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Archiv Hirnbriefe 2013-16

1 (2016) Zeit und Physik

2 (2015) Unterbrechung 4

1 (2015) Unterbrechung 3

2 (2014) Spionage

1 (2014). Nicht wissen, was "Zeit" ist (2)

3 (2013). Kind 2

2 (2013). Kind 1

1 (2013). Dauerhaftigkeit des Gedächtnisses

Nr  1 2016

Zeit und Physik (ergänzt 19. Jan. 2017)

Was heute für die Physiker ein ferner Traum ist, nämlich eine "Weltformel" zu finden, aus der sich alle Erscheinungen der zur Zeit bekannten Physik herleiten lassen, war vor 200 Jahren noch realisierbar, denn damals bestand die Physik praktisch nur aus Mechanik. Man hatte es zu tun mit kinetischer und potentieller Energie, mit Raumkoordinaten, Impulsen, der Zeit, mit Massen, Federkräften und Gravitation. Die damalige Weltformel gab es in mehreren Varianten, die sich ineinander umrechnen ließen, und die auf diese Weise unterschiedliche Sichtweisen ermöglichten. Sofern man es mit "klassischer" Mechanik (im Gegensatz zur Quantenmechanik) zu tun hat, sind diese Formeln weiterhin streng gültig.
 
Angenommen, in diesem Rahmen betrachtet man ein Weltall, in dem es nur massive Gegenstände und mechanische Wechselwirkungen gibt. "Weltall" heißt nicht unbedingt, dass dieses sehr groß ist, sondern nur, dass es außer ihm sonst absolut nichts gibt, also auch keinen außerhalb befindlichen Beobachter, und keinerlei Wechselwirkungen von irgendwoher oder irgendwohin. Für diesen Fall lautet die Weltformel in der Hamilton-Variante H=T(p)+V(q), wobei T die kinetische Energie ist, die von den Impulsen p aller beteiligter Körper abhängt, und V die potentielle Energie, die von deren Ortskoordinaten q abhängt. Es ist nur eine einzige Formel, die allerdings sehr kompliziert sein kann, weil die Verhältnisse aller beteiligten Körper darin berücksichtigt sind. H ist die Gesamtenergie, die im Beispiel eines solchen total isolierten ("abgeschlossenen") Systems eine mit E bezeichnete Konstante ist, die sich durch keinerlei Umstände verändern lässt. Das Geschehen in diesem System kann also immer nur derart sein, wenn manche Einzelanteile von T oder V größer werden, dass dann andere entsprechend kleiner werden müssen. Alles, was mit dem betrachteten System überhaupt nur passieren kann, lässt sich aus der Weltformel H im Detail herausholen, beispielsweise mit Hilfe bestimmter Rechenvorschriften, die es ermöglichen, die Bewegung eines einzelnen Körpers dieses Systems darzustellen.

Nun gibt es in anderen Gebieten der heutigen Physik die Idee, dass es in abgeschlossenen Systemen "keine Zeit" gäbe. Andererseits sieht man, dass die Komponente "kinetische Energie" in der Hamiltonfunktion von den Impulsen abhängt, die man zumeist als Masse*Geschwindigkeit kennt. Geschwindigkeit kann man sich nicht gut ohne Zeitbegriff vorstellen. Da sie auch variabel sein kann, wird sie jeweils momentan gebildet aus dem Quotient einer kleinen Strecke dq, und dem kleinen Zeitintervall dt, in der dq durchlaufen wird. So erreichte im Jahre 1904 die Maffei-2B1-Dampflokomotive zwischen Offenburg und Freiburg auch nur einen Moment dt lang, auf einem entsprechend kurzen Streckenteil dq, die Spitzengeschwindigkeit von 144 km/h.

Die große Linie ist ungefähr folgende (hier beziehe ich mich auf J. B. Barbour arXiv:0903.3489; 2009): Man kann die Formel für die kinetische Energie, die ja von den Impulsen und damit indirekt von der Geschwindigkeit abhängt (in der wiederum dt vorkommt), umschreiben ("auflösen nach dt"), so dass für dt eine kompliziert aussehende Formel entsteht, deren Besonderheit ist, dass in ihr nicht nochmals die Zeit vorkommt. Aber unter anderem enthält sie dafür dann die kinetische Energie T; man hat ja nur umsortiert. Nun ist im hier betrachteten Fall, für den ja T(p)+V(q)=E gilt, einerseits die kinetische Energie T einfach die Differenz aus der Gesamtenergie E (einer einzigen dauerhaft festliegenden Zahl) und der potentiellen Energie, die aber nur von den Ortskoordinaten q, nicht aber von der Zeit abhängt. Freilich ändern sich all die Werte q ständig mit der Zeit, z.B. beim Planetenumlauf, es ist aber damit gemeint, dass es für die Bestimmung der potentiellen Energie nur auf Ortsangaben ankommt, egal zu welchen Momenten diese Orte von den Körpern eingenommen werden. Also kann man in der Formel für dt die kinetische Energie T einfach durch E-V ersetzen, und erhält damit die merkwürdige Beziehung, dass nämlich "die Zeit" ausgedrückt werden kann durch allerlei andere Angaben, die das System charakterisieren, u.a. durch die ständig veränderlichen Ortsangaben der vorhandenen Körper. Aber wie gesagt kommt es nicht darauf an, wann diese unterschiedlichen Orte von den Körpern eingenommen werden. Das funktioniert genau nur deshalb, weil das betrachtete System abgeschlossen ist, und deshalb die Gesamtenergie T+V für alle Zeiten konstant ist. Man kann das auch so ausdrücken: Wenn man die reinen Ortsangaben zweier unterschiedlicher (aber dicht benachbarter) Anordnungen sämtlicher Körper des Systems vor sich hat, dann kann die eine Anordnung wegen der Erhaltung der Gesamtenergie nur mit einem ganz bestimmten Zeitverlauf in die andere Anordnung übergegangen sein, den man aus diesen Ortsangaben (und weiteren Variablen) berechnen kann.

