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M.DONALD: EVOLUTION DES MENSCHLICHEN BEWUSSTSEINS – Kurzbesprechung, Teil 2

Anderer, Bedeutung, Bedeutungsbeziehung, empirisch, empirische Phänomene, Empirische Theorie, empirische Wissenschaft, Erklärung, Erklärung - empirische, Gedächtnis, Gedächtnis - episodisch, Gedächtnis - räumlich, Gedächtnisstruktur, Gedankengemeinschaft, Gedankliche Gemeinschaft, Gegenstand - intentionaler, Gegenstand natürlich, Gehirn, Geist, Genetik, Genetische Evolution, Genetischer Bauplan, Genom, Genotyp, Lernen, Mind - Geist - Verstand - Vernunft, Ontogenese, Phänotyp, Selbst, Semiotik, Semiotische Maschine, Semiotisches System, Sprache, Sprachmaterial, Sprecher, Steels - Luc, Symbolische Evolution, Symbolische Fähigkeit, Symbolische Ko-Evolution, System, System - semiotisches, Verhalten, Verhaltensmuster, Verhaltensmuster - reziprok

Diesem Beitrag ging voraus Teil 1.

1) Das siebte Kapitel ist überschrieben ‚The First Hybrid Minds on Earth‘ (etwa: ‚Die ersten hybriden Geister auf der Erde‘). (S.252)
2) [Anmerkung: Das Problem ist, dass es für den Plural des englischen Begriffs ‚minds‘ in diesem Kontext keine direkte Übersetzung gibt. Die Übersetzung ‚Geister‘ ist eher irreführend, da mit ‚Geister‘ im Deutschen etwas anderes assoziiert wird als mit dem Plural von ‚minds‘. Das liegt daran, dass der deutsche Singular ‚Geist‘ einmal die ‚geistige Kapazität‘ im allgemeinen meinen kann, aber auch ein ontologisch schillerndes Wesen, das als ‚Geist‘ zwar ‚irgendwie‘ da ist, aber nicht so, wie ein reales Wesen. Von der ‚geistigen Kapazität‘ im Singular gibt es im Deutschen aber keinen wirklichen Plural, also die ‚geistige Kapazität‘ in vielfachen Ausprägungen, viele ‚reale‘ Wesen mit einem ‚realen‘ Geist. Die Übersetzung von ‚mind‘ als ‚Verstand‘ oder ‚Vernunft‘ ist nicht ganz falsch, aber auch nicht ganz richtig. Aber auch von ‚Verstand‘ und ‚Vernunft‘ gibt es im Deutschen keinen Plural! Das ist eigentlich interessant. Warum kann man im Deutschen von ‚Geist‘, ‚Verstand‘ und ‚Vernunft‘ nicht im Plural sprechen bzw. denken? Faktisch sind diese Eigenschaften an individuelle Körper gebunden, von denen es viele gibt. Warum kann man im Deutschen dann nicht von ‚den Geistern‘, den ‚Verständen‘, ‚den Vernünften‘ sprechen? Ich denke, hier zeigt sich in der Sprache etwas, das man nicht so einfach hinnehmen sollte.]
3) Das Kapitel startet mit der These, dass die Entwicklung ’symbolischer Fähigkeiten‘ (’symbolic skills‘) nicht durch Beschränkung auf ein isoliertes Gehirn alleine erklärt werden können, da es sich um Phänomene handelt, die ‚inhärent vernetzte Phänomene‘ (‚inherent network phenomena‘) sind.(vgl. S.252)
4) [Anmerkung: Wenn ich einen Körper als Ansammlung von vielen Zellen (ca. 14 Billionen, 14 * 10^12) verstehe, die in ihrer Ausformung von einem genetischen Bauplan und seiner ‚Umsetzung‘ in Form von ‚Wachstum‘ abhängig sind, dann kann ich die genetische und die ontogenetische Maschinerie natürlich bis zu einem gewissen Grad beschreiben, ohne explizit Bezug auf externe Faktoren zu nehmen. Eine solche Beschreibung ist auch nicht ‚falsch‘, da das, was ich beschreibe, ja empirisch aufweisbar ist. Dennoch kann diese empirische nicht falsche Beschreibung in ihrem Verzicht auf korrelierende Kontext-Faktoren möglicherweise entscheidende Faktoren ‚unterschlagen‘ (‚verdrängen‘,…). Dies wäre dann der Fall, wenn sich die ‚körperinternen‘ Faktoren in ihren Veränderungen nur ‚verstehen lassen würden‘, wenn man die korrelierenden Faktoren einbeziehen würde. Verstehen ist aber relativ, kriterienabhängig: welche Eigenschaften erscheinen einem ‚wichtig‘, so dass man sie in eine Erklärung einbeziehen möchte? ]
5) [Anmerkung: In einer empirischen Erklärung gelten nur Phänomene, die notwendig sind, um das Auftreten eines bestimmten Phänomens auch in Form einer Voraussage ‚erklären‘ zu können, etwa: Wenn X gegeben ist, dann wird Y mit einer Wahrscheinlichkeit von p auftreten. Wenn ich mehrere biologische Arten A1, …, Ak habe, die eine Eigenschaft P0 gemeinsam haben, sich aber jeweils in mindestens einer Eigenschaft P1, …, Pk voneinander unterscheiden, dann würde eine Beschränkung auf P0 zwar nicht falsch sein, aber eben nicht alles erklären. Um die Art Ai in ihrer Besonderheit erklären zu können, müsste ich die Eigenschaften P0 + Pi erklären, nicht nur P0 alleine.]
6) [Anmerkung: Wie im Falle biologischer Systeme bekannt, entwickeln sich besondere Arten Ai mit einer Spezialeigenschaft Pi in der Regel immer in Abhängigkeit von einer besonderen Umgebungseigenschaften Ei. Dies bedeutet, man kann das Auftreten der Eigenschaft Pi bei der Art Ai nicht ‚verstehen‘, wenn man die korrelierende Eigenschaft Ei nicht berücksichtigt. Aus diesem Grund betrachtet die moderne Biologie biologische Systeme Ai niemals isoliert, sondern immer nur im Kontext von jeweiligen umgebenden Lebensräumen Ei und die ‚Wechselwirkungen‘ zwischen Umgebung und der Population der Art Ai. Diese Wechselwirkungen setzen sich zusammen aus individuellen Eigenschaften des jeweiligen individuellen biologischen Systems (z.B. spezifische Wahrnehmungsfähigkeit, Verdauungsfähigkeit, Bewegungsform, usw.) und verbunden damit mit der Zahl der Nachkommen während der Lebenszeit. Die individuellen Fähigkeiten erweisen ihre Bedeutung in der Fähigkeit, dass die Population als Ganze in jeder Generation über hinreichend viele und fähige Nachkommen verfügt. Diese Sicht der Dinge war in der Biologie nicht immer schon da; sie musste Schritt für Schritt erarbeitet werden.]
7) [Anmerkung: Die These von Donald , dass man den Kontext einbeziehen muss, ist von daher einerseits nichts grundlegend Neues. Andererseits legt er den Finger auf Kontexteigenschaften, die als solche qualitativ verschieden sind von den vorausgehenden. ‚Symbole‘ sind vieldeutige Werkzeuge, die der Mensch so in der Natur nicht vorgefunden, sondern die er selber geschaffen hat. In dem Maße, wie er sie geschaffen hat, können sie zu einem Teil seiner Umgebung werden, die wie die ’natürliche‘ Umgebung auf ihn ‚einwirken‘ kann. Und hier kommt die nächste Besonderheit: Symbole als Umgebung wirken nicht nur physisch auf den Menschen ein wie die natürliche Natur, sondern sie beeinflussen die gedanklichen Prozesse des Menschen, sie bilden ‚Formen‘, ‚Muster‘, ‚Regeln‘, Strukturen‘, ‚Inhalte‘ usw. der gedanklichen Prozesse, mit Hilfe deren sich der Mensch in seiner Welt ‚orientiert‘. Die Orientierung besteht darin, dass der Mensch ‚im Medium seiner Gedanken‘ seine Wahrnehmungen von der Welt (und sich selbst) ‚interpretiert‘. Anders gesagt: mit den Symbolen als Werkzeug schafft der Mensch eine Umgebung, die auf ihn zurückwirken kann, und mit Hilfe von der er die Welt interpretiert; eine bizarre ‚Rückkopplung‘. Dies ist keine genetisch-ontogenetisch vermittelte Koevolution sondern eine symbolisch vermittelte Koevolution ‚mit sich selbst‘; das ist eine neue Qualität. Der Mensch schafft sich in symbolischen Räumen ein Medium, das als dieses Medium auf sein Denken zurückwirkt und darin permanent sein Medium verändert.]
8) [Anmerkung: Verglichen mit der genetischen basierten Evolution ist diese Art von symbolischer Koevolution um Dimensionen schneller. Durch die ‚Ungleichzeitigkeit‘ von genetischer und symbolischer Koevolution ist ein massiver Konflikt vorprogrammiert: wird die schnellere symbolische Evolution die langsamere genetische Evolution letztlich strukturell verändern können (durch ‚Gentechnik‘) oder wird die symbolische Evolution durch Schaffung eines ‚künstlichen Geistes‘ die genetische Evolution überflüssig machen? ]
9) Diese These bedeutet im Fall der Sprache, dass es – nach Donald — nicht die Fähigkeit zum Sprechen als solche war, die zum Phänomen der Sprache in ihrem vollem Umfang geführt hat, sondern in der Bildung von ‚gedanklichen Gemeinschaften‘ (‚cognitive communities‘). Dies bedeutet, das Zusammensein und das Zusammenwirken von mehreren Menschen als solchen muss gegeben gewesen sein, damit sich aus einem elementaren ‚Sprechen‘ ein ‚Sprache‘ entwickeln konnte. (vgl. SS.252-254)
10) [Anmerkung: So suggestiv diese Formulierungen von Donald klingen mögen, so erscheint mir doch Vorsicht geboten. Wie schon das einfache Beispiel mit den beiden Nervenzellen A und B andeutete, die ein UND oder OR-Gatter realisieren: der einzelnen Zelle kann man dies Eigenschaft nicht ansehen. Noch kann man sagen, dass A sich nur so entwickeln konnte, weil es B gab (oder umgekehrt); in dem Falle reicht es aus, dass sowohl A als auch B bestimmte Grundeigenschaften besitzen, die in Kombination unterschiedliche Funktionen ‚zeigen‘. Das gleiche gilt für Atome; auch wenn man nicht sagt, dass Wasserstoff ‚H‘ sich bilden musste, weil es Sauerstoff ‚O‘ gab (oder umgekehrt), gilt, dass eine Kombination von ‚H‘ und ‚O‘ zu ‚H2O‘ möglich ist und dann in dieser Kombination ’neue‘ Eigenschaften zeigt. M.a.W. das Vorkommen von einzelnen Gehirnen im Rahmen einer Population bedeutet, dass die Gehirne ‚ihre eigene Umgebung‘ sind. Das Besondere wäre nicht die Umgebung als solche, sondern die Tatsache, dass Gehirne spezielle Eigenschaften besitzen, die, wenn sie auf ein anderes Gehirn treffen, ’sichtbar‘ werden. Im Falle der Sprache als einem vernetzten Beziehungssystem von ‚Sprachmaterial‘ (‚token‘) ‚Z‘, möglichem ‚intentionalem Gegenstand‘ ‚O'(‚real‘ oder ‚gedacht‘), ‚gewusster Bedeutungsbeziehung‘ ‚B: Z <---> O‘ und einem ’semiotischen System‘ ‚S‘ als Träger und Realisator dieser Bedeutungsbeziehungen, sind Gehirne in einem Körper – soweit wir sie kennen – die idealen Mediatoren für Sprache: Gehirne können intentionale Gegenstände O ‚repräsentieren‘, sie können Zeichenmaterial Z ‚produzieren‘, sie können beliebige Bedeutungsbeziehungen B realisieren, und sie können diese Fähigkeiten als dynamische Systeme kontinuierlich einsetzen. Dies bedeutet, die Präsenz von mindestens zwei Gehirnen bietet alle Voraussetzungen dafür, dass sich Sprache bilden kann. ]
11) [Anmerkung: Vor diesem Hintergrund erscheint es bemerkenswert, dass die Wissenschaft sich bislang so schwer tut, Sprachbildungsprozesse mit dem Computer nach zu vollziehen. Seit den pionierhaften Talking-Heads Experimenten eines Luc Steels sind wir nicht viel weiter gekommen (siehe Quellen unten) (vergleicht man die Forschungsmittel, die generell ausgegeben werden mit jenen, die für Forschungen zur künstlichen Intelligenz ausgegeben werden, so ist der Betrag für künstliche Intelligenz so niedrig, dass man ihn kaum in Prozenten ausdrücken kann. Aber ich bezweifle, ob es nur am Geld liegt.]
12) Das erste, was Kinder in solchen gedanklichen Gemeinschaften lernen müssen, das ist ein Satz von ‚reziproken Verhaltensmustern‘, in denen man sich wechselseitig der Aufmerksamkeit versichern kann. Dies wiederum geht nur, sofern die Gedächtnisstrukturen hinreichend differenziert sind. Objekte, Relationen, Strukturen, Rollen, Abläufe usw. müssen erinnert werden können; Selbstmodelle und Fremdmodelle, die Metareflexionen voraussetzen. Dies alles impliziert komplexe Lernprozesse, die wiederum Zeit brauchen und entsprechende soziale Umgebungen, die dazu beitragen, dass bestimmte Muster ’sozial einprogrammiert‘ werden. (vgl.SS.254-257)
13) [Anmerkung: Aufgrund des nachweisbaren Zusammenhangs zwischen bestimmten Umgebungseigenschaften Ei und bestimmten Eigenschaften Pi einer bestimmten Art Ai ist die Versuchung groß, diesen Zusammenhang ‚kausal‘ zu interpretieren, also im Sinne ‚weil‘ es Ei gibt, daher bildete sich Pi heraus. Mir scheint, dies ist – wenn überhaupt – höchstens die ‚halbe Wahrheit‘. Bedenkt man die Funktionsweise der genetischen basierten Evolution, so ist die primäre Quelle von möglichen Strukturen das Wechselspiel von Selbstreproduktion des genetischen Codes und der molekularen Übersetzung des Codes in Proteinstrukturen als Ontogenese. Dies bedeutet, dass – egal welche Umgebungseigenschaften jeweils gegeben sind – primär der verfügbare genetische Code und dessen molekulare Übersetzung darüber entscheidet, was sich überhaupt an Strukturen bilden kann. So könnte es grundsätzlich auch so sein, dass die Menge der genetisch bedingten Strukturen grundsätzlich nicht zu den umgebungsmäßig gegebenen Eigenschaften Ei passen würde. In diesem Fall könnten die Umgebungseigenschaften niemals ‚bewirken‘, dass sich ‚geeignete‘ Strukturen bilden. Der Eindruck von möglichen kausalen Zusammenhängen ist ‚beobachterabhängig‘ und eher ein ‚Artefakt des Denkens‘. Dass es zu scheinbaren ‚Anpassungen‘ kommen kann ist zwar ein ‚Auswahlprozesse‘ (Selektion‘), aber nicht in dem Sinne, dass die gegebenen Umgebungseigenschaften Ei aller erst die speziellen genetischen Eigenschaften Gi schaffen, die zu den phänotypischen Eigenschaften Pi führen, sondern weil der genetische und ontogenetische Prozess ‚von sich aus‘ die Eigenschaften Gi bereitstellen kann bzw. sie bereitgestellt hatte können diese dann ’selektiert‘ werden, weil jene Phänotypen, die aus diesen Gi hervorgegangen sind, mehr Nachkommen haben, als jene Phänotypen, die aus einem anderen Genotyp Gj hervorgegangen sind. Die Dramaturgie von geologischem Erdprozess und genetisch basierter Evolution ist damit in keiner Weise aufgeklärt; hier gibt es mehr Fragen als Antworten.‘]
14) Donald ergänzt seine Bemerkungen zum Gedächtnis dahingehend, dass er für das menschliche Gedächtnis postuliert, dass es die beobachtbaren Verhaltensleistungen nur unterstützen kann, wenn es in viele funktional differenzierte Bereich aufgegliedert ist, die parallel arbeiten können. So müssten wir grundsätzlich unterscheiden können zwischen ‚Selbst‘ und ‚Anderer‘, ‚Gegenwart‘, ‚Vergangenheit‘ und ‚Zukunft‘. (vgl. SS.257-259)
15) [Anmerkung: Es ist interessant, wie vage und allgemein die Aussagen zum Gedächtnis sind, obgleich doch gerade das Gedächtnis so zentral sein soll für die symbolisch vermittelte Kultur (ein ähnliches Phänomen war bei Norman zu beobachten. Auch bei ihm waren die Aussagen zum Gedächtnis sehr vage, plakativ, nicht durch harte empirische Modellbildung abgesicherten. Andererseits, wenn man sieht, wie schwer sich selbst die neuesten neurowissenschaftlichen Forschungen zum Raumgedächtnis und episodischen Gedächtnis tun, dann darf man Donald hier nicht zu hart kritisieren. Aber zumindest sollte er dann darauf hinweisen, dass es ziemlich spekulativ ist, was er da sagt…]

