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 Jürgen Krüger       Prof. Dr., Dipl.Phys., im Ruhestand, AG Hirnforschung 79104 Freiburg

                                           Zunächst Mehrquantenübergänge, Tieftemperaturphysik. Dann Neurophysiologie des visuellen Systems (Katzen, Affen). Multielektrodenableitungen. Uni Parma: Chronische Implantation von 64 Mikroelektroden ("Spiegelneurone")
Retired physicist, neurophysiological studies, using multiple electrodes on animals; mirror neurones (Parma)

www.brain.uni-freiburg.de/kruger

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Grenzen der Neurowissenschaft bestimmen, Bewusstsein

beschreiben. Mögliche Beziehungen zwischen N und B

zusammentragen. Dazu ab und zu ein Hirnbrief.

Möglichst keine Sichtweisen/Philosophie.


Determine boundaries of neuroscience. Describe consciousness.

Collect possible relationships between n and c. A brain letter from time to time.

No viewpoints/philosophy if possible

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Der Hirnbrief Nr. 3, 2017

 Drei Arten des Sehens

Die erste Art des Sehens ist naturwissenschaftlich am leichtesten zu verstehen.

Damit ist einfach nur gemeint, dass das Sehen, mitsamt dem Gehirn, nach denselben allgemeinen (erlernten oder ererbten) Prinzipien funktioniert wie bei allen anderen Organen auch. Die Grundlage sind Prozeduren, die aus verknüpften Verbänden von Zellen bestehen. Eine solche Prozedur ist in den Verbindungsstrukturen und in den möglichen Leistungen der Einzelzellen gespeichert. Sobald eine bestimmte Struktur von Eingangssignalen auftaucht, beginnt die Prozedur physiologisch zu arbeiten. Sie erzeugt ein (vielleicht sehr komplexes) Ausgangssignal, das in die "Welt" außerhalb des Organs, oder in eine andere Prozedur desselben Organs, geschickt wird.

Für das Sehen bedeutet all dieses, in vereinfachter Form, dass bestimmte Lichtverteilungen auf die Netzhaut fallen, z.B. das Bild eines Apfels, woraufhin die Prozedur anspringt und eine Greifbewegung visuell gesteuert wird. "Bewusstsein" oder "Wahrnehmung" kommen dabei nicht vor; die Beschreibung wäre auch für die Niere von derselben Art, nur kommen die Eingangssignale nicht aus den Augen, und die Leistungen und Verknüpfungen der Zellen sind andere.

Ein Beispiel wäre, wenn man von der Fahrbahn auf den Fußweg geht, und dazu visuell gesteuert am Bordstein das Bein anhebt.

Unklarheit entsteht allerdings dadurch, dass ich dennoch den Bordstein wahrnehme, wobei "Wahrnehmung", die bei anderen Organen als dem Gehirn nicht auftritt, in der Naturwissenschaft nicht existiert. Vielmehr gehört die Wahrnehmung in den Bereich "Bewusstsein". Dass ich etwas wahrnehme, ist nicht beobachtbar. Nur mein Verhalten, oder im Prinzip auch meine Hirnprozesse, sind beobachtbar; daraus einen Schluss zu ziehen, dass ich etwas wahrnehme, ist im Rahmen der Naturwissenschaft nicht möglich, zumal (zumindest im Prinzip) die Naturwissenschaft den ganzen Vorgang des Apfelgreifens komplett erklären könnte, so dass man nichts vermisst. Auch bei der Niere würde man nichts vermissen, wenn es gelänge, eine Nierenprozedur wirklich komplett zu erfassen.

Ich kenne nur ein Beispiel, an dem man genügend deutlich erkennt, dass bei der ersten Art des Sehens die Wahrnehmung keine Rolle spielt: Ich putze die Zwischenräume zwischen meinen Zähnen mit drei verschiedenen Bürstchen, je nach Breite des Zwischenraums. Der gesamte Vorgang (eine einzige Prozedur) läuft weitgehend "automatisch" ab, weil ich ihn seit vielen Jahren unverändert abwickle. Ich setze immer die Bürsten in derselben Reihenfolge von dick nach dünn ein, und die Abfolge der geputzten Lücken beginnt immer mit jeweils derselben Start-Lücke. Ich muss nicht überlegen, in welche Lücke ich welche Bürste stecke; "Lückenzielfehler" kommen nicht vor. Im Dunkeln kann ich die Lücken nicht treffen, die visuelle Steuerung vor einem Spiegel spielt auf jeden Fall eine wichtige Rolle. Andererseits nehme ich, vor dem Spiegel stehend, die ganze Szenerie des Zähneputzens wahr; da ist keineswegs ein Loch in meinem Gesichtsfeld.