Der Gedankengang bis hierhin hat allerdings den Nachteil, dass man ausgegangen ist von längst bekannten Formeln, die wie üblich "die Zeit" enthalten, und hat diese dann umgewandelt in eine zeitlose Form. Was wäre aber, wenn man diese traditionelle Ausgangssituation gar nicht gehabt hätte? Die Geschichte soll ja eigentlich zeigen, dass es (zumindest in isolierten Systemen) überhaupt keine Zeit gibt, so dass die genannte gedankliche Startsituation in Wirklichkeit gar nicht zur Verfügung steht. Dazu muss man einen anderen Weg gehen, der aber immerhin auch schon seit fast 200 Jahren bekannt ist.

Man hat ja in den bisher beschriebenen Manövern einen winzig kleinen Zeitabschnitt ersetzt u.a. durch eine kleine Veränderung der potentiellen Energie aller beteiligten Körper. Diese besteht aus deren jeweiligen kleinen Ortsänderungen, wobei sie sich gegen Widerstände (zB Feder- oder Gravitationskräfte) bewegen. Man kann jedoch in die entsprechende Formel nicht einfach irgendwelche frei gewählten Ortsänderungen hineinschreiben, und daraus dann in jedem Fall eine kleine Zeitänderung erhalten. Vielmehr erhält man in praktisch allen Fällen eine in der Natur überhaupt nicht vorkommende Gesamtsituation, es sei denn, man wählt die einzelnen Ortsänderungen so, dass eine gewisse Größe ("Wirkung" genannt), minimal wird.

Dies muss man genauer ausführen: Man beginnt, indem man zwei durchaus weit auseinanderliegende, wirklich existierende momentane Gesamtzustände des Systems auswählt. Wann diese existieren, muss man nicht wissen. Man interessiert sich dafür, wie das System sich nun von dem einen in den anderen Zustand entwickelt. Man beginnt mit dem ersten Zustand, indem man für jeden Körper des Systems eine unterschiedliche winzige Ortsänderung frei auswählt (all diese werden auch noch "gewichtet" mit der jeweiligen Masse des Körpers, d.h. eine bestimmte Verschiebung eines schweren Körpers "zählt mehr" als dieselbe Verschiebung eines leichteren Körpers). Dann fügt man diese "gewichteten" kleinen Verschiebungsstrecken der verschiedenen Körper so zusammen, als ob es die Verschiebung eines einzigen Punktes in einem entsprechend hochdimensionalen Raum wären. Hat man also ein System aus 30 Körpern, so erhält man eine einzige kleine "Verschiebungsstrecke" in einem 180-dimensionalen Raum (für jeden Körper braucht man 6 Dimensionen). Dies wiederholt man mit einem ebensolchen Schritt, den man an den vorigen anhängt, und so weiter, bis man alle aneinandergesetzten Abschnitte so hingezirkelt hat, dass man den zweiten gewünschten Gesamtzustand erreicht. Einige weitere Bestandteile der beteiligten Formeln habe ich weggelassen. Man kann sich vorstellen, dass es eine riesige Vielfalt von Möglichkeiten dieser Aneinanderkettungen gibt. Eine von ihnen ist die kürzeste, und das Besondere ist, dass nur diese in der Natur tatsächlich durchlaufen wird. Und genau nur für diesen Fall lässt sich entsprechend der obigen Schilderung "die Zeit" ersetzen durch jene Reihe von anderen Variablen.

Hier wurde der Gedankengang von vornherein ohne Bezug zur Zeit abgewickelt, so dass man nun schließen kann, dass man "die Zeit" zwar ausrechnen kann, sie aber eigentlich für die Naturbeschreibung völlig überflüssig ist. Das ist durchaus die Idee vieler Physiker. Wenn man sie ernstnimmt, stellt sich die Frage, wo der Zeitbegriff, der sich ja im Alltag aufdrängt, nun herkommt, und ob es Situationen gibt, bei denen ein Zeitbegriff doch unausweichlich ist.