LITERATURHINWEISE

Steels, L.; Cooperation between distributed agents through self-organisation, Intelligent Robots and Systems ’90. ‚Towards a New Frontier of Applications‘, Proceedings. IROS ’90. IEEE International Workshop on, pp. 8 – 14 supl, 1990
Steels, Luc (1990) „Components of Expertise“ , AI Magazine Volume 11 Number 2 (1990), pp. 28-49.
Steels, L.; Mathematical analysis of behavior systems, From Perception to Action Conference, 1994., Proceedings, pp. 88 – 95, 1994
Steels, L.; A self-organizing spatial vocabulary, Artificial Life Journal, 2(3), pp. 319-332, 1995
Steels, L.; Language Games for Autonomous Robots, IEEE Intelligent Systems , Volume 16 Issue 5, pp.16 – 22, 2001
Steels, Luc; (2001) Grounding Symbols through Evolutionary Language Games. In: Cangelosi A. and Parisi D. (Eds.) Simulating the Evolution of Language Springer.
Steels, L.; Evolving grounded communication for robots, Trends in Cognitive Science 7(7), July 2003, pp.308 – 312
Steels, L.; Semiotic Dynamics for Embodied Agents, Intelligent Systems, IEEE, Volume: 21 , Issue: 3, pp. 32 – 38, 2006
Steels, L.; The Symbol Grounding Problem has been solved. So What’s Next?, In Glenberg, A.; Graesser, A.; Vega, M. de; (Eds.), Symbols, Embodiment, and Meaning, Oxford University Press, pp. 506-557, 2008
Steels, L.; Work on Symbol Grounding now needs concrete Experimentation, Intern. J. of Signs and Semiotic Systems, 1(1), pp. 57-58, 2011
Steels, Luc (2011) „Design Patterns in Fluid Construction Grammar“ , Amsterdam: John Benjamins Pub.
Steels, Luc (2011) „Modeling the cultural evolution of language.“ Physics of Life Reviews, 8(4) pp. 339-356.

Fortsetzung folgt in Teil 3.

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NOTIZ: ZAUBER DES (UNVOLLSTÄNDIGEN) AUGENBLICKS….

Augenblick, Chaos, Gedächtnis, Gedächtnis - episodisch, Gedächtnis - räumlich, Gesamtbild, Gut, Gut(es), Kontext, Ordnung, Prozeß, Schlecht(es), soziale Kosten, Soziales Netz, Sozialität

