Prof. Dr. Gabriele Gramelsberger, Aachen
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2012-2020 SNF Forschergruppe (Projektleitung: Hannes Rickli (ZHdK Zürich) in Kooperation mit Christoph Hoffmann (Universität Luzern), Hans-Jörg Rheinberger (MPI-WG Berlin/BBAW Berlin), Phillip Fischer (AWI Helgoland), Hans Hofmann (Universität Texas, Austin) und Gabriele Gramelsberger (RWTH Aachen)
Gesamtprojektbeschreibung
Die fortschreitende Digitalisierung durchdringt sämtliche Lebensbereiche und hat auch weitreichende Folgen für die Praxis der Biologie und der Kunst. In den Naturwissenschaften wird ein Wandel von der theoriegeleiteten zur datengetriebenen Forschung beobachtet, die, so wird behauptet, nicht nur eine weitere technologische, sondern eine "epistemologische Revolution" sei. Das vorliegende Vorhaben geht dieser Entwicklung nach und nimmt in fünf parallelen Teilstudien die Forschungspraxis zweier Arbeitsgruppen in den Blick, die im Bereich der Verhaltensbiologie von Fischen arbeiten (Fischakustikforschung des Alfred Wegener Institut Helgoland, Fischverhaltensforschung des Hofmann Lab Austin University). Anhand dieser Laborbeispiele auf Helgoland und in Austin Texas fragt das Projekt Computersignale nach den konkreten Auswirkungen, die die Methoden zunehmend automatisierter Datengewinnung, -selektierung, -auswertung und -prozessierung auf den Forschungsbetrieb, seine Organisation und Handlungen haben.
»Projektseite ZHdK (external link, german)
Publikationen
Philipp Fischer, Gabriele Gramelsberger, Christoph Hoffmann, Hans Hofmann, Hannes Rickli, Hans-Jörg Rheinberger (eds, 2020): Natures of Data. A Discussion between Biology, History and Philosophy of Science and Art, Zürich/Berlin: diaphanes / The University of Chicago Press. »diaphanes Table of content
Inhalt
Introduction 9–28
Data 31–61
Software 65–93
Infrastructures 97–114
In silico 117–138
Experiments, Traces, Data Streams. A Reminiscence 141–144
Participants 145–147
List of Illustrations 149–150
Index 151–153
Philipp Fischer, Gabriele Gramelsberger, Christoph Hoffmann, Hans Hofmann, Hannes Rickli, Hans-Jörg Rheinberger (2016): Rigi-Gespräch »Website Computer Signals
Automatisierung des Beobachters (Teilprojekt Gabriele Gramelsberger)
Wie das gemeinsame Fallbeispiel der Fischakustikforschung am Alfred Wegener Institut Helgoland zeigt, vollzieht sich die digitale Durchdringung des Experimentalsystems in einem ersten Schritt als ‚Automatisierung der Beobachtung‘. Dazu wurde das bestehende Experimentalsystem – Wasserbecken mit Fischen (‚Arena‘), vier Hydrophone im Abstand von 30 cm zueinander, analoge Kamera mit Weitwinkelobjektiv und Nachtsichtfunktion – durch eine Medientechnologie der Detektion, Aufzeichnung und Auswertung erweitert. Die analogen Videosignale sowie die 4-Ton-Audiosignale wurden in ein Digitalsystem überführt, d.h. die Signale wurden digitalisiert, gespeichert und mit Hilfe von Algorithmen automatisiert ausgewertet. Voraussetzung dafür ist es, die Aufgabe eines menschlichen Beobachters in die Auswertungsalgorithmen in Form standardisierter Bewertungsmetriken zu verlagern. Dazu wurden avancierte Auswertungstechniken entwickelt, welche die Audiosignale basierend auf Mustervergleiche bewerten und diese Bewertung Algorithmen-intern in Form eines ‚Likelihood score‘ evaluieren. Laut Angaben der Forscher lässt sich mittlerweile eine 95-prozentige Identifizierungsrate relevanter ‚Beobachtungsevents‘ erzielen. Die automatisiert gewonnenen Beobachtungen werden dann mit Hilfe der zeitlichen Kodierung mit dem Videosignal koordiniert.
Diese Automatisierung der Beobachtung bezogen auf ein konkretes Experimentalsystem – Ergebnis mehrjähriger Forschungen – erlaubt nun den nächsten Schritt der Durchdringung des Experimentalsystems mit dem Digitalsystem. Dabei tritt die ‚Natur‘ des Digitalen zu Tage, die sich auch als Logik der Daten charakterisieren lässt:
i. Durch die Automatisierung der Beobachtung sind wesentlich mehr Daten generierbar als dies einem menschlichen Experimentator und Beobachter möglich wäre (aktuell handelt es sich um 700 Gigabyte Daten/Woche)
ii. Durch die rapide Zunahme an Daten, aber vor allem automatisch identifizierten Beobachtungsevents, eröffnet sich der Forschung ein zeitlich hochaufgelöster Einblick in die Experimente, wie er zuvor nicht möglich war.
iii. Die zeitlich höhere (und auch räumlich verbesserte) Auflösung geht mit einer weiteren Zunahme der Datenmengen einher, die wiederum eine Verbesserung und Erweiterung des Digitalsystems erfordern, usf. Die Erweiterung des Digitalsystems verändert dabei nachhaltig das Experimentalsystem.
iv. Seit Neuestem kommen weitere Automatisierungsschritte in der Bildanalyse durch Machine Learning hinzu.