Es ist schwierig, sich unterschiedliche Aufenthaltsorte derselben Körper vorzustellen, ohne dabei an Zeitverläufe, oder wenigstens an ein zeitliches Nacheinander zu denken. Auch beim Impulsbegriff kommen auf diese Weise keine Zeiten oder Geschwindigkeiten vor. Während sie in der üblichen "Masse*Geschwindigkeit-Sichtweise" nur etwas zu tun haben mit dem betrachteten Körper selbst, kann der Impuls eines Körpers ebensogut gesehen werden als der Zusammenhang seiner individuellen Ortsänderung mit einer Änderung der kinetischen und damit auch der potentiellen Energie des Gesamtsystems, wobei letztere ebenfalls nur von Orten (aber aller Körper) abhängt.

Der Impuls in der letztgenannten Ausdrucksform erhält seinen Zusammenhang mit einem einzelnen Körper nur über seine individuelle Ortsänderung. Dazu kommt der Einfluss des Gesamtsystems über die potentielle/kinetische Gesamtenergie. In gewisser Weise ist "die Zeit" dieser letztgenannte Einfluss für sich alleingenommen. Deshalb gibt es (worüber sich normalerweise niemand Gedanken macht), nur eine einzige Zeit für das gesamte System, im Gegensatz zu den Angaben "Ort" oder "Geschwindigkeit", die für jeden beteiligten Körper verschieden sind.

Wie eingangs schon gesagt, gilt all dieses nur für den Fall eines völlig isolierten, und damit unbeobachtbaren Systems, und so könnte man denken, dass die ganze Betrachtung bis hierhin völlig müßig ist.

Von nun an folge ich einem formelgespickten Gedankengang von J. Briggs (Freiburg; Physical Review A 91, 052119; 2015). Wirklich exakt kann ich ihn in Worten nicht wiedergeben, und vielleicht verstehe ich nicht alles ganz richtig. Aber immerhin habe ich schon seit einer Weile (siehe Hirnbrief 21/2009) nach solch einem Gedankengang gesucht. Die große Linie ist ungefähr folgende:

Es muss nun darum gehen, die Isolation des betrachteten Systems aufzuheben, so dass es der Beobachtung zugänglich wird. Es zeigt sich, dass "die Zeit", so, wie man sie intuitiv kennt, und wie sie auch in der Physik benutzt wird, damit erst entsteht, und nicht mehr einfach etwas Überflüssiges ist.

Im hier interessierenden Zusammenhang werden selbstverständlich die Impulse in der oben erwähnten zeitlosen Weise eingebracht.

Nun muss man sich mit der Aufhebung der Isolation des untersuchten Systems befassen. Dazu betrachtet man weiterhin ein komplett abgeschlossenes, isoliertes Weltall, das man sich aber aufgespalten denkt in das eigentlich interessierende System S, und ein anderes, welches der ganze Rest A ("Umgebung" oder "Außenwelt") ist. Der Ausdruck "aufspalten" soll jedoch nicht glauben machen, dass man dadurch zwei völlig voneinander isolierte Systeme erhält. Vielmehr ist damit nur eine gedachte Zugehörigkeit eines jeden Elements zu entweder S oder A gemeint. Energetische Wechselwirkungen zwischen S und A werden weiterhin stattfinden.

Man kann nun die "Weltformel" für das Gesamtweltall (in der Form der weiterhin betrachteten Hamiltonfunktion) aufteilen in eine Hamiltonfunktion für das System S plus einer für die Umgebung A (als ob ein jedes von diesen beiden für sich völlig isoliert wäre, aber nur dem formelmäßigen Aufbau nach; in Wirklichkeit sind sie keineswegs konstant), aber zu diesen kommen noch zwei weitere Anteile hinzu, von denen der eine die Abhängigkeit von A vom Zustand von S erfasst, und umgekehrt der andere die Abhängigkeit von S vom Zustand von A. Nur diese Gesamt-Hamiltonfunktion ist weiterhin absolut konstant.

Für die ganze Betrachtung genügt es, sowohl für S als auch für A nur je eine einzige Ortskoordinate zu betrachten. Das Ziel soll sein, die Ortskoordinate von A als einen Uhrzeiger zu benutzen. Für eine jede Uhr muss natürlich gewährleistet sein, dass diese nicht dadurch langsamer oder schneller geht, dass sich etwas ändert im System S. Schließlich will man ja darauf hinaus, dass diese Uhr Zeitverläufe in S anzeigen soll, ohne dass diese Zeitanzeigen, selbst wenn es nur zu einem kleinen Teil geschieht, durch das System S selbst verursacht werden. Dieses ist dennoch der eher unproblematische Teil der Geschichte: man muss für eine ordentlicEinehe Zeitmessung ohnehin dafür sorgen, dass derlei Verursachung nicht passiert. Die Abhängigkeit von A vom Zustand von S muss also so klein sein, dass man sie vernachlässigen kann, oder zumindest berücksichtigt werden kann in Form eines sehr kleinen, aber konstanten Anteils an der Gesamtenergie, um den die letztere also verringert wird. Allerdings ist durch dieses Manöver die Grundannahme der absolut konstanten Gesamtenergie des Weltalls verletzt, wenn auch nur in geringem Maße.