Das Besondere an dieser Prozedur ist, dass ich selber nicht sagen kann, in welche Lücke ich welche Bürste stecke, obwohl ich die ganze Zeit die ganze Abwicklung der Prozedur wahrnehme. Um eine solche Frage zu beantworten, muss ich die Prozedur (zumindest den Teil, der mit nur einer Bürste durchlaufen wird) tatsächlich durchführen, und sie dabei aufmerksam beobachten und ggf. bewusst stoppen, um zu sehen, in welcher Lücke die Bürste nun steckt.

An diesem Beispiel kann man erkennen, dass die visuelle Wahrnehmung für die Steuerung der visuellen Prozedur keine Rolle spielt. Vermutlich gilt das auch für das Fußheben am Bordstein und viele ähnliche Vorgänge, nur lässt sich bei ihnen nicht so ohne weiteres erkennen, dass die Wahrnehmung etwas anderes bietet als das, was für die Aufgabe gebraucht wird. Offenbar fehlen in der Wahrnehmung Angaben darüber, welche visuellen Details zu einer bestimmten Aufgabe gehören. Andererseits enthält eine Prozedur, "wie es weitergeht", während die Wahrnehmung nur Momentanzustände anzeigt, dann aber, so gut es geht, alles, was auf die Netzhaut fällt.

Wer nur diese erste Art des Sehens hat, kann all das sehen, wofür er eine Prozedur hat. Da kann es durchaus ganz einfache Warnprozeduren geben, aber es kann auch, wie beim Hören, Fälle geben, bei denen es nichts zu tun gibt, d.h. das Lebewesen sieht nichts, obwohl bildliche Strukturen auf die Netzhäute fallen. Dennoch kann so etwas ein sehr leistungsfähiges Sehen abgeben. Wie gesagt, kommt dabei keinerlei Wahrnehmung, und damit auch keinerlei Bewusstsein, vor. Auch kommt keine Aufmerksamkeit in Form einer Empfindung vor, wenn auch man vielleicht das Anspringen einer Prozedur ungefähr so auffassen könnte.

Die zweite Art des Sehens ist von der Art, wie sie vielleicht ein Laie beschreiben würde, der aber immerhin weiß, das das Gehirn eine Rolle spielt: In der Ferne sieht man einen Hasen und einen anschleichenden Fuchs; man versucht, mit voller Aufmerksamkeit die Szene ununterbrochen "im Auge zu behalten", und stellt sich auch vor, dass entsprechende Neurone im Kopf dafür arbeiten. Sogar, dass sie "mit Volllast" arbeiten, könnte man empfinden. Ähnliches würde man beim Fussballtorwart vermuten, wenn er einen gegnerischen Spieler mit dem Ball herannahen sieht. Weniger dramatische Fälle sind, dass ich ein bestimmtes Buch in meinem Bücherregal identifiziere und es dann herausnehme.

Im Gegensatz zur ersten Art scheint es hier auf den Wahrnehmungsinhalt und auf die Aufmerksamkeit anzukommen. Eine zugehörige anschließende Tätigkeit kommt hingegen nicht vor. Vielmehr muss man sich (ggf. sehr schnell) bewusst entscheiden, was man tun will.

Die dritte Art des Sehens ist dafür verantwortlich, dass man 16 Stunden täglich, wenn man nicht schläft, immer visuell etwas wahrnimmt. Niemals ist wegen Desinteresse oder aus Sparsamkeitsgründen ein Loch im Gesichtsfeld. Dabei ist den meisten Leuten gar nicht klar, dass sie zu allen Zeiten das allermeiste davon als identisch ("dasselbe") mit etwas zuvor Wahrgenommenen auffassen. Dazu gehört das Wohnungs- und Arbeitsplatzmobiliar, Gebäude am Wohnort und vieles andere mehr. Einem Ingenieur, der nichts mit Neurowissenschaften zu tun hat, würde es widersinnig erscheinen, wenn er den ganzen Tag an seinem Büro-Arbeitsplatz sitzt, dass das wochenlang unveränderte Mobiliar ihm gegenüber ununterbrochen, Millisekunde für Millisekunde, vom Gehirn "signalisiert"
werden sollte. Vielmehr würde er irgendeine sparsamere Kodierungsmethode vermuten. Wenn er ein bißchen schärfer überlegt, wird er vielleicht bemerken, dass er ein bestimmtes Buch aus dem Regal ihm gegenüber nicht auswählen kann, ohne dabei "Aufmerksamkeit" auf das Regal zu richten, obwohl das Regal, das er auch zuvor schon stundenlang wahrgenommen hat, dadurch überhaupt nicht anders aussieht. Es erschien den ganzen Tag über optisch scharf. Dennoch kann er ohne die Aufmerksamkeit das Buch nicht auswählen. Vielleicht wird er auch noch bemerken, dass die Wahrnehung der Szene vor ihm sich überhaupt nicht verändert, obwohl er ständig während der Arbeit die Blickrichtung ändert.

