First Acoustic Camera
Funktionen PSI-Tools
Software PSI-Tools
Hardware PSI-Tools
Mikrophon-Arrays
Interferenzschaltungen
Weder Physik noch Software unterscheiden zwischen Optik, Akustik, Nervennetz oder elektrischem Feld: Wellenfelder sind Laufzeiträumen immanent. Input sind parallel aufgenommene Kanaldaten, aus denen per Software (vergleichbar zum optischen System) Abbildungen, Projektionen und Spektren erzeugt werden können. Hinreichend für die Analysierbarbarkeit ist einzig eine endliche Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen im Medium.
Der Untersuchung von dynamischen, pulspropagierenden, neuronalen Netzwerken verdanken wir Werkzeug und neue Methoden, mit denen Wellenfelder und Erregungskartierungen in (homogenen) Laufzeiträumen rückgerechnet werden können. Anwendungsfelder sind die Elektrocorticographie sowie akustische Lärmkartierungen. Weitere Anwendungsfelder sind in Sicht: eine Revolution auf dem Ultraschallsektor liegt nahe, Interaktionen mit dem Nervensystem stehen bevor. Neben bildgebenden Radar-Systemen sind Simulationen optischer Systeme ebenso in Sicht, wie Untersuchungen neuronaler Sphären oder akustische Bilder. Die Interferenztransformation beschreibt die wechselseitige Überführbarkeit zwischen Erregungskarten oder -raum und Kanaldaten. Als physikalisches Verfahren kann sie, etwa vergleichbar zu Fourierschen Entwicklungen einer Zeitfunktion in Sinusfunktionen, mathematisch anhand bestimmter Grenzwerte als Approximationsverfahren eines Wellenfeldes aus Kanaldaten gedeutet werden.
Bislang kaum denkbare Anwendungen stehen ins Haus, interessante Märkte stehen an der Schwelle der Erschließung. Neben 'hörenden' Ampeln wird nervliche Kommunikation möglich, neben akustischen Schallbildern können Tomographieverfahren verbessert werden. Ein 'fühlendes' Auto wird ebenso technisch machbar, wie eine Überwachung eines Hauses, eines Flugzeuges, eines Schiffskörpers oder eines Eisenbahnwaggons. Kühnste Perspektiven deuten in Richtung nervlicher Kommunikation, sei es, um Gelähmten das Gefühl zurückzugeben, um Bewußtseinserweiterungen in Richtung der Ankopplung präziser, technischer Speichermedien zu ermöglichen oder um Tastaturen überflüssig zu machen. Unbeachtet von der Medizin kann die spezifische Physik und Informatik von Schmerz beispielweise bereits simuliert werden: interferentielle Projektionen in neuronale Felder führen zu Überfeuerung und zur Erregung des gesamten Feldes, wenn die Feuerfrequenz heranführender Axonen zu hoch ist.
Die theoretischen Grundlagen sind komplex. Die an der GFaI entwickelte Software 'Parallele und Serielle Interferenzwerkzeuge' (PSI-Tools) gibt einen Vorgeschmack. Stellen wir uns ein Aquarium mit Fischen vor, aus welchem 'zig Sensoren den aktuellen Wasserstand an jeweils einer definierten Position liefern. Bei abgedecktem Aquarium ist die Position der Fische zu bestimmen. Unmöglich? Teils, teils. Einerseits wird die Ortbarkeit immer besser, je mehr Kanäle zur Verfügung stehen, andererseits sind bestimmte Laufzeitgeometrien vonnöten, um eine Ortbarkeit überhaupt zu ermöglichen.
Die Optik zeigt das Vorbild: eine Linse kann als Aufnahmeeinrichtung unendlich hoher Kanalzahl angesehen werden. Durch eine einfache Laufzeitkompensation entsteht ein spiegelverkehrtes Abbild. Dort, wo die Linse am dicksten ist, werden Lichtwellen am längsten verzögert. In PSI-Tools wird dieses Prinzip ebenfalls genutzt: Elektroden oder Mikrofone, deren Lokalisation bekannt ist, nehmen die Summe aller Erregungen auf, die sich entsprechend zeitverzögert an diesem Ort einfinden. Per Software wird, vergleichbar zur optischen Abbildung, der Bildraum rekonstruiert. Je nach Gestaltung der Versuchsapparatur entstehen Abbildungen (Projektionen) oder Interferenzmuster oder beides ineinander. Das Tool vermittelt einen Eindruck von den vielfältigen Möglichkeiten pulspropagierender oder wellenpropagierender Systeme. Neben Bildverzerrungen infolge einfacher Laufzeitveränderungen (Moving, Zooming) können Bilder ineinander gefügt werden (konjugierte Abbildungen), oder frequenzmodulierte sensorische Amplituden (Interferenzmuster) sind zusammen mit Projektionen (Abbildungen) speicherbar. Auch lassen sich (neuronale) Bursts erstmals als Adressen der biologischen Informationsübertragung dechiffrieren. Interferenzschaltungen sind also nicht nur ortsselektiv oder codeselektiv oder frequenzselektiv, sie sind als Überbegriff aufzufassen.
Eine Eigenheit besitzen alle Abbildungen aus Laufzeiträumen: sie sind spiegelverkehrt und topologisch. Darunter verstehen wir, daß ein auf der Sendeseite (Generatorraum) zusammenhängendes Gebiet auch im Empfangsraum (Detektor) zusammenhängt. PSI-Tools arbeitet auf zwei verschiedenen Wegen: einerseits kann der Generatorraum rekonstruiert werden: das ist für analytische Belange interessant (Schall-Bilder, Erregungskartierung). Andererseits kann auch ein Detektorraum völlig veränderter Geometrie gewählt werden, um Projektionen in diesen Raum zu bestimmen. Auf diesem Wege ist es möglich, neuronale Interferenzen (Überlagerungen) nachzuvollziehen und Erregungskartierungen zu berechnen, oder auch optische Abbildungssysteme zu simulieren.
Kernalgorithmus ist die Interferenztransformation: sie beschreibt die Umformbarkeit von Kanaldaten in Erregungskartierungen und umgekehrt. Interessanterweise liefert das Verfahren nicht nur die Kartierung selbst, sondern auch die Entwicklung des Wellenfeldes. Der Computer verhält sich perfekt selbst wie ein Laufzeitraum oder Wellenfeld. Verschiedene Analysearten sind einstellbar: neben Interferenz-Movies, die die Entwicklung eines Wellenfeldes nachvollziehbar machen, sind Interferenzintegrale generierbar, die die Abbildung selbst ausmachen.
Sollten Sie auf den Geschmack gekommen sein, dieses höchst komplexe, und zugleich höchst simple Werkzeug, welches viele Bereiche der Wellenphysik auf einfachste Art nachvollziehbar macht, näher kennenzulernen: Im Internet finden Sie unter
http://www.gheinz.de/index.html
weitere Details, insgesamt ca. 20 Megabyte Movies, Bilder und Texte. Eines scheint gewiss: zur Aufklärung biologischer Informatik und zur Entwicklung verschiedendster technischer Verfahren sollten Interferenztechniken zukünftig sogar Physik- und Biologielehrer erreichen!
