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Stochastische Resonanz bezeichnet das Phänomen, dass unter bestimmten Voraussetzungen schwache Signale besser detektiert werden können, wenn sie verrauscht sind. Die Voraussetzungen für Stochastische Resonanz sind ein nichtlineares System und ein schwaches Signal, dem ein Rauschen überlagert ist.

Vergleichbar mit dem Phänomen der Resonanz, bei dem es eine beste Anregungsfrequenz gibt, gibt es bei der Stochastischen Resonanz eine Intensität des Rauschens, bei der das Signal am besten detektiert werden kann. Diese Intensität ist scheinbar paradoxerweise nicht Null.

Der Begriff Stochastische Resonanz wurde 1981 von Italienischen und Belgischen Physikern geprägt, um die periodische Wiederkehr von Eiszeiten zu erklären.

Beispiel

Ein einfaches Beispiel für Stochastische Resonanz, dargestellt ist ein Zeitsignal

Das nichtlineare System in dem in nebenstehender Abbildung dargestellten neuronal motivierten Beispiel ist die Schwelle (blau), bei deren Überschreitung ein Aktionspotential, dargestellt ebenfalls in blau am unteren Bildrand, ausgelöst wird. Das Signal (rot) verläuft stets unterhalb der Schwelle. Wird aber Rauschen zu dem Signal addiert (schwarz), so wird die Schwelle gelegentlich überschritten. Die Wahrscheinlichkeit dafür ist in den Maxima des unverrauschten Signals höher als in den Minima. Bei sehr geringer Rauschintensität wird die Schwelle nie überschritten, bei sehr hoher hingegen bildet sich in der dichten Folge von Aktionspotentialen das Signal nicht mehr gut ab. Eine mittlere Rauschintensität ist für die Abbildung des Signals nach der nichtlinearen Stufe optimal.

Weblinks

• Review of Modern Physics, Vol. 70 (1), p.223-287 (1998) (PDF; englisch)
• IEEE Spectrum Article, April 2005 (englisch)

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