Technik und Erkenntnis

Algorithmen des Gefühls

25. September 2019 Empirische Verhaltenspsychologie

In der virtuellen Welt des Films sind Gefühle und Beziehungen gespielt. Dass zur Generierung auch digitale Technik sinnvoll sein kann, ist klar. Aber auch für die Analyse von „echten“ Gefühlen und sozialen Kontakten in der realen Welt können moderne Speicherlösungen und Videoausstattungen hilfreich sein.


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Das beweist die Initiative „Dynamische Entwicklungs- & Lern-Prozesse: Verhaltensindikatoren für Interaktion, Denken und Emotion (DeeP:VIDEo)“, die am Department Psychologie der Ludwig- Maximilians-Universität München angesiedelt ist. 2018 bewilligte die DFG im Forschungsgroßgeräteprogramm vier integrierte Videosysteme mit zentralen Servern im Wert von 1,3 Millionen Euro, um so die Möglichkeiten der verhaltensnahen psychologischen Forschung mit einer methodischen Infrastruktur im Bereich der Videografie deutlich zu erweitern.

Entstanden ist „DeeP:VIDEo“ im Rahmen des „Munich Center of the Learning Sciences (MCLS)“, in dem verschiedene Lehr- und Forschungseinheiten bereits aufgrund inhaltlicher Überschneidungen zusammenarbeiten. Laut Corinna Reck zielt das Projekt mit seiner innovativen methodischen Infrastruktur darauf ab, „weiterhin exzellente Arbeiten im Bereich der empirischen Verhaltensforschung sicherzustellen“. Die Professorin für Klinische Psychologie des Kindes- und Jugendalters ist eine der Hauptorganisatorinnen. Reck untersucht in Zusammenarbeit mit dem Klinischen Psychologen Thomas Ehring im EEKIP-Labor für Echtzeit-Eltern-Kind-Interaktions-Paradigmen, inwieweit Bezugspersonen mit psychischen Störungen die frühkindliche Entwicklung beeinflussen. „Der benötigte technische Bedarf beider Einheiten entspricht sich im Wesentlichen“, sagt Reck. „Daher und aufgrund der inhaltlichen Nähe nutzen wir das Videolabor gemeinsam.“

Mit dem fernsteuerbaren und flexiblen Aufbau der „DeeP:VIDEo“-Systeme werden unter anderem unterschiedliche Verhaltensmuster im sozialen Umgang aufgezeichnet. Diese lückenlose Erfassung in Bild und Ton garantiert eine unterbrechungsfreie Erhebung von Daten, die anschließend kodiert und vom Rechner für die Analyse automatisiert ausgewertet werden. „Je detailreicher die Video- und Tonaufnahmen sind, umso genauer lässt sich das Verhalten später in Daten abbilden“, erklärt Reck. Und: „Diese Algorithmen funktionieren umso genauer, je besser das Bild ist. Dafür benötigen wir entsprechend leistungsfähige Kameras, die uns mit DFG-Hilfe nun zur Verfügung stehen.“

Neben einem System zur Erfassung von Echtzeit-Eltern-Kind-Interaktions-Paradigmen gibt es noch drei weitere Einheiten, die den wissenschaftlichen Ansätzen entsprechend ausgestattet worden sind: ein System zur Simulation von komplexen interaktiven Lernumgebungen für kompetenzorientiertes Lernen (SkiLL), ein System für Forschung zur Echtzeit-Emotionserkennung im Lernkontext (FEEL) sowie ein System zur Echtzeiterfassung von Verhaltens- und Entwicklungsmaßen und Motion-Tracking (EVEnT). Mit Blick auf große gemeinsame Forschungsprojekte im nationalen und internationalen Wettbewerb sichern die neuen technologischen Voraussetzungen laut Reck „ein nationales Spitzenniveau und stellen somit den Anschluss an hochkarätige internationale Forschung langfristig sicher“.

Was lange währt …

Mit „DeeP:VIDEo“ kann München seine weltweite Sichtbarkeit als Zentrum für Verhaltensforschung auf höchstem technischem Standard weiter etablieren. Der Verbund der Münchner Universitäten TUM und LMU und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik tut dies im Bereich der Laserforschung schon seit Längerem –

ein Umstand, der bereits 2005 in der Verleihung des Physik-Nobelpreises an Theodor Hänsch seinen Ausdruck fand. Basierend auf den erfolgreichen Arbeiten des Exzellenzclusters „Munich Centre for Advanced Photonics (MAP)“ hat sich am „Centre for Advanced Laser Applications (CALA)“ eine Gruppe von Spitzenforscherinnen und -forschern zusammengefunden, für die die LMU im Rahmen des vom Wissenschaftsrat betreuten und von Bund und Ländern finanzierten Programms „Forschungsbauten nach Art. 91b GG“ einen neuen Forschungsbau einwerben konnte. Bereits 2010 hatte die DFG nach einer Vor-Ort-Begutachtung mit einer internationalen Begutachtungsgruppe den Bau einer entsprechenden – und weltweit einzigartigen – Experimentieranlage im Wert von rund 37 Millionen Euro zur Bewilligung empfohlen. 2018 konnte der Aufbau erfolgreich abgeschlossen werden.

Herzstück von „CALA“ ist der ATLAS 3000, einer der modernsten Hochleistungslaser der Welt. Seine Laserpulse erreichen eine Spitzenleistung von 3 Peta-Watt (PW): Das entspricht – wenn auch nur in einer Zeitspanne von einigen Femtosekunden – immerhin jener Lichtleistung, die über ganz Europa durch die Sonne einfällt. Wie alle Hochleistungslaser basiert auch ATLAS 3000 auf der „chirped pulse amplification (CPA)“, einer Methode, für die der Franzose Gérard Mourou und die Kanadierin Donna Strickland 2018 den Nobelpreis für Physik erhielten. „Mit ATLAS spielen wir auch weltweit in der ersten Liga“ betont der Experimentalphysiker Jörg Schreiber, der „CALA“ seit der Antragstellung begleitet.

Im Müchner „Centre for Advanced Laser Applications“ richtet sich der Forschungsfokus indes nicht nur auf die Verbesserung der Lasertechnik: Im Zentrum stehen vor allem die neuen Anwendungen, die sich aufgrund der extremen Beschleunigung von Elektronen oder Ionen durch die ultrastarken Laserpulse in den unterschiedlichen Experimentierkammern ergeben. Die Elektronen verhelfen der biomedizinischen Bildgebung zu neuen Röntgenquellen, und die Ionen erlauben es, neuartige Ansätze in der hochpräzisen Ionentherapie von Tumoren auszutesten. Eine derartige Strahlung  konnte bisher nur in Großforschungseinrichtungen wie Synchrotrons oder Teilchenbeschleunigernerzeugt werden.

„Auf dem Weg zu neuen Therapien geht es zunächst um den grundsätzlichen Erkenntnisgewinn“, betont Schreiber. Nach einer Phase des besseren Verständnisses und einer stärkeren Kontrolle der Laser sei es nun an der Zeit, die Technologien nutzbringend einzusetzen, und zwar zunächst auf dem Gebiet der bildgeführten Strahlenbiologie. Als experimentelle Infrastruktur bietet „CALA“ für diese interdisziplinäre Forschung eine einzigartige Plattform. So hat sich denn unter der Leitung der Medizinphysikerin Katja Parodi bereits eine Forschungsinitiative mit Beteiligung der Physik, der Chemie, der Biologie und der Medizin formiert – und natürlich ist Jörg Schreiber mit dabei.