1) Wir alle sind auf ganz unterschiedliche Weise beständig und unauflösbar eingebunden in Kontexte: zeitlich in Ereignisketten, räumlich an konkreten Orten als ‚Teil eines größeren Ganzen‘, sozial als ‚Elemente‘ in ‚Beziehungsgeflechten‘, als ‚passiv Wahrnehmende‘, als ‚aktiv Handelnde‘, …..
2) In jedem Moment sind wir angefüllt mit Eindrücken, Gefühlen, Erinnerungen, Gedanken, Bedürfnissen, die aufgehen in einer ‚Grundstimmung‘ von sich ‚OK‘ fühlen oder ’nicht OK‘, ‚traurig‘ oder ‚freudig‘, ‚ruhig‘ oder ‚gehetzt’…..
3) Im einzelnen Moment erscheint es schwer – bis unmöglich? –, sich ein ‚Gesamtbild‘ zu machen.
4) Solange die ‚Ereignisse‘ um einen herum auf einen ‚einprasseln‘, wenig bis gar nicht beeinflussbar, dringen sie in uns ein, erwecken Gefühle, provozieren Assoziationen, nisten sich ungefragt ins Gedächtnis ein, machen sich dort breit, und die eigenen ‚Reaktionen‘ werden mehr und mehr ‚ausgeblutet‘ von dem, was einfach passiert ohne klare Linie, ohne klares Konzept, getrieben, willenlos, ‚leer‘?, auf der Suche nach den Ereignissen, die aus sich heraus ‚Kick‘ bieten oder ‚Vergessen‘, in einem nicht abreißenden Strudel von Chaos, bis zum totalen Vergessen….
5) Während der einzelne in solch einem Modus des ‚Getriebenwerdens‘ ‚dahintrudelt‘, ohne klares Verständnis warum, wozu, wohin, kann es einen Unterschied machen, wo er ist, mit wem: wenn alle planlos dahintrudeln dann treibt der Gesamtzustand einem der vielen möglichen Chaoszustände entgegen. Jeder verschärft durch sein individuelles Chaos das ‚große Chaos‘.
6) Sollte aber ‚aus der Vergangenheit‘ eine räumlich-soziale ‚Ordnung‘ (welcher Art auch immer) ‚wirksam‘ sein, die die einzelnen Körper räumlich ‚leitet‘, die das einzelne Wahrnehmen, Verstehen und Handeln aufgrund von ‚bekannten‘ internalisierten ‚Regeln‘ ‚beeinflusst‘, dann kann der einzelne, auch wenn er selbst im Augenblick nichts oder nicht viel ‚versteht‘ durch ‚Einhaltung der gegebenen Ordnung‘ sein persönliches Chaos abschwächen, minimieren: er selbst versteht nicht viel bis gar nichts, aber die ‚allseits geteilten Regeln‘ ‚organisieren‘ die einzelnen Ereignisse und Handlungen in einer Weise, dass sie eine gewisse ‚Stabilität‘ realisieren, eine ‚Quasi-Ordnung‘, die ‚Wiederkehr‘ bietet, ‚Wiedererkennen‘, ‚Erhalt‘ von lebensnotwendigen Dingen wie wohnen, Ernährung, Grundbeziehungen, minimale Informationen….
7) Mit anderen Worten: ein persönlich-individuelles ‚Chaos‘ kann durch eine ‚überindividuelle‘ ‚Quasi-Ordnung‘ ‚vor sich selbst‘ geschützt werden.
8) Bedenkt man, dass für fast alle Lebensprozesse eine zeitliche Aufeinanderfolge von vielen Ereignissen und Handlungen notwendig ist, dazu ein ‚Ineinandergreifen‘ von vielen Handlungen, dann ist klar, dass ein einzelner – egal was er denkt – niemals alleine irgendeine Art von ‚lebenserhaltender Ordnung‘ schaffen kann.
9) Der ‚individuelle Augenblick‘ als solcher ist weder ‚gut‘ noch ’schlecht‘. Er kann ‚Ordnung‘ nur in einem ‚Zusammenhang‘ finden, in einem ‚Jetzt‘ eingebettet in ‚Erinnerungen‘, die einen ‚Zusammenhang‘ erkennen lassen. Kognitive Zusammenhänge bilden sich aber nicht einfach spontan, sie erfordern ‚Denken‘ und ‚Kommunikation‘, sie setzen einen sozialen Raum voraus, der Voraussetzungen liefert, ohne die es keine ‚geeigneten‘ Augenblicke geben kann.
10) Andererseits lebt der soziale Raum, die Interaktion, die Verfügbarkeit von Ereignissen auch direkt von jedem einzelnen individuellen Augenblick: nicht nur die ‚Reproduktion‘ einer ‚bekannten‘ Ordnung setzt den entsprechenden Beitrag des einzelnen voraus (der in der Regel hoch ist!), noch mehr eine mögliche ‚Veränderung‘, die eventuell ‚verbessern‘ kann, aber auch ‚verschlechtern‘.
11) Sozialer Raum zeigt sich hier als ein Objekt besonderer Art: es ist ein Zusammenwirken von einzelnem und relativ zu ihm von einem ‚Kontext‘: ohne den Kontext ist der einzelne nicht Nichts, aber doch stark reduziert; ohne den einzelnen ist der Kontext leer bis tot. Im Zusammenwirken entsteht ein vibrierendes ‚Etwas‘, ein ‚Soziales‘, das im kontinuierlichen ‚Geben und Nehmen‘ existiert, aber nicht existieren muss.
12) Ob die Aneinanderreihung von Augenblicken zu ‚Sequenzen‘, ‚Prozessen‘, ‚Geschichten‘ etwas ‚Gutes‘ realisiert oder nicht hängt ganz offensichtlich davon ab, ob jeder Augenblick ein ‚Stück Gutes‘ realisiert oder nicht (vorausgesetzt, es gibt überhaupt etwas, das ‚Gut‘ für den Prozess ist). D.h. jeder einzelne trägt in jedem Moment zu solch einem übergeordneten ‚Guten‘ bei oder nicht. Was immer der einzelne tut, er ‚wirkt‘ damit auf seine Umgebung und ‚unterstützt‘ damit das ‚Gute in allem‘ oder er ’schwächt‘ es. Es gibt keine ‚Neutralität‘. Auch ein ‚Nichtstun‘ ist hier ein ‚Tun des anderen‘; wenn man nicht das ‚Gute‘ tut, stärkt man das ‚Schlechte‘.
13) Wenn in einer Population Menschen leben, die aus irgendwelchen Gründen in ihren individuellen Augenblicken ‚wenig Gutes tun können‘ (nicht nur aus eigenem Mangel, sondern auch durch behindernde Kontexte (z.B. durch ‚Ablehnung’…)), dann schwächt diese Minderung der einzelnen die ganze Population. Je größer in einer Population die Anteile derer sind, die ‚fern vom Optimum‘ leben (müssen), umso schwächer ist die ganze Population (wenn der Anteil von ‚Kranken‘, ‚Analphabeten‘, ‚Süchtigen’…. groß ist, dann ist die gesamte Population stark eingeschränkt, geschwächt, leidend, kraftlos,….).(Wobei man dann fragen darf, ob die ‚Geschwächten‘ nicht letztlich Symptome sind für den ‚asozialen‘ Charakter des Kontextes, der so ist, dass er einzelne schwach macht, krank macht, zerstört).
14) Obwohl dieses Ineinander von einzelnem und ‚Kontext‘, die ‚dynamische Sozialität‘, jedem bekannt sein sollte, ist es überraschend, wie viele Menschen diese in der Realität weder gedanklich wirklich akzeptieren (oder tatsächlich nicht verstehen) noch gefühlsmäßig ‚gut heißen‘. Negative Reaktionen gegenüber den ‚Anderen‘ sind verbreitet und nicht selten ’stark‘. Dies hat vielerlei Gründe….
15) Einer dieser Gründe unter anderen ist dies, dass die Einsicht in diesen Zusammenhang die ‚Absolutheit des Einzelnen‘ relativiert. Zwar setzt dynamische Sozialität voraus, dass jeder jeden respektiert und stützt und darin dann jeder einzelne sein Optimum finden könnte, aber fern vom Optimum, wo dieser gegenseitige Respekt nur schwach realisiert wird, da kann der einzelne die Anerkennung des Kontext nicht positiv erfahren. Seine zaghaften Versuche endeten möglicherweise in negativen Antworten, die ihn ‚verletzten‘. Daraufhin verschließt sich der ‚enttäuschte Einzelne‘ ‚in seinem individuellen Augenblick und der Abstand zum gemeinsamen Optimum wird größer.
16) Die Aneinanderreihung von individuellen Augenblicken ‚ohne Ordnung‘, ohne ‚Bezug zum ‚Guten“, kann nur das Chaos vergrößern, individuell wie auch im Kontext. Je ‚chaotischer‘ der einzelne, umso mehr müsste der Kontext – also die vielen anderen einzelnen – dieses partielle Chaos ‚ausgleichen‘ (ein einzelner Alkoholiker kann mindestens eine ganze Familie und Teile einer Firma stark belasten; das gilt für alle Arten von Suchtkranken, von überhaupt ‚Kranken‘, ‚pflegebedürftigen‘, emotional Gestörten, Unwissenden, …. es gibt keine Grenzen: jeder braucht den anderen, die einen weniger, die anderen mehr)).
17) Dies kann ’negativ‘ klingen. Aber in dieser wechselhaften Abhängigkeit zeigt sich auch das ‚Andere‘: wir können durch die Art und Weise, wie wir sind, auch auf andere anregend, belebend wirken, helfend, ermutigend, Verstehen fördern, Mut machen, Freude bereiten, ernähren, Wohnungen bauen, Nahrungsmittel bereit stellen, Kommunikation ermöglichen, usw….
18) Aber niemand kann uns dazu zwingen. Wir können es tun. Dynamische Sozialität ist in gewisser Weise ein ‚Wunder‘: es muss nicht sein, es kann sein. Wir können uns wechselseitig ‚gut‘ tun, wenn wir wollen. Alle Arten von Schichtenbildung, Klassenbildung, Kastenbildung, Abschottungen jeglicher Art sind ambivalent: wenn zu wenige zu viel haben gegenüber vielen die wenig bis gar nichts haben, dann befindet sich die gesamte Population in einem stark geschwächten Zustand; sie lebt weitab von ihrem Optimum (was die einzelnen, denen es scheinbar ‚gut‘ geht, nicht sehen bzw. auch nicht wahrhaben wollen). Je nachdem, wie weit man den Kontext spannt (letztlich zum Gesamtphänomen des Lebens im Universum), kann dieses ‚Abseits des Optimums‘ bedeuten, dass sich entweder die Zeit bis zum – bislang wenig bekanntem – ‚Gesamtoptimum‘ entweder deutlich verlängert oder – dies kann man nicht grundsätzlich ausschließen – das Zeitfenster verpasst, in dem man das Gesamtoptimum hätte erreichen können. So fantastisch die menschliche Lebensform im Kontext des bekannten Universums anmutet, so repräsentieren wir dennoch nur ein kleines Moment an einem größeren dynamischen Kontext, der ‚passiert‘ ohne uns ‚zu fragen‘.
19) Vieles wäre hier noch zu sagen, aber ‚dieser‘ Moment ist nun vorbei……

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Blitzbesprechung zu „Eine Welt ohne Seele und freien Willen?“

A.Meyer-Lindenberg, Amygdala, Depression, E.Herms, EKHN-Stiftung, Entscheidungstheorie, Episodisches Gedächtnis, Gedächtnis, Gedächtnis - episodisch, Gedächtnis - räumlich, Gitter-Zellen (grid cells), H.Heekeren, H.Monyer, homo oeconomics, homo oeconomicus, Ortszellen ('place cells'), Raumgedächtnis, Schizophrenie, T.Metzinger, Theologie, W.Singer, Zingulum, , , , , , , , , , , , ,

Letzte Änderung: Mo, 11.Febr.2013, 13:35h

Referenten:

  • Prof. Dr. Wolf Singer, Max-Planck-Institut für Hirnforschung, Frankfurt am Main
  • Prof. Dr. Thomas Metzinger, Johannes Gutenberg-Universität Mainz
  • Prof. Dr. Andreas Meyer-Lindenberg, Zentralinstitut für Seelische Gesundheit, Mannheim
  • Prof. Dr. Hauke Heekeren, Freie Universität Berlin
  • Prof. Dr. Eilert Herms, Eberhard Karls Universität, Tübingen (Mit Link auf zusätzliche Reflexionen)
  • Prof. Dr. Hannah Monyer, Universitätsklinikum Heidelberg

Einleitung

Unter dem Titel „Eine Welt ohne Seele und freien Willen?“ veranstaltete die EKHN Stiftung ein öffentliches Symposium zu den „Methoden, Erkenntnissen und Konsequenzen der modernen Hirnforschung“. Laut Veranstalter gab es 1400 Anmeldungen von Erwachsenen und dazu 600 Schüler. Bei letzteren wurden 220 für einen 2-Tages-Workshop ausgewählt. Das war eine überwältigende Resonanz. Dies führte dazu, dass das Audimax auf dem Campus Westend am Samstag vollständig gefüllt war. Am Do 7.2., hatte ich mich spontan beschlossen, mich auch anzumelden.

