde Skiläufer geeignet. Das autonome Vehikel erkennt skiläuferische
Kriterien für blinde Skilangläufer und ruft Hinweise, Berichte und Warnungen mit Hilfe von
Sprachsynthese. Dies befreit den Anwender vom Gefühl, auf Hilfe angewiesen zu sein, und
macht ihm mehr Freude. Das Robotervehikel 116 verfügt über eine hohe Anzahl von Sensoren
und elektronischen Einheiten, wie sie in Fig. 5 beschrieben wurden. Es vollbringt dieselben
darin aufgezeigten Auto-Emolutions-, Auto-Adaptions- und Auto-Optimierungs-Prozesse,
wobei häufig verschiedene Aufgaben gleichzeitig durchgeführt werden. Es bezieht vm-
adaptierte STQ(i)- und STQ(d)-Verstreichzeitmuster aus einer Vielzahl von Sensoren,
vergleicht diese Muster mit den entsprechenden Referenzzeitmustern, wählt die signifikanten
Zeitdaten aus und analysiert und errechnet Parameter für die diskreten Energie-Impulse zur
Steuerung der Antriebs-, Brems- und Lenkmechanismen.
Im folgenden Teil werden die wesentlichsten Komponenten des Systems unter Einbeziehung
von drei spezifischen Typen von Sensoren (optische S., Magnetfeld- und GPS-Positions-
Sensoren) behandelt.



Fig. 8b - d zeigen die Registrierung von STQ(v)-, STQ(i)- und STQ(d)-Verstreichzeiten
(passend zu Fig. 8a) bei Verwendung optischer oder akustischer Sensoren. Die fundamenta-
len Funktionsprinzipien sind zum größten Teil bereits in den Beschreibungen zu Fig. 2a, b, c
und Fig. 5 enthalten. In besagten Zeichnungen bewegt sich der Trainingsroboter ("der
elektronische Hase") 116 mit variabler Geschwindigkeit vor einem Skilangläufer
117 in der
Loipe 118. Entlang der Spur befinden sich in willkürlicher Anordnung optische oder akustische
Signalquellen 119, 120, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128 und
129, die von ent-
sprechenden Sensoren 130a, b,...n wahrgenommen werden. Bei jedem Phasendurchgang zu
den Schwellwertbereichen P1, P2, P3, P4, P5 usw. werden die besagten STQ(v)-, STQ(i)-
und STQ(d)-Verstreichzeiten erfasst. Sie ergeben das aktuelle vm-adaptive Tw,Td(1,2...n)-
Zeitdatenmuster, das im TICM gespeichert wird. Für die prinzipielle Funktionsweise ist es
nicht von wesentlicher Bedeutung, ob die Signalquellen dort stationär angeordnet sind
(z.B. könnten sie Scheinwerfer sein, welche die Piste für abendliche Events beleuchten).
"Signalquellen" können auch aus wechselnder Helligkeit bei Tageslicht oder aus Kontrast-
und Farbunterschieden nahe Bäumen, Masten, Gebäuden, Abhängen oder signifikanten
Landmarken resultieren. Scheinwerfer könnten sogar am Schulungs-Roboter selbst installiert
werden, wobei die optosensorische Erfassung des reflektierten Lichts und die Evaluierung
der Licht-Strukturen der räumlichen Umgebungen zur Erkennung der Eigenbewegung genutzt
werden kann. Die gleiche Anordung wäre auch mit Ultraschallgeber und -sensoren machbar.
Akustische Signalquellen können anderseits ebenso natürlichen Ursprunges sein, wie etwa
das Rauschen eines Baches neben der Loipe, oder ein Wasserfall usw. Generell kann jedwede
flüchtige Kombination von Licht und Schatten oder irgendeine Geräuschquelle signifikant für
die Erkennung eines bestimmten Objekts sein. Die Bestimmung der individuellen Identität
eben dieses Objekts geschieht durch Vergleich von vm-adaptiv registrierten STQ(i)- und
STQ(d)-Verstreichzeit-Mustern, die für jedes einzelne Objekt stehen.