Wegen ihrer 16-Stunden-Präsenz überlagert sich die dritte Art zwangsläufig den anderen beiden. Für den Fußballtorwart, der per Zweiter Art einen Angriff beobachtet, verlöscht nicht die Wahrnehmung des ganzen Stadions. Die dritte ist diejenige Art, für die es am schwierigsten erscheint, etwas über die zugehörigen neuronalen Prozesse zu sagen.

Zur zweiten und dritten Art des Sehens steht schon einiges in den Hirnbriefen 11/12.2010: "Aspekte der Zeit 3: Sehen"; 2.2015: "Unterbrechung 4"; 2.2017: "Sehen und Unterbrechung". Dort habe ich schon dargelegt, dass ganz allgemein ein kurzzeitiger multineuronaler Erregungsvorgang (bestenfalls einige Hunderte von Millisekunden) auf dem phänomenalen Niveau des Bewusstseins einen lange Zeit gültigen konstanten Bewusstseinsinhalt bedeuten kann. Mit naturwissenschaftlichen Argumenten kann man so etwas nicht widerlegen, weil "A bedeutet B" generell keine naturwissenschaftliche Beziehung ist. Im visuellen System ist ein räumliches Analogon recht gut untersucht. Darüber regt sich kein Wissenschaftler auf, hingegen sehr wohl, wenn dasselbe auf der Zeitachse passiert ("Wie soll denn das gehen?"). Das Kernelement der Aussage ist, dass nach Verlöschen der kurzzeitigen Erregung der Bewusstseinsinhalt, und vor allem ein Wahrnehmungsinhalt, weiterhin sozusagen freischwebend erhalten bleibt. Da ist es nicht verwunderlich, dass man damit kein Buch im Bücherregal identifizieren, und dann den Arm zum Herausnehmen ansteuern kann. Um das zu leisten, muss man, wie gesagt, die Aufmerksamkeit bemühen, was nichts anderes ist, als dass man die neuronale Aktivität erneut starten muss. Man kann die dritte Art als die neuronal unbegleitete Fortsetzung von Sehprozessen, die mit der zweiten Art, d.h. mit einer neuronalen Erregung begonnen haben, auffassen.

Die Sache hat zum Teil eine entfernte Ähnlichkeit mit der Datenkompression eines kontinuierlich einlaufenden Textes, indem man ein Wörterbuch anlegt, in dem jedes Wort nur einmal aufgeführt ist, und dazu eine Liste zu jedem Wort, aus der hervorgeht, wie es an den verschiedenen Stellen des Textes zwischen die anderen Wörter eingeordnet werden muss. Jedes Wort ist, wenn es mehrfach auftritt, dadurch trivialerweise dasselbe. Letztlich verschiebt sich das Problem auf "die Zeit", welche ja auch ein phänomenaler Gehalt ist, denn wenn nicht zur Verfügung steht, dass ein gegenwärtiger neuronaler Vorgang (nämlich das Auslesen eines Inhalts eines episodischen Gedächtnisses) einen vergangenen neuronalen Vorgang bedeuten kann, dann kann man nicht verstehen, was mit "Zeit" gemeint ist. Neuronale Vorgänge jeder Art sind, rein naturwissenschaftlich gesehen, immer nur gegenwärtige bedeutungslose Vorgänge. Die genannte Bedeutungszuweisung, die im Bewusstsein passiert, ist für den Zeitbegriff erforderlich. Schließlich ist die gesamte Naturwissenschaft eine komplexe Ansammlung phänomenaler Gehalte des Bewusstseins, und die Zeit ist darin enthalten. Hier wird erneut die Rückbezüglichkeit der ganzen Bewusstseins-Argumentation deutlich, denn die (phänomenale) Naturwissenschaft, die irgendwie auf neuronalen Prozessen ruht, soll herangezogen werden, um all die genannten Zusammenhänge zu erklären.