Um es vorweg zu nehmen: alle Beiträge waren unterhaltsam, wurden  engagiert vorgetragen, waren von viel Wissen und Erfahrung geprägt, und es wurden meistens relativ neue und exzellente Ergebnisse vorgestellt. Allerdings wurden — außer im Beitrag des emeritierten Theologen Prof. Herms — keine wirklich fachübergreifenden Beziehungen hergestellt, geschweige denn ein Dialog von den Naturwissenschaften hin zu den Geisteswissenschaften versucht. Personenbezogene Begriffe wie ‚Seele‘, ‚Bewusstsein‘, ‚Ich‘ usw. blieben von daher weitgehend ‚ortlos‘ und es war dem Publikum überlassen, sich aus all den verschiedenen Beiträgen ein mögliches Gesamtbild zu erarbeiten.

Singer: Im Netz der Neuronen

Der Vortrag „Im Netz der Neuronen. Wie bringt das Gehirn unser Selbst hervor?“ von Prof. Singer, dem ehemaligen Direktor des Max-Planck-Institut für Hirnforschung (Frankfurt am Main) eröffnete mit einigen — eher bekannten — Grundthesen zum Gehirn die Vortragsreihe. Das Gehirn als Produkt der Evolution, Sitz aller bekannten geistigen (mentalen) Fähigkeiten, ein verteiltes, paralleles System mit stark nicht-linearem Charakter (mathematisch beschreibbar als Small-World-Network), strukturiert in Arealen, wo sich die Frage stellt, wie diese ungeheure Mengen an Neuronen sich für bestimmte Ereignisse ’synchronisieren‘ können. Einerseits deutete Singer an, dass hier viele Fragen offen sind, andererseits wagte er weitreichende Aussagen zur Natur von Entscheidungsprozessen, zum ‚freien Willen‘, zum ‚Selbst‘, wo eigentlich nicht ganz klar war, wie er die verschiedenen Aussagen wirklich begründen könnte. Das wirkte schon eher spekulativ. Auf konkrete Fragen von Schülern verwies er u.a. auf ‚hochdimensionale Zustandsräume‘ durch die wir ‚hindurchspazieren‘ müssten…So kann man eine Frage auch nicht beantworten. Sehr bedauerlih war, dass er zwar Spekulationen über Konzepte wie ‚Selbst‘, ‚Ich‘ ‚freien Willen‘ usw. aus Sicht der Neurowissenschaften anstellte, ohne sich aber der Mühe zu unterziehen, vorher zu klären, welche begrifflich-methodischen Voraussetzungen erfüllt sein müssten, um diese Konzepte sinnvoll benutzen zu können (einschlägig hier vor allem die Philosophie und die Psychologie).

Mit Blick auf theologische Deutungszusammenhänge entledigte Singer sich der Frage durch die Feststellung, dass die Aussagen der Theologie ‚orthogonal‘ zu den Aussagen der empirischen Wissenschaften ständen. Dieser Standpunkt ist sehr weit verbreitet, ist aber keinesfalls zwingend. Weder muss eine Theologie sich so verstehen noch eine sich selbst reflektierende wissenschaftliche Disziplin. Eine Immunisierungsstrategie, wie sie von Singer propagiert wird, ist negativ für alle Beteiligten (siehe dazu die alternativen Überlegungen des Theologen Herms weiter unten).

Metzinger: Leben im Ego-Tunnel

Der nachfolgende zweite Vortrag „Leben im Ego-Tunnel. Ist das Ich-Gefühl nur eine Illusion?“ von Prof. Metzinger (Johannes Gutenberg-Universität Mainz) war in meinen Augen eher enttäuschend. Er trat als Philosoph auf, zeigte aber sehr wenig philosophische Reflexionsansätze. In einem kühnen Handstreich schaffte er zunächst das ‚Phänomenale Selbst‘ ab (inklusive das ‚Ich‘), um es unmittelbar danach in einem ebenso kühnen Handstreich durch das ‚Phänomenale Selbstmodell‘ zu ersetzen. Argumente ersparte er sich. Das ‚phänomenale Selbstmodell‘ qualifizierte er als ‚wahre repräsentationale Beschreibung‘ ohne zu thematisieren, wie man denn wohl wissenschaftlich über subjektive Gegebenheiten überhaupt reden kann, ganz zu schweigen davon, in welchem Sinne man hier von ‚Repräsentation‘ sprechen kann. Seine Ausführungen und seine Verwendung verschiedener Begriffe blieben auch im weiteren Verlauf leider durchgehend sehr unklar. Zu Beginn hatte er Texte von Ludwig Wittgenstein eingeblendet (ohne sie zu erläutern). Hätte er Wittgenstein nur beherzigt, er hätte sich seine Ausführungen weitgehend sparen können. Er referierte recht unterhaltsam verschiedene Experimente (z.B. eine Gummihand, die man über Reflexe mit einer normalen Hand konditionieren kann; einem Roboter mit unterstelltem Selbstmodell; das psychologische Konstrukt des inneren Körpermodells, das zu überraschenden Selbstwahrnehmungen führen kann; die Steuerung eines Roboters auf der Basis eines Gehirnscans). Der philosophische Gehalt dieser Beispiele vermittelte sich mir nicht. Die Sachen selbst wirkten nicht neu: Konditionierungen haben schon die Behavioristen untersucht, selbstlernende Roboter gibt es seit langem, die Nutzung von Gehirnwellen zur Steuerung von Vorgängen ist ebenfalls alt. Die Verwendung des Begriffs ‚Ego‘ — aus dem Titel — nach vorausgehender Abschaffung des Ich blieb unklar.

Meyer-Lindenberg: Das gestörte Ich

Der Vortrag „Das gestörte Ich. Welchen Einfluss haben Gene und die Umwelt auf die psychische Gesundheit?“ von  Prof. Dr. Andreas Meyer-Lindenberg vom Zentralinstitut für Seelische Gesundheit (Mannheim) war brilliant, stellte neueste Forschung vor und setzte eine gesellschaftliche Problematik in Szene, die uns alle betrifft. Sein Hauptthema war das Zusammenspiel von Genen, Gehirn, Verhalten und Umwelt. Illustriert am Beispiel des Krankheitsbildes Depression und Schizophrenie konnte er zunächst einmal zeigen, wie diese Krankheitsbilder signifikant häufiger in städtischen Umgebungen auftreten. Bei der stetigen Zunahme städtischer Lebensumgebungen ist dies eine Herausforderung an die Politik. Er berichtete, dass man herausgefunden hat, dass es zwischen dem psychotherapeutischen Krankheitsbild der Depression und Schizophrenie eine deutliche Korrelation zu Eigenschaften des Funktionskreises Amygdala und Zingulum gibt. Dieser Funktionskreis benötigt eine bestimmte hormonal modulierte Kommunikation, die wiederum durch genetische Faktoren geprägt ist. Wie vor allem Experimente mit Nagern aufzeigen konnten, können frühkindliche Traumata mittels epigenetischer Mechanismen über Generationen zudem weitergereicht werden. Hiermit ergeben sich zwei Handlungsansätze: (i) eine entsprechende Gestaltung des städtischen Umfeldes (mit seinen diversen sozialen Subräumen, auch am Arbeitsplatz; neue Disziplin der Neurogeographie)), (ii) pharmakologische Therapien genetischer Defekte.

Insgesamt, so scheint es, eröffnen sich durch die Korrelation von Lebensumwelt, Verhalten, Gehirn und Genen für die Psychotherapie hochinteressante neue theoretische und auch therapeutische Ansätze.

Heekeren: Entscheidung wider die Vernunft?

Prof. Dr. Hauke Heekeren von der Freien Universität Berlin begann seinen Vortrag „Entscheidung wider die Vernunft? Wie unser Gehirn Entscheidungen triff“ mit Hinweisen auf die bisherigen Entscheidungsmodelle, am berühmtestens hier wohl das Modell des homo oeconomicus. Eine Schwäche (und Stärke) der bisherigen Modelle war — und ist — ihre zu große Einfachheit. Die Annahme des ideal rationalen Menschen spiegelt das tatsächliche Verhalten von Menschen jedoch  nur bedingt wieder. Die Aufgabe bestand also darin, einen Weg zu finden, weitere real wirkende Faktoren für die Erklärung messbar zu machen. Anhand unterhaltsamer Entscheidungsexperimente, die er z.T. auch mit den anwesenden Zuhörer machte, konnte er verdeutlichen, dass dem ‚erwarteten Nutzen‘ und dem erwarteten ‚Verlust‘ aus einer Entscheidung neuronal ein Prozess entspricht, in dem identifizierbare Gehirnbereiche ‚Nutzen‘, ‚Verlust‘ über einen ‚Vergleich‘ so berechnen, dass dann der ‚Nettonutzen‘ sichtbar wird. Dieser Nettonutzen induziert dann die Entscheidung. Der Berechnungsprozeß benötigt Zeit und arbeitet mit internen ‚Schwellwerten‘. Dabei wird der ‚Verlust‘ normalerweise schwerer gewichtet als der ‚Nutzen‘.

Auch bei dem Forschungsansatz von Heekeren eröffnen sich durch die Korrelation von Lebensumwelt, Verhalten, Gehirn und Genen hochinteressante neue theoretische Ansätze zur Verhaltenserklärung. Erster Nutznießer scheint in diesem Fall allerdings die Werbeindustrie zu sein, die ihre Werbeangebote ziemlich genau auf dieses Entscheidungsstruktur des Menschen abstellt: durch eine geschickte Kombination von genau drei Angeboten (das vom Anbieter favorisierte Angebot, ein verglichen damit ganz schlechtes Angebot, und ein nur wenig Schlechteres leiten den Entscheidungsprozess meistens zum Angebot des potentiellen Kunden; die tendenzielle Kurzsichtigkeit unserer Entscheidung (2 Monate gratis) und die tendenzielle Trägheit (explizite Abmeldung nach 2 Monaten) führt dann zu vielen Neukunden.