Schwieriger zu durchschauen ist hingegen der umgekehrte Fall, nämlich dass die Uhr, die ja kein Teil des Systems S ist, S nicht beeinflusst, und wie es sein kann, dass die Anzeige dieser Uhr tatsächlich dem entspricht, was man in der Physik und auch im Alltag unter "Zeit" versteht.

Die gewöhnliche Vorstellung von "Zeit" umfasst die Idee, dass der Ursprung der Zeit nichts zu tun hat mit irgendwelchen Systemen, von deren Bestandteilen Zeitabläufe gemessen werden. Vielmehr hat man "die Zeit" stets als etwas "von vornherein Gegebenes" angesehen; sie ist einfach da, und es ist zwecklos, sich über ihren Ursprung Gedanken zu machen. Hier entsteht jedoch ein anderes Bild.

Wie angekündigt, schreibt man zunächst die Hamiltonfunktion für das Gesamtsystem hin (die weiterhin eine mit E bezeichnete Konstante ist), aber in der genannten aufgespaltenen Form, die im Wesentlichen aus zwei "isolierten" Hamiltonfunktionen für S und A und aus zwei Einwirkungen von A auf S und von S auf A besteht. Im dem nächsten, ebenfalls schon angekündigten Schritt wird die "isolierte" Hamiltonfunktion für A als ganz klein angenommen (am liebsten Null), oder wenigstens als eine sehr kleine Konstante. Im Weiteren betrachtet man die Gesamt-Hamiltonfunktion, deren Energie nun um diesen kleinen Betrag reduziert wird. Weil diese Konstanz nur eine Annahme ist, ist die absolute Konstanz der Energie des Gesamtsystems von nun an nicht mehr wirklich garantiert, wenn auch nur in geringem Maße. Wichtig ist aber doch, dass auf dem Wege zum Zeitbegriff ein derartiges Manöver stattgefunden hat. Dieses Manöver bedeutet also, dass die (als Uhr gedachte) Außenwelt A durch das zu betrachtende System S nicht beeinflusst wird. Immerhin wenigstens betraf dieser Eingriff im Wesentlichen nur die Außenwelt allein. Das ist beim nächsten Schritt nicht mehr so abtrennbar.

Nun hat sich also die ursprüngliche Gesamt-Hamiltonfunktion reduziert von zwei auf nur noch eine "isolierte" Hamiltonfunktion, nämlich diejenige für S, und weiterhin den Wechselwirkungsanteil, der nun aber nur noch die Einflüsse von A auf S umfasst. Letzterer Anteil würde ausdrücken, dass die Uhr eventuell das Geschehen im System in unerwünschter Weise beeinflusst, und würde ebenfalls nicht zum gebräuchlichen Zeitkonzept passen.

Von Interesse ist bei diesen letzteren Einflüssen nun der Teil "kinetische Energie", über den S und A (neben einem Teil "potentielle Energie") weiterhin miteinander zusammenhängen. Mit großem Abstand der Hauptteil der kinetischen Energie steckt natürlich in der "isolierten" Hamiltonfunktion für S, denn eigentlich würde man es ja ausschließlich mit dieser zu tun haben wollen, ohne sich darum zu kümmern,  "wo die Zeit herkommt", wie man es früher immer getan hat. Es wird angestrebt, dass der Wechselwirkungsteil vergleichsweise klein ist.

Nun besteht allgemein die kinetische Energie im Wesentlichen aus den Impulsen. Diese treten auf in ihrer oben dargelegten zeitlosen, aber ortsabhängigen Form, und zwar "im Quadrat", d.h. sozusagen "Impuls*Impuls". Für das Gesamtsystem, bestehend aus S und A (aber schon in der obengenannten, energetisch nicht mehr ganz vollständigen Version) hat man also einen Hauptteil von Impulsen, zu S gehörig, und einen weiteren sehr kleinen Teil, der mit der Wechselwirkung zu A zusammenhängt. Für die kinetische Energie beider Systeme zusammen müssen diese beiden Teile erst zusammengezählt, und das Ergebnis mit sich selbst multipliziert werden. Man sieht am einfachsten, was passiert, wenn man den Hauptteil darstellt z.B. durch die Zahl 3, und den kleinen Wechselwirkungsteil durch 0.00007. Man "quadriert" 3,00007 und erhält 9,0004200049. Was man jetzt tut, ist, nur diese ...49 ganz hinten wegzulassen, denn diese ist ja nochmals sehr viel kleiner (eigentlich 0,0000000049) als die 42 (eigentlich 0,00042). Wichtig ist, dass man also den Einwirkungsteil von A auf S nicht gänzlich als Null angenommen hat (dann wäre ja S absolut isoliert), sondern man hat nur die Genauigkeit des Zusammenhangs ein wenig abgeschwächt, die Abhängigkeit selbst ist jedoch weiterhin vorhanden. Es handelt sich dennoch wohlgemerkt um einen zweiten, ebenfalls geringfügigen Eingriff in die strenge Gültigkeit der Energiekonstanz des Gesamtsystems S + A.

