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Was wissen Large Language Models über Grammatik?

PD Dr. Patrick Krauss und PD Dr. Achim Schilling zeigen: Sprachmodelle erfassen abstrakte Satzmuster, verarbeiten sie aber anders als das menschliche Gehirn.

Seit mehr als einem Jahrzehnt untersuchen PD Dr. Patrick Krauss und PD Dr. Achim Schilling die Frage, wie sprachliches Wissen in neuronalen Netzen repräsentiert wird. Das Forschungsprogramm begann an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg und wird heute am Mannheim Center for Neural Computation and Neuroprosthetics (MCNN) der Universitätsmedizin Mannheim der Universität Heidelberg fortgeführt.

Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Frage, ob moderne Sprachmodelle lediglich statistische Zusammenhänge zwischen Wörtern erlernen oder ob sie auch abstrakte grammatische Strukturen repräsentieren. Im Zentrum stehen dabei sogenannte Konstruktionen - wiederkehrende Form-Bedeutungs-Muster wie Transitiv-, Ditransitiv- oder Resultativkonstruktionen, die in der Konstruktionsgrammatik als grundlegende Bausteine menschlicher Sprache betrachtet werden.

Im Rahmen mehrerer Forschungsprojekte konnten Krauss, Schilling und ihre Mitarbeitenden zeigen, dass neuronale Sprachmodelle überraschend strukturierte Repräsentationen solcher Konstruktionen entwickeln. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass moderne Large Language Models nicht nur einzelne Wörter oder statistische Wortfolgen erfassen, sondern auch abstraktere sprachliche Muster lernen. Gleichzeitig zeigen die Untersuchungen, dass sich die internen Repräsentationen künstlicher Systeme in wichtigen Punkten weiterhin von menschlichem Sprachwissen unterscheiden.

Aus diesem Forschungsprogramm sind in den vergangenen Jahren zahlreiche wissenschaftliche Publikationen hervorgegangen. Die Arbeiten wurden zudem in zwei Promotionsprojekten innerhalb eines DFG-Graduiertenkollegs weitergeführt. Einen vorläufigen Höhepunkt bildet eine aktuelle Publikation in NeuroImage, die zeigt, dass Sprachmodelle umso besser menschliche Hirnaktivität vorhersagen können, je ähnlicher ihre internen Repräsentationen denen des menschlichen Gehirns sind. Ergänzend wurden zentrale Ergebnisse des Forschungsprogramms auch für ein breiteres Publikum in der Zeitschrift Gehirn & Geist aufbereitet.

Die Forschung verbindet moderne Künstliche Intelligenz mit Linguistik, Neurowissenschaft und Kognitionswissenschaft. Langfristiges Ziel ist es, besser zu verstehen, welche Prinzipien biologischer und künstlicher Sprachverarbeitung gemeinsam sind – und welche Eigenschaften menschliche Sprache bis heute einzigartig machen.

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