Herms: Horizont der Hirnforschung

Der emeritierte Theologe, Prof. Dr. Eilert Herms von der Eberhard Karls Universität, Tübingen, war der einzige an diesem Tag, der mit seinem Vortrag „Horizont der Hirnforschung – Wie weit reicht der Beitrag zur Erfassung unserer Lebenswirklichkeit?“ einen größeren Denkzusammenhang aufspannte, innerhalb dessen sich die unterschiedlichen einzelwissenschaftlichen Erklärungsansätze mit Blick auf eine ‚Gesamterklärung‘ einordnen ließen. Dies war nur möglich, weil sein Verständnis von Theologie sich mit den Mitteln einer phänomenologischen Philosophie (Husserl, Heidegger) sowohl der ganzen Breite der (alltagsbezogenen) Gegenwart öffnete wie auch auf die ‚universalen Bedingungen‘ ausgerichtet ist, unter denen sich unser Leben ereignet. Die konkreten Offenbarungsinhalte sind — so muss sich jeder Zuhörer diese Position ergänzen — nur insoweit möglich und wahr, als sie sich diesem allgemeinen Rahmen einordnen lassen. Spezifisch christliche Offenbarungsinhalte muss man dann nicht erwähnen und wurden auch nicht erwähnt.

Mit dieser Ausrichtung wird Theologie kaum noch unterscheidbar von einer Philosophie, die wahrheitsorientiert das Ganze des Lebens im Blick hat, also eine Art Vereinigung von Metaphysik, Ontologie und Ethik in einem.

Entsprechend dem Geist des phänomenologischen Denkens tritt die Gegenwart in den Mittelpunkt, das sich ‚Vorfinden‘ in einem Prozess, der als solcher — auch mit seiner Körperlichkeit — als ein weitgehend Vorgegebenes eine ‚Zumutung‘ darstellt, der als Prozess zwar ‚bestimmt‘ ist, aber nicht ‚determiniert‘. Die Einzelwissenschaften tauchen in diesem Denkmodell als Teilbereiche innerhalb des Gesamthorizontes auf; in ihrer Konkretheit Beiträge zur Kunst des Zurechtfindens. Entsprechend der Aufgabenstellung jeder Disziplin sind ihre Beiträge zwar jeweils limitiert, aber durch die Einordnung im Gesamtbezug können Sie zur Enthüllung der ‚größeren Wahrheit‘ mit beitragen. Durch die körperliche Teilhabe des Erkennenden an diesem Prozess erwächst daraus auch eine — subjektiv volle, objektiv partielle — ‚Verantwortung‘ für diesen Prozess.

Innerhalb dieses phänomenologischen Denkansatzes ergibt sich, dass sich dem einzelnen Erkennenden Gestalten der Wirklichkeit zeigen, die als solche nur ‚in diesem Erkennen‘ auftreten, die an diese Erkenntnisform gebunden sind. Durch einen Rekurs auf Teilbereiche, insbesondere einzelwissenschaftliche Modelle, geraten diese Wirklichkeiten außer Blick; nicht nur das, der spezifische Gesamtzusammenhang wie auch die spezifische Verantwortung ist nur in dieser Perspektive gegeben. Prof. Herms meinte auch, dass der Begriff des ‚Selbst‘ nicht geeignet sei, diesen Gesamtzusammenhang zu beschreiben, sondern eher der Begriff der ‚Person‘, die nicht nur das ‚Selbst‘ umfasst, sondern auch die ganze Leiblichkeit mit ihrer Einbettung in den Prozess.

Seine im Dialog geäußerte Meinung, dass Wissenschaft nicht an ‚Wahrheit‘ orientiert sei, sondern an ‚Bewährung‘, und dass Wahrheit nur im Rahmen der Logik vorkomme, die inhaltsfrei operiere, scheint mir nicht zutreffend, aber das wäre im Detail zu klären.

Festhalten möchte ich noch, dass die Sprache von Prof.Herms deutlich abwich von den Sprachspielen der anderen Vortragenden und dass er zu Beginn seines Vortags keinerlei besondere Anstalten traf, um die einzelwissenschaftlichen Beiträge in seinen Denkrahmen einzuordnen. Zwar haben alle anderen sich auch in keiner Weise um den Zusammenhang mit den anderen Vorträgen bemüht, aber als Vortrag mit Gesamtinterpretationsanspruch wäre es vielleicht eher gefordert. Es dauerte daher 10 – 15 Minuten bis man sich in dieses phänomenologische Sprachspiel hineinhören konnte und bis die Bezugnahmen auf die Einzelwissenschaften explizit stattfanden.

Zusätzliche Reflexionen, angeregt durch den Beitrag von Prof. Herms, finden sich unter dem Titel Eine Welt ohne Seele und freien Willen? Teil 2.

Monyer: Was bleibt im Gedächtnis?

Frau Prof. Dr. Hannah Monyer vom Universitätsklinikum Heidelberg kehrte mit ihrem Vortrag „Was bleibt im Gedächtnis? Erinnerung und Erwartung“ nochmals zu einer einzelwissenschaftlichen Perspektive zurück. Allerdings begann sie mit lebensweltlich-kulturellen Bezügen aus der Kunst, die an einzelnen Beispielen verdeutlichten, dass das Gedächtnis schon immer ein Phänomen war, das uns Menschen beschäftigt hat, speziell auch der Aspekt der ‚Verräumlichung‘ des Erinnerbarem.

Sie begann ihre neurologischen Darlegungen mit der berühmten Studie von Kandel et al. von 2001 mit einer Meeresschnecke, in der an einem extrem einfachen Organismus der Gesamtmechanismus eines Organismus, mit besonderer Berücksichtigung seiner Gedächtnisleistung untersucht worden ist. Sie machte deutlich, dass der Weg von diesem einfachen Organismus bis hin zur Komplexität des menschlichen Gehirns noch sehr, sehr weit ist und dass wir bislang die Funktionalität des menschlichen Gehirns mit Blick auf sein Gedächtnis bislang nur sehr ansatzweise verstehen.

In mehreren Schritten führte sie grundsätzliche Begriffe wie ’synaptische Plastizität‘ sowie ’strukturalistische Plastizität‘ ein, letztere unterschieden danach, ob es um ‚Spikes‘ auf Dendriten geht oder um ganze ‚Neuronen‘, die neugebildet werden. Neubildungen von Spikes und Neuronen können zwar auch bei älteren Menschen (nach ca. 25 Jahren…) auftreten, diese Neubildungen — speziell im Falle von Neuronen — werden aber meistens nicht in Funktionsabläufe ‚integriert‘, so dass sie wieder absterben.

Ihr Forschungsgebiet ist das ‚episodische Gedächtnis‘, und hier speziell das ‚räumliche Gedächtnis‘. Es ist bekannt, dass für die im Gedächtnis wichtigen Korrelationen zwischen sensorischem Input und räumlichen Lokalisierungen der Hippocampus eine zentrale Rolle spielt. In ihm kann man sogenannte ‚Place Zellen‘ (Ortszellen) identifizieren, die in Interaktion treten mit sogenannten ‚Gridzellen‘ (Gitter/Netzwerkzellen) im Entorhinalen Cortex. Zusätzlich konnte man einen skalierenden Größenparameter identifizieren: ‚dorsal‘ sind die Ortszellen ‚kleiner‘ und der Abstand zwischen Gitterzellen ‚enger‘, ventral ‚größer‘ bzw. sie haben größere Abstände. Ferner hob Prof. Monyer hervor, dass eine tatsächliche langandauernde Speicherung nur erfolgt, wenn die zunächst im Hippocampus erfolgenden Assoziierungen während des Schlafes (nicht Tiefschlaf, nicht Traumphase) mehrfach ‚intern‘ wiederholt werden, um dann in das Langzeitgedächtnis über zu gehen. Die wichtigste Erkenntnisquellen sind bislang Nagetiere (Ratten, Mäuse), bei denen die gesamte Kette Verhalten – Gehirn – Gene untersucht und manipuliert wird. Ein solcher Forschungszyklus dauert aktuell ca. 5 Jahre. ferner sind die aktuell verfügbaren Messverfahren noch sehr ungenau. Bildgebende Verfahren sind kaum brauchbar, alle anderen elektrodenbasierten Messungen sind sowohl zufällig (welche Neuronen trifft man tatsächlich bei der Einführung) und ungenau (mit welchen anderen Neuronen ist das zufällig ausgewählte Neuron verbunden). Eine kleine Verbesserung ergibt sich durch die neuartige Möglichkeit, zusätzliche Ionenkanäle in eine Membran einfügen zu können, die kontrolliert zu- und abgeschaltet werden können, um so gezielt eine Membran zu aktivieren oder zu deaktivieren. Insgesamt ist die Lage noch nicht endgültig klar und es bleibt noch viel zu tun.

Kommentierung

Weitere Kommentierungen folgen, sobald ich Zeit finde.

Programm des Symposiums

10:00 Begrüßung

Prof. Dr. Peter Steinacker, Vorsitzender des Kuratoriums der EKHN Stiftung

Im Netz der Neuronen. Wie bringt das Gehirn unser Selbst hervor?

Prof. Dr. Wolf Singer, Max-Planck-Institut für Hirnforschung, Frankfurt am Main

11:00 Leben im Ego-Tunnel. Ist das Ich-Gefühl nur eine Illusion?

Prof. Dr. Thomas Metzinger, Johannes Gutenberg-Universität Mainz

12:00 Das gestörte Ich. Welchen Einfluss haben Gene und die Umwelt auf die psychische Gesundheit?

Prof. Dr. Andreas Meyer-Lindenberg, Zentralinstitut für Seelische Gesundheit, Mannheim

13:00 Mittagsessen und Diskussion mit Schülern an den von den Arbeitsgruppen im Schülerseminar erarbeiteten Plakaten.

14:30 Entscheidung wider die Vernunft? Wie unser Gehirn Entscheidungen trifft.

Prof. Dr. Hauke Heekeren, Freie Universität Berlin

15:30 Horizont der Hirnforschung – Wie weit reicht der Beitrag zur Erfassung unserer Lebenswirklichkeit?

Prof. Dr. Eilert Herms, Eberhard Karls Universität, Tübingen

16:30 Was bleibt im Gedächtnis? Erinnerung und Erwartung.

Prof. Dr. Hannah Monyer, Universitätsklinikum Heidelberg

HINWEISE AUF QUELLEN

(Werden noch ergänzt)

  • EKHN-Stiftung http://www.ekhn-stiftung.de
  • Symposium URL: http://www.ekhn-stiftung.de/symposium2013/

Eine Übersicht über alle Blogeinträge nach Themen findet sich HIER

RÄUMLICHES GEDÄCHTNIS (Neurologisch, Psychologisch, Informatorisch…)

Allgemein, Gedächtnis, Gedächtnis - episodisch, Gedächtnis - räumlich, Gitter-Zellen (grid cells), Hippocampus, Hippocampus - CA1, Hippocampus - CA3, Kanten-Zellen (boarder cells), Kortex - entorhinaler, Pfadintegration, Richtungs-Zellen (head direction cells), Stress, Striatus, Subiculum, Theta Wellen, Wissenschaftstheorie

  1. Gelegentlich gehe ich zu den interessanten Gastvorträgen des Max-Planck-Institutes (MPI) für Hirnforschung in Frankfurt. So auch wieder mal am 12.9.2012 zu einem Vortrag von Stefan Leutgeb (siehe Link). Auslöser war das Thema ‚Räumliches Gedächtnis‘.