Wenn man all diese Manöver durchgeführt hat, kommt man tatsächlich heraus bei der seit langem bekannten "zeitabhängigen Hamiltonfunktion", die für all diejenigen Fälle gilt, bei denen ein System S eine zeitabhängige Einwirkung von außerhalb erfährt, wie z.B. ein Pendel, das zum einen seine eigenen konstruktiven Gesetzmäßigkeiten hat, zum anderen aber mit genau bekanntem Zeitverlauf von außen angeschoben wird. Wie das im Einzelnen aussieht, kann hier nicht ausgeführt werden. Um da hinzukommen, muss man die in zwei Näherungsschritten leicht verstümmelte Gesamt-Hamiltonfunktion hernehmen, und aus dieser eine ganz bestimmte mathematische Kombination von Variablen herausziehen. Wenn man diese als "die Zeit" bezeichnet, erhält man tatsächlich die bekannte zeitabhängige Hamiltonfunktion, die sich seit langem als "richtig" erwiesen hat.
 
Der hier vorgeführte Gedankengang ist ja so aufgebaut, dass (in einem ersten Schritt) in der Natur in einem isolierten System keine Zeit vorkommt. Wie das gemeint ist, ist oben dargelegt worden. Die anschließenden hier abgehandelten Manöver, die leichte Verletzungen des Energiesatzes beinhalten, enthalten jedoch keinerlei Idee, welche der beteiligten physikalischen Größen, oder Kombinationen von diesen, nun als "die Zeit" aufgefasst werden sollten. Man kennt zwar die althergebachte bewährte "zeitabhängige Hamiltonfunktion", bei deren Erstellung vor Jahrhunderten "schon gewusst wurde", was man unter "Zeit" versteht, und kann dann eine bestimmte Kombination physikalischer Größen aus der hiesigen Betrachtung gerade so bilden, dass man dort hinkommt. Dieser Schritt ist übrigens gerade das Umgekehrte des oben angeführten Schritts, mit dem man zu "zeitlosen" Impulsen kam. Damit kann man zumindest sehen, wie man, ohne einen Zeitbegriff zu verwenden, schließlich zu dem Zeitbegriff gelangt, wie man ihn im Alltag und auch in der Physik kennt. Erstaunlich ist, so zeigt J. Briggs, dass derselbe Gedankengang auch für die Quantenmechanik gilt, dass man also von der zeitunabhängigen Schrödingergleichung (einer Art quantenmechanischer Weltformel) durch ganz ähnliche Manöver zur zeitabhängigen Schrödingergleichung kommt.

Aber der heikle Punkt ist folgender: Wenn es denn so ist, dass es in der Natur (also im Gesamtweltall) gar keine Zeit gibt, also auch gar keine Idee existieren kann, dass es so etwas geben sollte, wie kommt man denn auf gerade diese Kombination physikalischer Größen, um sie als "Zeit" aufzufassen, und was erhofft man sich denn von dieser Errungenschaft?

Auch erscheint mir obskur, dass man zwar in einem völlig isolierten System vielleicht ohne die Zeit zurechtkommt, aber dann darf man sich nicht befassen wollen mit nur einem herausgegriffenen Detail in diesem System. Etwa bei einem (als abgeschlossen aufgefassten) System aus mehreren Planeten darf man nicht nur einen der Planeten betrachten. Andernfalls müsste man wissen, was man unter "zur gleichen Zeit" versteht, nämlich müsste man die übrigen Planeten jeweils zur gleichen Zeit betrachten, um aus allen Ortsangaben die Zeitverläufe zu erschließen. Oder mit dem Zusammenstoß zweier Kugeln käme man sicherlich nicht zurecht, wenn man nicht wüßte, dass man beide Kugeln im selben Moment betrachten muss. Ich sage absichtlich "betrachten", und meine damit eine theoretische Betrachtung, weil ja eine jede tatsächliche Beobachtung eines wirklich abgeschlossenen Systems unmöglich ist.

In diesem Zusammenhang erscheint es seltsam, dass es ausgerechnet die Gleichzeitigkeit ist, die in der speziellen Relativitätstheorie ins Wanken kommt, vielleicht "weil" man da ja tatsächliche Beobachtungen bei unterschiedlichen Bedingungen ausführt.

Es riecht nach "die Zeit kommt aus dem Gehirn", viel mehr als etwa beim Begriff des Raumes. Oder "die Zeit wird vom Gehirn gebraucht", insbesondere als Massenphänomen, so ähnlich wie "Geld". Kann man einen Zusammenhang mit meinem Hirnbrief 2 (2015; im Archiv) "Unterbrechung 4" finden, der die Gehirnseite der Geschichte beleuchtet? Immerhin gibt es bei naturwissenschaftlicher Betrachtung (also ohne Bewusstsein) auch in diesem Bereich "keine Zeit", sondern nur eine Gegenwart. Der stets vorgebrachte Einwand, dass ein gegenwärtiger Speicherabruf etwas Vergangenes bedeutet, ist nicht haltbar, denn eine Bedeutungszuweisung ist keine naturwissenschaftliche Beziehung. Die gewohnte Analyse eines jeden Speicherabrufs muss sich immer, in irgendeinem gedanklichen Schritt, auf eine solche Bedeutungszuweisung beziehen. Auch die Tatsache, dass einem in der Gegenwart zur Verfügung steht, was man in der Vergangenheit gelernt hat, bedeutet nicht, dass man damit "weiß", wie die betreffende Vergangenheitssituation beschaffen war.