Um die Beschreibung und Veranschaulichung zu vereinfachen, wird in Fig. 8b von der
Annahme ausgegangen, dass die Signalquellen 119...129 fix installierte Leuchten (entlang
der vom Roboter befahrenen Route) sind, welche die Benutzung der Loipe auch bei
Dämmerung oder Dunkelheit ermöglichen. In Entsprechung zum primären Zweck der Anwen-
dung eines solchen Roboters fährt der Trainingsroboter 116 präzise hinter dem Skilangläufer
117 in dessen Spur her, wobei alle STQ-Zeitdaten vm-adaptiv erfasst und in dessen TICM-
Memory (s. auch Fig. 5) gespeichert werden. Die Entfernung zwischen Roboter und
Anwender wird durch einen Entfernungs-Sensor exakt geregelt.Um aber die Antriebs-,
Brems- und Lenksysteme des Robotervehikels überhaupt in Gang bringen zu können, müssten
vor der Tour STQ-Zeitdaten in das TICM geladen werden, die als Referenzdaten dienen
könnten. Daher werden im ersten Schritt die primär erfassten Zeitdaten in den TICM-
Referenz-Datenspeicher übernommen; d.h. aus Tw,Td(1,2,3...) werden im ersten Schritt
Tw',Td'(1,2,3...). In weiteren Schritten wird das Nachfahren hinter dem Läufer mehrmals mit
wechselnder Geschwindigkeit und Spurverteilung wiederholt - sodass der Roboter mehr über
den Skiläufer "lernt" - worauf immer mehr kovariante Tw',Td'-Zeitdatenmuster in das
Referenz-Datenmemory einströmen, auf welche die Diskriminator- und Analysatoreinheit des
Roboters zugreifen kann (s. gleichfalls Fig. 5).
Nunmehr setzt das Interpretations- und Optimierungsprogramm ein, welches nur "authentische" Tw',Td'- Zeitdaten herausfiltert, die als signifikant für die beste und effizienteste Linie
scheinen, und welches gleichzeitig die als "irrelevant" erkannten Zeitdaten eliminiert. Dies
kommt einem "Lernprozess" gleich, den das Robotervehikel zu absolvieren hat, bis es
schließlich "autonom skilaufen" kann, d.h. relativ frei, und nach selbsttätig angeeigneten
Mustern und Selbstentscheidungs-Kriterien; ohne irgendeine Fernsteuerung oder Regelung
durch einen vorprogrammierten Algorithmus. In dieser Phase fungiert der Trainings-Roboter
als "Trainer" oder "Pilot", der die Aufgabe hat, dem Benutzer zu helfen, ideale Geschwindigkeitsverläufe, die beste Spur und optimales Timing zu finden. Die optimale Information, die
dem Anwender übermittelt wird, besteht immer nur aus jener, die vom Roboter selber
"erlernt" worden ist.
Der Trainingsroboter fährt auch bei seiner "praktischen Arbeit" (d.h. während er dem
Anwender behilflich ist) fort, sich weiter zu verbessern, und seine im TICM gespeicherten
STQ-Referenzdaten fortgesetzt zu optimieren und zu ergänzen. Die Fähigkeit, Bewegungs-
verläufe oder externe Signalverläufe und Objekte zu identifizieren und zu erkennen, ist
ausbaufähig. Sie hängt von der Menge und Vielfalt der benutzten Sensoren und von der
Speicherkapazität des TICM ab. Somit ist es möglich, das Robotervehikel zu veranlassen,
Gefahrenszenarien zu erkennen und davor akustisch oder optisch zu warnen, sowie Abstände
und Zeiten genauer einzuhalten. Im vorliegenden Anwendungsfall führt das Vehikel das
automatische Spuren und Nachlaufen entlang einer Loipe sogar dann durch, wenn die Fährte
zuvor von einem Schneesturm verblasen wurde und nicht mehr sichtbar ist. Außerdem hat
das Robotervehikel einen Monitor, auf dem die Eigenbewegung in bezug zur räumlichen
Umgebung visualisiert werden kann, und es verfügt über elektronische Maßnahmen, um
Geschwindigkeiten, Rundenzeiten, Teilzeiten, Gesamtzeiten oder andere relevante Daten in
optischer oder akustischer Weise auszugeben. Eine wichtige Eigenschaft des hier gezeigten
Roboters besteht auch darin, dass die Geschwindigkeitsphasen in allen Streckenabschnitten
durch einfache Veränderung (Erhöhung oder Verminderung) des Quellen-Zeittakts synchron
beschleunigt oder verlangsamt werden kann. Diese Eigenschaft ist beispielsweise erforderlich,
um das Tempo des Trainingsroboters in allen Abschnitten entsprechend der körperlichen
Fitness des Anwenders anzupassen. Dies kann manuell per Fernbedienung oder automatisch -
z.B. mittels Puls- oder Blutdruck-Datentransponder - geschehen.