  2. Das Hervorstechende bei diesen Vorträgen ist in der Regel der ungeheure Aufwand an Ressourcen, der notwendig ist, um die überwiegend neuro-psycholoischen Untersuchungen durchführen zu können. Das Ernüchternde ist oft die Kargheit der Ergebnisse, und nicht nur das, sondern auch die ‚methodische Verpackung‘ sowohl der Experimente selbst wie deren Auswertung. Während die Randbedingungen der Experimente (erfreulicherweise) in der Regel mit großer Akribie beschrieben werden (vgl. als Beispiel den Artikel von Amir S. Bahar et al. (2011), mit Link), sucht man einen expliziten theoretischen Rahmen vergeblich (mir ist es bislang noch nicht gelungen, einen Artikel oder Buch aus diesem Bereich zu finden, der auch nur ansatzweise die notwendigen Bestandteile eines theoretischen Modells beschreibt). Dies ist sehr bedauerlich, da viele der Artikel mit Sicherheit an Klarheit und Durchschlagskraft gewinnen würden (manche würden dann möglicherweise gar nicht mehr geschrieben werden…).

  3. In einem älteren Eintrag hatte ich mal kurz skizziert (vgl. Wissenschaftliches Denken-2), welche Elemente eine moderne wissenschaftliche Theorie ausmachen. Davon ist die Neurowissenschaft (zumindest so, wie sie sich bislang in ihren Publikationen darstellt), meilenweit entfernt. Eine grundlegende Änderung ist nicht in Sicht  (in der Ausbildung eines Neurowissenschaftlers kommt formale Logik und Wissenschaftstheorie normalerweise nicht vor).

  4. Sofern ich als Informatiker an berechenbaren Modellen von menschenähnlicher Intelligenz interessiert bin, bräuchten mich diese Defizite der Neurowissenschaften eigentlich nicht kümmern. Als Informatiker will ich primär nicht das Gehirn ‚1-zu-1‘ nachbauen, sondern bestenfalls versuche ich die Prinzipien neuronaler Maschinen zu verstehen, um sie mit ‚anderen‘ Mitteln nachzubauen. Da 98% oder mehr einer Nervenzelle nichts mit ihrer Signalfunktion im engeren Sinne zu tun haben kann ich diese 98% quasi ‚vernachlässigen‘. Ein Neurowissenschaftler kann dies nicht. Er muss die molekularen Prozesse hinreichend aufhellen, um die daraus resultierenden Funktionen mit Bezug auf diese Maschinerie zu erklären. Als Informatiker könnte ich zwar auch die verschiedenen elektronischen Bausteine eines Computers beschreiben, um deutlich zu machen, wie diese komplexen chemischen Materialien spezielle Signalfunktionen erlauben, aber normalerweise wird man dies nicht tun, da die Materialien austauschbar sind. Das Material selbst erklärt nicht die ‚Funktion‘, die damit realisiert wird. So wissen wir seit langem, dass ich einen Computer statt mit elektronischen Chips auch mit neuronalen Zellen realisieren kann oder direkt mit bestimmten Molekülen (z.B. DNA-Computing). Entscheidend ist nie das Material, sondern immer nur die Funktionen. Die Funktionen kann ich nicht aus dem Material ‚herleiten‘. Das ‚Herumstochern‘ in der molekularen Maschinerie des Gehirns ist von daher wenig geeignet, die entscheidenden Funktionen zu ‚enthüllen‘. Sehr zugespitzt könnte man formulieren „Die Neurowissenschaften wühlen im molekularen Schlamm, um das ‚Gold‘ der neuronalen Funktionen zu finden, aber es liegt nicht dort.“

  5. Dies führt zu einem grundlegenden wissenschaftsphilosophischen Problem: Im Kontext der Physik hat man sich spätestens seit Kant die Frage gestellt, wieso abstrakte mathematische Modelle die komplexen Phänomene der Natur auf einfache elegante Weise hinreichend beschreiben können? Nicht die Anhäufung noch so vieler einzelner empirischer Daten führt zur Einsicht in grundlegende Zusammenhänge, sondern die Entwicklung abstrakter theoretischer Modelle, die es dann erlauben, die vielen Einzeldaten zusammenhängend erklären zu können. Wir verstehen bis heute zwar nicht, wie wir erklärungsfähige abstrakte Modelle ‚denken‘ können, da dies ja letztlich von unserem Gehirn geleistet wird, das nur eine endliche chemische Maschine einer speziellen Art darstellt, aber Fakt ist, dass wir nur mit solchen Modellen den ‚Wust der Daten‘ sinnvoll nutzen können. Dies gilt auch für die anhaltende Datenflut in den Neurowissenschaften, die einhergeht mit einer gleichzeitigen Modellarmut.

  6. Wie gesagt, mein Interesse an dem Vortrag (und an den in diesem Zusammenhang recherchierten anderen Artikeln (siehe Quellen unten)) resultiert aus dem Interesse für Phänomene des Gedächtnis, da ich im Laufe der Jahre gelernt habe, dass es für adaptive lernende Strukturen zwei Kernelemente gibt, ohne die nichts geht: Gedächtnis und Preferenzen.

  7. Eine erste ‚Stichprobe‘ von Artikeln im Umfeld des Vortrags von Leutgeb zeigt, dass keiner dieser Artikel sich die Mühe macht, zu Beginn genau das Feld zu beschreiben, innerhalb dessen eine Aufgabenstellung definiert wird (und ich spreche hier von Artikeln in Journalen wie ‚Science‘ oder den ‚Proceedings of the National Academy of Science of the USA‘ oder dem ‚Journal of Neuroscience‘). Nach ein paar (unvollständigen!) Andeutungen zu möglichen Kontextfaktoren formulieren diese Artikel eine Aufgabenstellung, die durchgehend vage ist. Will man sich vorweg selbst einen Überblick über die Thematik verschaffen, hat man nur die Wahl zwischen anerkannten Textbüchern, deren Inhalt aber zwangsläufig fünf und mehr Jahre alt ist, oder Wikipedia-Einträgen, die zwar recht aktuell sind, dafür aber eine sehr schwankende Qualität aufweisen (es gib aber auch einige sehr gute!). Ansätze zu theoretischen Modellen finden sich aber nirgends.

  8. Da die neuronale Maschinerie ‚für sich‘ keinerlei ‚pragmatische‘ Bedeutung aufweist, sondern nur durch ihren Bezug zu Körperfunktionen und/ oder zu beobachtbarem dem Verhalten, folgen die meisten Beiträge dem Schema ‚Korrelation zwischen beobachtbarem Verhalten (Vh) und messbaren neuronalen Zuständen (NN), also CORR(Vh, NN), dies entlang einer Zeitachse. Im Prinzip handelt es sich um eine zweiseitige Abbildung. Normalerweise bedeutet dies, dass man sowohl den Bereich des Verhaltens entweder als Mengen von Eigenschaften beschreibt, die sich in einem Prozessbaum darstellen lassen, oder noch besser als theoretische Struktur VH(……); analog mit den neuronalen Zuständen NN(…..). Sofern man dies getan hat, kann man versuchen, geeignete Abbildungsbeziehungen zu formulieren. Ich sehe nicht, dass dies in irgendeinem dieser Papiere geschieht. Dazu kommt, dass zentrale theoretische Begriffe in den Artikeln (wie z.B. Netz-Zellen, Orts-Zellen, Orts-Feld, Pfadintegration, episodisches Gedächtnis,…), wenn überhaupt, nur äußerst vage definiert sind (ohne theoretisches Modell auch ziemlich schwierig).

  9. Aus all dem folgt für meine Arbeiten an evolutionären semiotischen Systemen, dass  für die Konstruktion adaptiver Systeme mit Gedächtnis diese Artikel nicht mehr als ‚Stimuli‘ auf dem Weg zu einer   besseren Theorie sein können.

  10. Im weiteren Text finden sich Kurzcharakterisierungen der verschiedenen Artikeln. Diese basieren entweder nur auf den Zusammenfassungen oder – in einigen Fällen – auf den Zusammenfassungen ergänzt um Teile aus dem Text. In einer Reihe von Fällen konnte ich Online-Versionen finden, so dass jeder sich dire Artikel im Original selbst anschauen kann. Aus Sicht des heutigen Wissenschaftsbetriebes sind wissenschaftliche Artikel, die nicht Online sind, eigentlich tote Artikel. Die Kosten für Abonnements von wissenschaftlichen Zeitschriften sind so hoch, dass eine durchschnittliche Hochschule in Deutschland nicht genügend Geld hat, um auch nur eine repräsentative Auswahl in hinreichendem Umfang und mit hinreichender Aktualität online anbieten zu können. Damit behindert sich die Wissenschaft genau da, wo ihr eigentliches Herz schlägt: in der Kommunikation. Der scheinbare wirtschaftliche Vorteil aus Sicht der Verlage erweist sich als Bumerang für die gesamte Wissenschaft (auch wenn eine Zeitung wie die FAZ dies oft anders sieht).

 

MATERIALSAMMLUNG

 

  1. Laut Ankündigung von Stefan Leutgeb (2005, 2012) versucht sein Laboratorium auf der Systemebene die neuronalen Mechanismen zu identifizieren, die verantwortlich sind für die Langzeitspeicherung von Gedächtnisinhalten. Da man aufgrund bisheriger Forschungen weiß, dass spezielle Schaltkreise des Hippocampus für viele Arten von Gedächtnis notwendig sind, haben sie die Schnittstelle zwischen dem Hippocampus und dem entorhinalen Kortex näher untersucht. An dieser Schnittstelle lassen sich Signalmuster messen. Sein Laboratorium stellte sich die Frage, ob und wie diese Signalmuster räumliche Erinnerungen beeinflussen. Bei der Signalerzeugung sind sehr viele verschiedenen Zellen beteiligt, insbesondere sogenannte ‚Gitter-Zellen‘ (‚grid cells‘). Dabei hat sein Laboratorium herausgefunden, dass die Unterdrückung von sogenannten Theta Wellen zwar die gitter-artigen räumlichen Signalmuster im entorhinalen Kortex zerstörten, nicht aber die hippocampalen räumlichen Signalmuster, sofern die Versuchstiere sich in vertrauten Umgebungen bewegten. Sein Team stellte sich von daher die Frage, ob der entorhinale Input mit den Gitter-Zellen möglicherweise nur beim Erlernen von etwas ‚Neuem‘ notwendig sei, nicht aber beim ‚Erinnern‘ von ’schon Bekanntem‘. Beim Erlernen von Neuem stellte sich die zusätzliche Frage, ob dazu auch eine zeitliche Koordinierung von entorhinalen und hippocampalen Signalen notwendig sei.