In dem genannten Hirnbrief wird auch dargelegt, dass die Beziehung "neuronaler Erregungsvorgang jetzt bedeutet denselben Erregungsvorgang zu einer anderen Zeit" von einfacherer, und vielleicht ursprünglicherer Natur ist als zB. "Erregungsvorgang bedeutet ein Haus". Hiermit sind ja (nicht-naturwissenschaftliche) Beziehungen zwischen dem neuronalen Niveau und dem phänomenalen Niveau des Bewusstseins gemeint. Das Haus und seine Details gehören in den Bereich "Qualia" (Singular "Quale"), womit die aus den neuronalen Vorgängen nicht herleitbaren Empfindungen zB. für eine Farbe gemeint sind. Es wäre also denkbar, dass "Zeit" das Ur-Quale ist, das mit der erstgenannten Beziehung entstanden ist. Wie das im Einzelnen aussieht, steht im genannten Hirnbrief.

Nun wird hoffentlich verständlich, warum ich mich für die Geschichte von J. Briggs interessiere: Er spricht ebenfalls, aber im Rahmen der Physik, von einer Entstehung der Zeit.

Bereits drei Physikprofessoren im Ruhestand haben von der Gehirnseite des Problems nichts hören wollen, alle mit der Begründung, dass ja ganz allgemein Probleme des Gehirns nebulös seien, und es sich wohl nicht lohne, hier gedankliche Arbeit hineinzustecken. Ich hingegen bin der Ansicht, dass sich mehr Leute mit den Aspekten "Gehirn" und "Physik" gemeinsam befassen sollten, zumal Hirnforschung in ihrem gegenwärtigen Zustand leicht ist; ein jeder kann das ohne Vorbildung lernen, oder vielmehr zur Kenntnis nehmen. Es ist nur viel Material und Vokabular, aber es gibt kein gefestigtes, einigermaßen unangezweifeltes gedankliches Gebäude, an dem weitergebaut wird, ohne es immer wieder von Grund auf in Frage zu stellen. Wenn man allerdings Physik und Hirnforschung wirklich gemeinsam erfassen möchte, steht man unter anderem vor dem Riesenproblem der gedanklichen Rückbezüglichkeit, oft auch als "Henne-Ei-Problem" bezeichnet. Das Erfolgsrisiko ist so hoch, dass kein bestallter Wissenschaftler mitsamt Arbeitsgruppe sich erlauben kann, dieses einzugehen. Nur Ruheständler, die im Wissenschaftsbetrieb die einzigen sind, die keine Karriere machen wollen, können sich darauf einlassen.

  Nr  2 2015

Unterbrechung 4

en dessous: "Interruption 4" en français imparfait       below: "Interruption 4" in English

In der Naturwissenschaft gibt es eine Reihe von Regeln, und alles, was diesen nicht gehorcht (zB. die Linguistik) kann zwar sehr solide und fruchtbar sein, aber es ist dann keine Naturwissenschaft. Die Neurowissenschaft ist eine Naturwissenschaft, außer dem Bewusstsein, das dieser nicht gehorcht.

Ich nehme hier die Position der Naturwissenschaft ein, insbesondere der Neurowissenschaft, aber auch der Physik, und ich suche darin nach Stellen, an denen es Erklärungsnöte gibt. Auf diesem Wege kann ich niemals die Erscheinung "Bewusstsein" erklären, aber ich habe die Hoffnung, auf diejenigen Imperfektionen der Naturwissenschaft zu stoßen, die mit den Bewusstsein zusammenhängen.

In der Naturwissenschaft gibt es in gar keiner Form Beziehungen der Art "A bedeutet B", oder "A repräsentiert B" oder "A ist ein Modell von B". Genauer gesagt: Die Naturwissenschaft benutzt ständig solche Beziehungen wie eine Art Werkzeug, denn jede auf Papier geschriebene Formel bedeutet einen Vorgang in der Natur, aber (dies ist eine ihrer Regeln) die Naturwissenschaft erlaubt es nicht, eine derartige Beziehung zu beobachten, ganz abgesehen davon, dass man sowohl A als auch B beobachten können müsste. Zwar kann man ein Lebewesen beobachten, das einen Apfel anschaut, und zugleich kann man damit zusammenhängende Aktivität im Gehirn dieses Lebewesens beobachten, aber man kann nicht durch eine Beobachtung nachweisen, dass diese Aktivität für dieses Lebewesen den Apfel bedeutet. Diese letztere Beziehung macht das Wesentliche des Bewusstseins aus, aber sie ist kein Teil der Naturwissenschaft.