Fig. 8e zeigt die Erfassung von STQ(v)- und STQ(d)-Verstreichzeiten für den Roboter in
Fig. 8a, für den Fall, dass Magnetfeld-Sensoren installiert sind. Als Signalquelle wird hierbei
das Erdmagnetfeld angenommen. Im gezeigten Beispiel, wo die Spur einen geschlossenen
Kreis bzw. eine Schleife bildet, ist die Quantisierung von STQ(i)-Verstreichzeiten uneffizient
und daher nicht vorgesehen. Im bezeichneten Bild bewegt sich der Trainingsroboter ("Hase")
116 autonom mit variabler Geschwindigkeit vor dem Ski-Langläufer
117 entlang der Loipe
118. Dabei ergeben sich entlang der Spur unterschiedliche Fahrzeug-Positionen mit variablen
Gradienten in bezug zum Erdmagnetfeld 132. Die Magnitude dieser Gradienten wird vom
Magnetfeld-Sensor 131 erfasst. Im gezeigten Fall hätte die Magnitude einen sinusförmigen
Verlauf. Bei jedem Phasendurchgang zu den Schwellwertzonen P1, P2, P3, P4, P5, P6 usw.
werden die besagten STQ(v)- und STQ(d)- Verstreichzeiten adaptiv erfasst und ergeben
das aktuelle Td-Zeitdatenmuster, das im TICM gespeichert wird. Die zusätzliche Quantisie-
rung von STQ-Verstreichzeiten aus Magnetfeld-Gradienten erleichtert die Ortung kovarianter
Tw',Td'-Zeitmuster, die im Referenzdaten-Speicher enthalten sind. Infolgedessen verbessert
sich die Autoadaptions- und Erkennungsfähigkeit des Roboter-Vehikels. Je mehr Sensoren in
den Autoadaptionsprozess beteiligt sind, desto "autonomer" wird der beschriebene Mechanis-
mus (s. auch Fig. 5). In dieser Weise kann ein auf biologisch/chemischen Strukturen
basierender selbstorganisierender autonomer Organismus, wie in Fig. 4a - f beschrieben
wurde, geschaffen werden.

Fig. 8f zeigt die Erfassung kreisförmiger Positionsfelder mittels GPS-Sensoren. Diese Maß-
nahme dient (zusätzlich zu jenen in Fig. 8b - e) zur weiteren Verbesserung der zeitlichen
und motorischen Auto-Adaption, und zu einem präziseren Autokovarianz-Verhalten und
Bewegungs-Nachvollzug. Vorbedingung für eine exakte Funktion ist ein GPS ("global
positioning system") von hoher Qualität, die mit äußerst geringen Abweichungen arbeitet.
Da in diesem Fall ein rechteckiger Signalverlauf empfangen wird und daher keine Unter-
teilung in unterschiedliche Empfindlichkeits-Zonen möglich ist, können nur STQ(v)- und
STQ(i)-Verstreichzeiten, nicht jedoch STQ(d)-Verstreichzeiten quantisiert werden (welche
- wie gezeigt - zwischen niedrigeren zu höheren Phasendurchgängen und vice versa
gemessen werden). In Fig. 8f bewegt sich der Trainingsroboter ("Hase") 116 mit variabler
Geschwindigkeit vor dem Skilangläufer 117 entlang der Loipe 118, wobei sich entlang der
Spur kreisförmige GPS-Positionsfelder 134a, b...n ergeben, die vom GPS-Sensor
133 mit
hoher Messgenauigkeit in reproduzierbarer Weise wahrgenommen werden. Die Radien der
Positionsfelder sowie die Trennschärfe zwischen benachbarten Feldern sind justierbar.
Bei jeder Detektierung eines neuen Positionsfeldes wird ein Triggersignal an die STQ-
Aquisitionseinheit ausgegeben, welches die Registrierung der STQ(v)- und STQ(i)-Verstreich-
zeiten veranlaßt, die dann als aktuelle vm-adaptive Zeitdatensequenzen Tw(1,2,3....) im
TICM gespeichert werden. Die Fähigkeit des Roboters zur Optimierung der Auto-Adaption
kann gesteigert werden, indem die Anzahl der detektierten Positions-Felder gezählt und
verglichen wird, oder indem man den Zeitdaten bei jeder Querung eines Positionsfeldes
einen spezifischen Datencode zuordnet.

Fig. 9 ist eine allgemeine schematische Darstellung, und zeigt, wie Zeitdatenströme
produziert werden. Jede Amplituden-Querung von Empfindlichkeitszonen oder Schwellwert-
potentialen in redundanzarmen autonomen selbstorganisierten Systemen (wie z.B.
Organismen oder mechanistische Robotersysteme) führt zur Quantisierung von Verstreich-
zeiten, wenn diese über entsprechende Sensoren (oder Rezeptoren) zur Wahrnehmung
der externen physikalischen Umgebung verfügen. Diese Basis-Technologie, wie sie im Bild
gezeigt wird, behauptet universale Gültigkeit und Anwendbarkeit. Die Darstellung zeigt ein
sehr vereinfachtes Schema, das auch vom Nichtexperten klar verstanden wird.
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