  2. György Buzsáki (2005) geht davon aus, dass der Hippocampus einen Beitrag leistet zur Repräsentation der Umwelt. Andererseits gibt es auch andere Signale, die den Hippocampus beeinflussen. Es fragt sich, wie diese unterschiedlichen Signale im Hippocampus koordiniert werden. Stefan Lautgeb et al. (2005) identifizieren unterschiedliche Signalmuster im Hippocampus, die sie mit Situationen korrelierten, die mit Raum- und episodischem Gedächtnis in Verbindung bringen lassen. James J. Knierim (2006) thematisiert sogenannte ‚Orts-Zellen‘ (‚place cells‘) die sich im Hippocampus oder in angrenzenden Regionen finden. Dazu kommen Signalmuster, die nicht ortsgebunden sind. Der genaue Mechanismus des Zusammenspiels all dieser Signale ist aber noch nicht klar. Eva Pastalkova et al. (2006) weisen nach, dass der LTP-Mechanismus, der Langzeitspeicherung unterstützt, auch bei der Speicherung räumlicher Informationen eine Rolle spielt. James A. Ainge et al. (2007) können präzisieren, dass im Hippocampus räumliche Informationen mit ‚intendierten‘ Zielen korreliert werden können. Caswell Barry et al. (2007) finden heraus, dass die sogenannten ‚Gitter-Zellen‘ (‚grid cells‘) im entorhinalen Kortex (benachbart zum Hippocampus), den Abstand zwischen benachbarten Orten repräsentieren können (und damit die Ortsinformationen der Orts-Zellen ergänzen). Daoyun Ji und Matthew A Wilson (2007) finden Hinweise, dass im Schlaf der Neokortex und der Hippocampus so zusammenwirken können, dass Signalmuster von ‚gemachten Erfahrungen‘ sich wechselseitig regenerieren. Gergely Papp et al. (2007) vergleichen Gehirnstrukturen zwischen sehr vielen Arten von Wirbeltieren und untersuchen die Anwendbarkeit unterschiedlicher neuronaler Modelle zur Simulation des messbaren Verhaltens. Sie kommen zur Vermutung, dass für den Erwerb neuer Gedächtnisrepräsentationen allgemein wie auch speziell von räumlichen Gedächtnis-Repräsentationen der CA3-Teilbereich des Hippocampus nicht ausreicht. Daoyun Ji und Matthew A. Wilson (2008) untersuchten ferner die Rolle des Hippocampus im Kontext des sequentiellen Wege-Lernens. Sie fanden heraus, dass die hippocampalen Orts-Zellen bei Wiederholungen immer mehr von den Signalmustern unmittelbar vorausgehender Ortszellen beeinflusst wurden. C. D. Clelland et al. (2009) finden Hinweise (bei Mäusen), dass der Bereich Gyrus dentatus des Hippocampus wichtig ist für die Unterscheidung räumlicher Muster. Dori Derdikman et al. (2009) fanden heraus, dass räumliche Umgebungen im entorhinalen Kortex (Umgebung des Hippocampus) repräsentiert sind als ein Mosaik diskreter Teilkarten, die der Geometrie des umgebenden Raumes entsprechen. Pamela J. Kennedy und Matthew L. Shapiro (2009) können aufzeigen, dass im Hippocampus sowohl räumliche Informationen kodiert werden wie auch innere Zustände, die Bedürfnisse repräsentieren. Sofern Bedürfnisse vorliegen beeinflussen diese die neuronalen Muster in Richtung des Auffindens geeigneter Lösungen. Joseph R. Manns und Howard Eichenbaum (2009) kamen zur Hypothese, dass Objekte der Umgebung in einer Art Wissenslandkarte (‚cognitive map‘) im Hippocampus repräsentiert (kodiert) werden, und zwar einmal als ‚Orte von Interesse‘ (‚points of interest‘) wie auch als erinnerbare Unterstützung beim Suchen nach Objekten von speziellem Interesse. Charlotte N Boccara et al. (2010) fanden einen gemeinsamen Pool von raum-sensitiven Zellen in verschiedenen Unter- und Nachbarschaftsbereichen des Hippocampus (im medialen entorhinalen Kortex (MEC) und im Prä- and Parasubiculum (zwischen Hippocampus und Kortex). Diese Zellen befanden sich ferner in der Nachbarschaft von sogenannten ‚Richtungs-‚ und ‚Kanten-Zellen‘ (‚head‘, ‚boarder‘).

  3. Laura L. Colgin et al. — mit Leutgeb — (2010) kommen in ihrer Untersuchung zu dem Schluss, dass der Bereich CA3 (Teilbereich des Hippocampus) sich nicht wie ein standardmäßiges autoassoziatives neuronales Netz verhält, das unterschiedliche Eigenschaften der Umgebung miteinander verknüpft. Diese Ergebnisse stimmen auch überein mit anderen Untersuchungen (vgl. S.48). Damit stellt sich die Frage nach der Funktion des CA3-Bereichs neu. In Übereinstimmung mit zahlreichen anderen Untersuchungen (Zitate in diesem Artikel) scheint die primäre Aufgabe des Hippocampus zu sein, Pfadinformationen zu kodieren, so, dass nach Bedarf eine günstige Route wiedergefunden werden kann. Zugleich können diese Pfadinformationen Hinweise sein für episodische Erinnerungen, die verteilt im Neokortext abgelegt sind. André A. Fenton et al. (2010) konnten bestätigen, dass der Ortskode des Hippocampus eine dynamische räumliche Repräsentation realisiert, die durch Aufmerksamkeit kontrolliert werden kann. Die Aufmerksamkeit von von den aktuellen Bedürfnissen gesteuert, die aus den verfügbaren Zeitfenstern jenes auswählen, dessen Inhalt am meisten mit den Bedürfnissen korreliert.

  4. Inah Lee und Jangjin Kim (2010) haben auch die Abhängigkeit der räumlichen Repräsentationen im Hippocampus von internen Zuständen untersucht, insbesondere im Kontext von Lernaufgaben, die von Ratten verlangten, neue Strategien zu entwickeln. Neben der Assoziationsaufgabe, Objekte mit bestimmten Orten zu verknüpfen, mussten die Ratten auch lernen, dass es aber nur an einem bestimmten Ort eine Belohnung gab. Bei Messungen an Neuronen in CA1 konnten sie feststellen, dass sich die Signalmustern entsprechend der jeweiligen Strategie änderten. Diese Ergebnisse führen die beiden zu der Annahme, dass die räumliche Information im Hippocampus als Referenzrahmen im Hippocampus dient, innerhalb dessen dann die anderen Informationen organisiert werden. In dieses Gesamtbild passen die Funde, dass Objektinformationen im Hippocampus der Ratten ausschließlich zusammen mit Rauminformationen auftreten. Ferner legen die Ergebnisse dieser Untersuchung die Annahme nahe, dass auch nichträumliche Informationen – zumindest in CA1 — nicht unabhängig von den räumlichen Informationen sind.

  5. Die Autoren Francesco Savelli und James J. Knierim (2010) sind geleitet von dem Interesse, ein bestimmtes formales Modell (hebbsches neuronales Lernen) im Kontext von ‚Gitter-‚ und ‚Orts-Zellen‘ im medialen entorhinalen Kortex (MEC) sowie im Hippocampus zu überprüfen. Speziell untersuchen sie die Übersetzung von Signalmustern von Gridzellen in die Signalmuster von Ortszellen.

  6. Annabelle C. Singer et al. (2010) mit ihrem Team geht davon aus, dass sich wiederholende Objekte eindeutig identifizieren lassen müssen, aber auch Eigenschaften der Umgebungen, in denen diese Objekt vorkommen. Ein anderer Aspekt ist die Ähnlichkeit von Wegen (‚path equivalence‘). Das Team unterstellt koordinierte gelernte Generalisierungen über verschiedene Plätze und Episoden. Untersucht wurden neuronale Aktivitäten in CA3 und CA1 während die Tiere Aufgaben abarbeiten müssen, bei denen sie zwischen ähnlichen Elementen unterscheiden müssen. Das Team meint pfad-äquivalente Neuronenensembles identifiziert zu haben.

  7. Die Untersuchung von Janina Ferbinteanu et al. (2011) beginnt bei den bisherigen Ergebnissen, dass hippocampale Neuronen sowohl aktuelle Positionen im Raum repräsentieren können (Ortsfelder – Orts-Zellen), aber sie können auch vergangene und zukünftige Positionen im Kontext einer ‚Reise‘ (‚journey‘) repräsentieren. Letzteres verweist auf andere zeitlich zusammenhängende Gedächtniseintragungen (z.B. autobiographisches [oder auch episodisches] Material). Die Bedeutung der reise-abhängigen Aktivitäten für die Repräsentationen ist aber nicht besonders gut verstanden. Zu diesem Zweck haben sie eine experimentelle Anordnung ersonnen, in der man sowohl ortsspezifische Reize zur Verfügung hat wie auch reisespezifische Anforderungen unterstellen kann. Sie unterstellten, dass der Beginn einer Reise, ein auftretender Entscheidungspunkt sowie der Restweg nach der Entscheidung unterschiedliche Anforderungen darstellen, denen unterschiedliche ‚Strategien‘ entsprechen, die sich in den Signalmustern und darin kodiert in unterschiedliche beteiligten Gedächtnisarealen manifestieren. Mit einer — für neuronale Studien typischen — sehr aufwendigen Untersuchung wurden Daten gewonnen, die das Team dahingehend interpretiert, dass sie ein ‚Umschalten‘ (’switch‘) zwischen verschiedenen Aufgaben (aktuelle Position, zu erledigende Reise) erkennen können. So kodierten die Signalmuster im Startbereich sowohl Aufgabe und Reise, während die Signalmuster im Restbereich überwiegend die Reise kodierten. Sie deuten diese Daten zusätzlich als einen Hinweis auf eine Verzahnung zwischen den aktuellen Reisedaten und einem episodenorientierten Gedächtnis. Interessant ist die Charakterisierung von ‚Reise‘. Sie sagen, dass in ihrer Interpretation eine Reise nicht einfach eine Trajektorie von verknüpften physikalischen Orten darstellt, sondern eine Verbindung zwischen einem Start-Ort und einem Ziel (‚goal‘) kodiert, wobei diese Verbindung durch interne Zustände (einschließlich Motivation) und verfügbaren Gedächtnisinhalten ‚moduliert‘ werden kann.

  8. In einer Untersuchung, die dem Aufbau von Ferbinteanu et al. (2011) ähnelt, haben Amir S. Bahar et al. (2011) versucht, herauszufinden, wie man sich den Einfluss des Gedächtnisses beim Lernen genauer vorzustellen habe. Mit Bezug auf einfache Lernaufgaben untersuchten sie insbesondere das Signalverhalten von Ortszellen-Karten in CA1 und CA3. Obgleich zwischen CA1 und CA2 deutliche Unterschiede je nach Aufgabenstellungen gefunden werden konnten, gibt es aber auch Kooperationen.