Diese Sachlage schafft ein Problem für die Naturwissenschaft: Angenommen, man beobachtet ein Pendel. Man stellt fest, dass die Schwingung langsamer ist, wenn der Aufhängefaden länger ist, und möchte nun ein (freilich längst bekanntes) quantitatives Gesetz ermitteln. Man startet eine Stoppuhr, wenn das Pendel an seinem linken Umkehrpunkt ist, und stoppt sie, wenn es rechts ist. Nun kann man aber in diesem letzteren Moment nur diese rechte Position beobachten. Man muss einem Gedächtnis (im Kopf, oder einem Video) entnehmen, dass es zuvor in der linken Position war. Die faule Stelle ist (angenommen man analysiert das Video), dass man in der Gegenwart die Darstellung auf dem Video-Bildschirm beobachtet, man aber sagt, dass diese das Pendel zu einem vergangenen Zeitpunkt bedeutet. Dieses ist ein Problem, das die Naturwissenschaft nicht lösen kann, aber sie funktioniert, als ob es gelöst wäre.

Hier ist also ein Schwachpunkt der Naturwissenschaft. Den Neurowissenschaftlern ist das nicht klar, obwohl sie oft genug von "Gedächtnis" sprechen: Ohne sich große Sorgen zu machen, sprechen sie von einem Tier, das erlernen kann, einen heißen Gegenstand nicht zu berühren. Aber sie denken nicht daran, dass dieses Tier ab diesem Moment sein Nervensystem nicht mehr benutzen kann in seinem früheren Zustand der Ignoranz. Das Tier kennt keine Zeit. Es weiß sozusagen nicht, dass es eine Vergangenheit gab, in der es nicht imstande war, diesen heißen Gegenstand zu vermeiden. Es lebt "immer in der Gegenwart", die freilich von der Vergangenheit abhängt, aber diese Vergangenheit ist nicht mehr zugänglich. Das "gewöhnliche" (nämlich das "prozedurale") Gedächtnis erlaubt in höchst nützlicher Weise, den Einflüssen der Vergangenheit Rechnung zu tragen, aber sobald diese in die gegenwärtige Situation eingeflossen sind, bleibt keinerlei Rolle mehr für die Vergangenheit. Genau das ist es, was man auf naturwissenschaftlicher Grundlage verstehen kann. Hingegen ist es schwierig zu verstehen, wozu man die Kenntnis einer vergangenen Situation in einem gegenwarts-ähnlichen Format benötigen könnte, so, wie man sie introspektiv in sich selbst vorfindet, wenn man sich an einen Vorgang vom Vortage erinnert. Im Gegenteil würde man vermuten, dass derartige realitätsähnliche Darstellungen eher gefährlich sind, wegen möglicher Verwechslungsgefahren.

Der letztgenannte Zugang zur Vergangenheit ist durch das Bewusstsein gegeben, und ich glaube sogar, dass dieses die ursprüngliche und hauptsächliche Rolle des Bewusstseins ist. Die "Nicht-Echtzeit" gibt es nur auf dem Niveau des Bewusstseins, d.h. "ein gegenwärtiger Vorgang in meinem Kopf bedeutet ein Ereignis in der Vergangenheit".

Nun zu einem Sachverhalt aus der Physik: Alle Naturgesetze sind "in der Zeit differentiell", d.h. der nächste Schritt wird bestimmt durch den unmittelbar vorhergehenden. Anders ausgedrückt: in der Natur gibt es überhaupt keine Beziehungen, bei denen ein gegenwärtiges Ereignis direkt bestimmt, was z.B. eine Stunde später passiert, unabhängig davon, was dazwischen passiert. Vielmehr, was eine Stunde später passiert, wird bestimmt durch die Abfolge aller Ereignisse, Millisekunde für Millisekunde, die dazwischenliegen.

Nun betrache ich die Evolution der Primaten, von der (mit Recht) seit sicherlich 200 Jahren gesagt wird, dass sie ihr "Verhaltensrepertoire" enorm erweitert haben, vor allem durch die Benutzung der Hände und das Gehen auf zwei Füßen. Man muss bedenken, dass ein Verhaltensrepertoire auch dann existiert, wenn keinerlei Verhalten ausgeübt wird, denn es ist sozusagen in das Nervensystem hineingewebt. Man kann sich mal vorstellen, dass dieses Repertoire sich in einigen Millionen Jahren auf das Zehnfache vergrößert hat. Die Umwelt stellt immer Anforderungen an das Tier, Verhaltensmuster zum Einsatz zu bringen, die es beherrscht. Diese Anforderungen werden nun also zehnmal so häufig. Der heikle Punkt ist jedoch, dass man nicht gleichzeitig zehnmal so viele Aktivitäten ausführen kann. Es kommt also zu einer Art Stau: Ein großes, leistungsfähiges Gehirn wird dem Problem begegnen, dass es sehr viel mehr Anforderungen gibt, ein bestimmtes von ihm beherrschtes Verhalten auszuüben, als es Möglichkeiten gibt, diese gleichzeitig in die Tat umzusetzen. Mit anderen Worten: Zu viele Prozeduren könnten starten, aber alle wollen sozusagen die Werkzeuge aus demselben Werkzeugkasten benutzen.