Diese Logik der Daten, die eine moderne Version der Aristotelischen Auflösung und Zusammensetzung der Phänomene als ‚Auflösung der Phänomene in Daten und Neuzusammensetzung der Daten in Beobachtungsevents‘ darstellt, ist eine digitale – im Sinne Nelson Goodmans als Setzung unüberschreitbarer Differenzen (Goodman 1976). Als solche metrisiert sie das komplette Experimentalsystem in einem zunehmend feineren Raum-Zeit-Raster. Eben in dieser Metrisierung liegt das eigentliche Durchdringungspotenzial des Digitalsystems. Dabei kann sich die zunehmende Metrisierung der Experimentalsysteme in unterschiedlicher Weise materiell zeigen:
Sie kann von der GPS-gesteuerten Ortung bis zum visuellen Tracking der einzelnen Versuchstiere reichen, sie kann aber auch als Ausstattung des Experimentalsystems mit einem Netz an Sensoren und Aktoren realisiert werden. Diese Metrisierung ist notwendig, um die Möglichkeiten der Automatisierung der Beobachtung auszuschöpfen und raum-zeitlich hochaufgelöste Experimente durchzuführen; solche Experimente stellen für die Verhaltensbiologie eine neue Methode der Wissensgenerierung dar. Die Logik der Daten schreibt sich dabei als ein dichtes Netz von raumzeitlich eineindeutigen Lokalisationen von Differenzen in das Experimentalsystem ein. Die Metrisierung verändert die epistemische Verfassung der Experimente. Sie erlaubt es, neue Fragestellungen zu untersuchen, doch sie unterliegt dabei ihren eigenen Bedingungen. Welche epistemischen Folgen die zunehmende Metrisierung der Experimentalsysteme durch das Digitale mit sich bringt, ist Ziel der weiteren Forschung am Experimentalsystem des AWI Helgoland. Grundsätzlich ist festzustellen, dass die Einschreibung der Datenlogik in Experimentalsysteme die epistemische Verfassung der Experimente verändert und so neue Voraussetzungen für einen weiteren Schritt der Durchdringung der Experimentalsysteme mit Digitalsystemen schafft.
Das Teilprojekt wurde während meiner Tätigkeit an der Kunsthochschule für Medien Köln begonnen (2012-2014) und während des Fellowships (WS 2014-2016) am DFG-Forscherkolleg MECS "Medienkulturen der Computersimulation" der Leuphana Universität Lüneburg weitergeführt. Dort wurde es vor allem auf die Automatisierung der Beobachtung in Simulationsmodellen hin befragt. Seit Herbst 2017 ist mein Teilprojekt an der RWTH Aachen angesiedelt.
Aktivitäten
6.-7. März 2020, Abschlusstagung im Kunstraum Walcheturm, Zürich
2020 Buchpublikation der Forschergruppe "Computersignale"
15.-16. November 2018, Arbeitsworkshop der Forschergruppe, Au am Zürich See
21.-24. September 2017, Arbeitsworkshop der Forschergruppe, AWi Helgoland
1.-3.September 2016, Arbeitsworkshop der Forschergruppe, Rigi Kulm
12.-13. März 2016, Arbeitsworkshop der Forschergruppe, ZHdK Zürich
26.-27. November 2014, "Computersignale", Workshop der Forschergruppe "Computersignale", MECS DFG-Forscherkolleg, Leuphana Universität Lüneburg (in Kooperation mit der ZHdK Zürich)
20.-21.März 2014, Arbeitsworkshop der Forschergruppe, ZHdK Zürich
1.-2. März 2013, "Fragile Daten", Internationale Konferenz der Forschergruppe "Computersignale", BBAW Berlin-Brandenburgische Akademie der Wissenschaften, Berlin
23.-26.Oktober 2012, Auftaktworkshop der Forschergruppe "Computersignale", AWI Helgoland
Kooperationspartner
Züricher Hochschule für Gestaltung, Universität Luzern, Max-Planck-Instut für Wissenschaftsgeschichte Berlin/Berlin-Brandenburgische Akademie der Wissenschaften, Schering Stiftung Berlin, Kunsthochschule für Medien Köln (2012-2014), DFG-Forscherkolleg MECS "Medienkulturen der Computersimulation" der Leuphana Universität Lüneburg (2014-2016), RWTH Aachen (seit 2017).
Förderung
Der schweizer Teil der Forschergruppe an der Züricher Hochschule für Gestaltung wird aus Mitteln des SNF Schweizer Nationalfonds gefördert. Die verschiedenen Teilprojekte und Aktivitäten wurden von Seiten der Kooperationspartner gefördert.