  9. Die Untersuchung von Lindsay K. Morgan et al. (2011) unterscheidet sich von den vorausgehenden dahingehend, dass als Versuchslebewesen nicht Ratten dienen, sondern Menschen. Damit sind die Messmöglichkeiten stark eingeschränkt. Ausgangshypothese ist, dass die räumliche Navigation teilweise unterstützt wird durch Bezug auf eine intern Wissenskarte (‚cognitive map‘) der Umgebung. Eine Schlüsseleigenschaft solcher angenommener Wissenskarten ist die Repräsentation von Realweltabständen. Es wird angenommen, dass man diese mit Hilfe eines funktionellen Magnetresonanstomographen (oder als Verfahren ‚functional magnetic resonance imaging (fMRI)‘) messen kann. Als Versuchslebewesen dienten Universitätstudenten, während sie Fotos von bekannten Ausschnitten des Universitätsgeländes anschauten. Aus den fMRI-Daten zog das Team den Schluss, dass im linken Hippocampus die fMRI-Antwortniveaus (‚response levels‘) mit den Realweltdistanzen ‚korrespondierten‘ (‚corresponded‘) mit jenen in den gezeigten Bildern. Dabei meinte das Team erkennen zu können, dass jene Orientierungspunkte (‚landmarks‘), die im Bild ’näher‘ (‚closer‘) waren, repräentationell (‚representationally‘) ähnlicher waren als solche, die im Bild ‚weiter entfernt‘ (‚mor distant‘) waren. In anderen Regionen wie dem retrosplenialen Kortex oder dem parahippocampalen Bereich waren laut dem Team solche Beziehungen nicht zu beobachten. Der Anteil von Wörtern wie ‚glauben‘ und ‚vermuten‘ ist sehr hoch. Zudem werden verhaltensbasierte Ergebnisse mit Messungen an physiologidschen Substraten recht freitügig kombiniert ohne große Reflexion auf die unterschiedliche Qualitäten von bildgebenden Verfahren und direkten Messungen an Zellen.

  10. David C.Rowlanda et al. (2011) gingen von der Annahme aus, dass (nach den bisherigen Erkenntnissen) der Hippocampus für Menschen und andere Säugetiere kritisch ist für episodisches Gedächtnis (‚episodic memory‘). Damit sind die autobiographischen Aufzeichnungen von Ereignissen gemeint, zu denen die Aspekte ‚wo‘ und ‚wann‘ gehören. Sie meinen, dass bei wachen, sich verhaltenden (‚behaving‘) Nagetieren (‚rodents‘) ganz offensichtlich die Signalmuster von hippocampalen Pyramidenzellen mit der aktuellen Position in einer bestimmten Umgebung ‚korreliert‘ (von daher der Name ‚Orts-Zellen‘ (‚place cells‘)). Wenn ein Tier eine neue Umgebung erkundet, dann bilden die pyramidalen Neuronen innerhalb von wenigen Minuten ihre raumbezogenen rezeptiven Felder aus, und diese sind in der Regel danach stabil. Das Team nimmt daher an, dass diese erfahrungsabhängige Stabilisierung der Orts-Felder (‚place fields‘) ein attraktiver Kandidat eines neuronalen Korrelates für die Bildung eines hippocampalen Gedächtnisses bietet. Zusätzlich wird angenommen, dass (a) raumabhängiges Feuern als solches angeboren ist (‚innate property‘) und (b), dass Ratten während Schlaf- und Ruhephasen sich Orte und Wege ‚vorstellen‘ können (‚mentally explore‘, ‚preplay‘), bevor diese physisch untersucht werden. Unklar ist hierbei, wie genau die Überführung der Erfahrung eines Tieres von einem Kontext in ein stabiles Ortsfeld vonstatten geht, z.B. weiß man nicht, ob die Beobachtung eines Raumes bzw. die rein mentale Exploration alleine für eine stabile hippocampale Repräsentation des Raumes ausreicht, da normalerweise ein Tier dafür einen bestimmten Punkt (’spot‘) physisch besuchen muss, um demonstrieren zu können, dass bestimmte Zellen dort feuern. Um diese beiden Fälle zu klären, nutzte das Team die Erkenntnis, dass NMDA-Rezeptoren neu gebildete Orts-Felder destabilisieren können. Das Team fand heraus, dass Beobachtung alleine nicht ausreicht, um Ortsfelder zu stabilisieren. Sie deuten ihre Ergebnisse dahingehend, dass die hippocampale Repräsentation von Raum so lange ‚plastisch‘ (‚plastic‘) bleibt, bis das Tier alle Bereiche der Umgebung erkundet hat. In diesem Sinne sind Ortsfelder weniger die Repräsentation des geometrischen Raumes an sich, sondern eher die Repräsentation der Erfahrung des Tieres im Raum.

  11. Das Team Junghyup Suh et al. (2011) geht von der Annahme aus, dass das entorhinale und hippocampale Netzwerk für die Formierung eines episodischen und Arbeitsgedächtnis wichtig ist. Kennzeichnend für beide Gedächtnisformen ist die Fähigkeit der Verknüpfung von zeitlich nicht zusammenhängenden Elementen. Nach Auffassung des Teams sind die genauen neuronalen Schaltkreise unbekannt, die diese Verknüpfungen ermöglichen. So beschloss das Team, zu untersuchen, ob z.B. die Input-Neuronen von der Schicht III des entorhinalen Kortex einen Beitrag leisten. Um diese Annahme zu testen hat das Team eine transgenetische (‚transgenetic‘) Maus ‚hergestellt‘ (‚generated‘), in der diese Input-Neuronen spezifisch inhibiert waren. Diese Mutanten-Mäuse zeigten dann tatsächlich signifikante Beeinträchtigungen sowohl bei Aufgaben, bei denen normalerweise das räumliche Arbeitsgedächtnis wirksam ist wie auch bei der Enkodierung von Angstreaktionen. Das Team zieht daraus den Schluss, dass die gefundenen Ergebnisse eine kritische Rolle der Input-Neuronen der Schicht III des entorhinalen Kortex in Weiterleitung zum Hippocampus für zeitliche Verknüpfungen im Gedächtnis darstellen.

  12. Ausgehend von hippocampalen Orts-Zellen, die Rauminformationen durch eine Kombination von räumlichem selektiven Feuern und Thetawellen-Phasen-Präzession auszeichnen, untersuchte das Team Steve M. Kim et al. (2012) eine mögliche Wirkung auf die Neuronen des Subiculums. Das Subiculum empfängt direkten Input von der Region CA1 (innerhalb des Hippocampus) und sendet unterschiedliche Ausgangsprojektionen zu vielen anderen Gehirnbereichen. Das Team fokussierte sich darauf, die Signalmuster von Neuronen im Subiculum von Ratten zu untersuchen. Rein aufgrund der Signalmuster (ohne korrelierte Verhaltensbeobachtungen) errechnete das Team einen höheren Informationsgehalt in den Signalmustern des Subiculums, dazu auffällig robuste Thetawellen-Phasen-Präzessionen mit ähnlichen Spike-Oszillations-Frequenzen (‚spiking oscillation frequencies‘) wie Neuronen aus CA1.

  13. Das Team Eun Joo Kim et al. (2012) geht aus von der Annahm, dass Streß ein biologischer Faktor ist, der allgegenwärtig ist. Wenn er als unkontrollierbar durch Menschen (oder Tiere) als wahrgenommen wird, kann er andauernde negativen Effekte für das Gehirn und seine kognitiven Funktionen haben. In einer früheren Untersuchung hatte das Team am Beispiel von Ratten darüber berichtet, dass diese eine Abnahme in der Stabilität von Signalraten in CA1 erkennen liesen verbunden mit Behinderungen von Langzeit-Potentialen in CA1 sowie der Konsolidierung von räumlichem Gedächtnis. Diese Ergebnisse wurden dahingehend verfeinert, dass es eher die erhöhte Aktivität der Amygdalar-Neuronen ist, die Stress auslöst, als die Konzentration von Kortikosteron, Stress, der dazu führt, dass sich die Stabilität der Signalraten der Ortszellen verändert.

  14. Ausgangspunkt für das Team Carien S. Lansink et al. (2012) ist die Annahme, dass die Verknüpfungen von Orten mit Belohnungen kritisch abhängt von der Integrität des hippocampalen-ventralen Systems. Das ventrale Striatum (VS) empfängt einen starken räumlich-kontextuellen Input vom Hippocampus (CA1), aber es ist nicht klar, wie das ventrale Striatum diese Informationen so verarbeiten kann, dass damit ein belohnungsbezogenes Verhalten entsteht. Um diese Frage zu beantworten wurde ein Verhaltensexperiment gestartet, bei dem eine konditionierte Aufgabe durch Pfadintegration zu lösen war. Dabei wurden simultan sowohl die Signale im Hippocampus (HC) wie auch im VS von Ratten gemessen. Im Gegensatz zum HC zeigten VS-Neuronen eine geringe räumliche Auflösung; dafür kodierten sie verhaltensbezogene Aufgaben-Phasen (‚task phases‘) mit Bezug auf die Erreichung von Zielorten (‚goal sites‘). Solche Schlüsselreize (‚cues‘)(z.B. Lichtreize), die einen bestimmten Ausgang voraussagen können, bewirkten eine Umprogrammierung (‚remapping‘) von Signalmustern im HC; für das Team steht dies in Übereinstimmung mit der Rolle des HC für das episodische Gedächtnis. Eine solche Umprogrammierung kann für die gleiche Aufgabe in unterschiedlichen Gehirnregionen stattfinden. Im Gesamtergebnis zeigen diese Resultate, dass einerseits zwar ein großer Unterschied im Verarbeiten räumlicher Informationen zwischen CA1 (Hyppocampus) und VS besteht, doch besteht eine Ähnlichkeit darin, dass diskrete Schlüsselreize diese Prozesse beinflussen.

 

Literaturhinweise:

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Hilfreiche zusätzliche Links:

Stefan Leutgeb: http://biology.ucsd.edu/faculty/sleutgeb.html (zuletzt 17.Sept.2012)

Gitter-Zellen: http://en.wikipedia.org/wiki/Grid_cell (zuletzt 15.Sept.2012)

Pfad Integration: http://en.wikipedia.org/wiki/Path_integration (zuletzt 15.Sept.2012)

Orts-Zellen: http://en.wikipedia.org/wiki/Place_cell (zuletzt 15.Sept.2012)

Kopf-Richtungs-Zellen: http://en.wikipedia.org/wiki/Head_direction_cells (zuletzt 15.Sept.2012)

Raum-Sicht-Zellen: http://en.wikipedia.org/wiki/Spatial_view_cells (zuletzt 15.Sept.2012)

Grenz-Zellen: http://en.wikipedia.org/wiki/Border_cell_%28brain%29 (zuletzt 15.Sept.2012)

Striatum: http://en.wikipedia.org/wiki/Striatum (zuletzt 17.Sept.2012)

 

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