Eine Warnung möchte ich aussprechen vor der unbedachten Verwendung des Begriffs "Wahrnehmung". Die Unbedachtheit rührt vor allem daher, dass wissenschaftliche Untersuchungen über das Sehen weitestgehend im zeitlichen Bereich des Beginns, oder der Veränderung visueller Reize stattfinden. Zu diesen Zeiten sind die visuellen Neurone noch tätig. Was nach einer Stunde nach Einschalten eines konstanten Reizes passiert, ist naturwissenschaftlich nicht leicht zu untersuchen, aber man stellt eine völlig unveränderte Wahrnehmung fest. Man muss sich gut überlegen, wie es unter diesen Umständen zu sprachlichen Aussagen kommen kann ("ich nehme den Reiz weiterhin unverändert wahr"). Vor allem wird irgendein Neustart neuronaler Prozesse erforderlich sein, sonst ließe sich ja kein Sprachsignal erzeugen. Jedenfalls sollte man vermeiden, von dem sprachlich berichteten Zeitverlauf einer Wahrnehmung auf den Zeitverlauf des zugehörigen neuronalen Prozesses zu schließen.

Es wäre auch schon hilfreich, wenn mal jemand die dauerhaft (durchaus als hoch) wahrnommenen Bildschärfe abschätzen könnte, und eine Überlegung anschließen könnte, was die Neurone leisten müssten, wenn sie, wie "klassisch" angenommen, ständig Millisekunde für Millisekunde, eine als konstant wahrgenommene Szene signalisieren müssten. Ich vermute, dass das neuronale visuelle System damit völlig überlastet wäre. Hinzu käme, dass dann Rauschen wahrzunehmen sein müsste, was der wahrgenommenen Identität widerspräche.

In den obengenannten Hirnbriefen ist der Haupt-Unterschied zwischen den Arten des Sehens schon diskutiert worden: Während man die erste Art im Prinzip (wenn wohl auch nicht so ohne weiteres in der Praxis) vollständig verstehen kann, dabei aber kein Bewusstsein (und damit keine Wahrnehmung) vorkommt, glaube ich, dass die anderen beiden Arten zusammenhängen mit der Organisation von Unterbrechungen des (rein prozeduralen) Sehens erster Art, wobei diese Unterbrechungsorganisation auch für andere als visuelle Prozesse gilt. Sie beschert dem Menschen die Möglichkeit, Prozeduren von quasi unendlicher Dauer stückweise zu betreiben, muss dazu aber jeweils die für eine Fortsetzung erforderlichen Startdaten bereithalten. Die Idee ist, dass diese Daten eine nahe Verwandtschaft mit dem Bewusstsein haben, wenn auch letzteres damit nicht in einem naturwissenschaftlichen Sinne erklärt wird.

Vielleicht muss man letztlich alle Prozeduren als Fortsetzungen schon früher begonnener Prozeduren auffassen, was vielleicht einen Ansatzpunkt gäbe für die in jedem Individuum möglicherweise unterschiedliche neuronale Ausgestaltung von Wahrnehmungsinhalten ("Qualia"), indem diese Unterschiede von Start-Unterschieden zu Urzeiten ("Anfangsbedingungen") herrührten. Damit würde die prinzipielle naturwissenschaftliche Unzugänglichkeit von Bewusstseinsinhalten vielleicht verständlich. Es wäre denkbar, dass auch bei rein naturwissenschaftlicher Betrachtungsweise hier ein Element hereinkäme, nämlich eine Anfangsbedingung, die nicht erklärt werden könnte.

Auch in der Physik braucht man ja die Anfangsbedingungen für Unterbrechungs-Fortsetzungen: Die Fallbewegung eines Apfels "beginnt" mit dem Loslösen des Stiels vom Baum. Hingegen wenn man das ganze Weltall betrachtet, geht diesem "Beginn" die allmähliche Austrocknung des Stiel-Ansatzes voraus, und diesem Vorgang wiederum eine bis in die unendliche Vergangenheit zurückreichende Kette weiterer Vorgänge, die sich naturwissenschaftlich prinzipiell nicht mehr beobachten lassen.

Schließlich muss man sich mit dem Zeitbegriff befassen. Die Idee ist, dass das richtige Ineinanderschachteln von Teilstücken verschiedener Prozeduren diesen Begriff erfordert. Hingegen kommt das Sehen der ersten Art ohne diesen aus, weil es bei rein prozeduraler Verarbeitung immer nur darauf ankommt, was in der Gegenwart passiert. Diese Gegenwart wird zwar von vergangenen Vorgängen beeinflusst, aber nachdem diese "abgeladen", und über das zuvor Abgeladene darübergeschüttet worden sind, sind sie als einzelne vergangene Vorgänge nicht mehr zugänglich.

Auch die Physik hat etwas zum Zeitbegriff zu sagen (siehe Hirnbrief 1, 2016: "Zeit und Physik"). Es erweist sich jedoch als nahezu unmöglich, mit Physikern darüber zu sprechen. Sobald sie auch nur von ferne ahnen, dass da auch die Rede vom Gehirn sein soll, nehmen sie Reißaus. Es wäre erfreulich, wenn sich diese Situation mal ändern würde.

 
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