Es gibt gute Gründe, anzunehmen, dass das Auftreten des Bewusstseins eng mit dieser Situation zu tun hat, und zwar mit einer Erfindung, die ungefähr der Einrichtung von Verkehrsampeln an Straßenkreuzungen entspricht, die man ja auch nur braucht, wenn der Straßenverkehr in allen Richtungen zu dicht wird. Um in diesem Bild zu bleiben, wird also verlangt, dass die "neuronale Prozedur" "von X1 nach Y1 fahren" mittendrin unterbrochen wird, um eine andere Prozedur "von X2 nach Y2 fahren" auszuführen. Anschließend soll die erste Prozedur fortgesetzt werden. Die Analogie stimmt nicht so ganz, denn es gilt, was ich zwei Absätze weiter oben über Zeitabläufe gesagt habe: Es gibt nicht wirklich eine Prozedur "von X1 nach Y1 fahren". Vielmehr gibt es nur eine Prozedur, die bei X1 beginnt, und die eine Abfolge winziger Zeitschritte durchläuft, die durch die Prozedur festgelegt sind, derart, dass man bei Y1 ankommt. Bei jedem dieser Zeitschritte wird sozusagen nur "gewusst", welches der direkt daran anschließende Schritt ist.

Man kann sich diese Situation gut vorstellen, wenn "fahre von X1 nach Y1" in ein Navigationsgerät eingegeben wurde, aber ohne dass man davon Kenntnis hat, und man nach dem Losfahren immer nur Anweisungen "jetzt rechts abbiegen" etc. erfährt, was schließlich dazu führt, dass man tatsächlich bei Y1 ankommt. Ein naturwissenschaftlich verständliches Gehirn ist (im Fall von Orientierungsaufgaben) ein solches Navigationsgerät, es lebt immer in der Gegenwart, d.h. seine Erregungen sind nur mit dem momentanen Abbiegen oder Geradeausfahren befasst, aber es gibt keine Erregungen, die überblicksartig in Nicht-Echtzeit "Fahrt von X1 nach Y1" mitsamt Start und Ziel wiedergeben. Sobald ein bestimmtes "jetzt rechts abbiegen" vollzogen ist, bleibt davon keine Spur von der Art "ich bin nach rechts abgebogen", bis auf einen eventuellen prozeduralen Lernvorgang, der diese Orientierungsleistung beim nächsten Mal verbessert. Die Analogie ist allerdings insofern technisch unzutreffend, als ein Navigationsgerät ständig per Satellit die eigene Position dauerhaft zur Verfügung stellt, wohingegen beim Gehirn die hauptsächlich interessierenden Fälle diejenigen sind, bei denen der nächste Schritt aus den Sinnessignalen und Aktionen des vorigen Schritts ermittelt werden, aber keiner dieser Schritte neuronal längere Zeit verfügbar ist.

Vielleicht wird ein Wissenschaftler sagen, dass das ja auf dasselbe herauskomme: Schließlich gelangt man nach Y1. Der entscheidende Punkt kommt jedoch mit der Unterbrechung: Wenn man eine solche Abfolge winziger Schritte unterbricht, dann wird die Prozedur gestoppt, weil der unmittelbar nachfolgende Schritt ja nicht stattfindet. Das wäre ganz anders, wenn es Naturgesetze gäbe, die erlaubten, wie im obigen gedachten Beispiel, direkt eine Stunde zu überspringen. Aber die gibt es ja nicht, also muss man sich mit der Organisation von Unterbrechungen befassen: Wie organisiert man den Beginn der Fortsetzung nach der Unterbrechung, und welche Daten werden gebraucht, die das ersetzen, was beim Wiederstart fehlt, nämlich der unmittelbar vorangehende Schritt.

In der Literatur habe ich keine deutlichen Spuren über diese Situation gefunden. Wenn man jedoch über die organisatorischen Notwendigkeiten nachdenkt, was zu tun ist, um beliebige neuronale Prozeduren unterbrechen, und später wieder fortsetzen zu können, findet man viele Details, die zur Erscheinung "Bewusstsein" passen, insbesondere die "Zeit" betreffend. Und in der Tat wird die Kenntnis einer vergangenen Situation in einem gegenwarts-ähnlichen Format hierfür benötigt. Das Bild der Verkehrsampeln läßt schon ahnen, dass eine allgemeine Methode, Prozeduren zu unterbrechen, nichts mit den  Eigenschaften individueller Prozeduren zu tun hat. Im Gegenteil, die Prozeduren werden nicht angerührt: Das Auto, das von X1 nach Y1 fahren soll, wird tatsächlich wie verlangt von X1 nach Y1 fahren. Nur wird es später ankommen als im Fall ohne Unterbrechung. Wie man sieht, lauert hier "die Zeit".

Wenn man im Rahmen der Naturwissenschaft über das Gehirn nachdenkt, muss man sich klarwerden darüber, dass dieses nur ein großes Ensemble beherrschter Prozeduren ist. Unter diesem Blickwinkel gibt es kein Bewusstsein. Vielmehr ist es ein Organ wie ein jedes andere des Körpers auch, die ja alle ebenfalls mit Prozeduren arbeiten. Wenn ich eine Tasse Kaffee trinke, wird die Niere eine Prozedur anwerfen, die all das regelt, was der Körper im Zusammenhang mit diesem Einstrom benötigt. Niemand käme auf den Gedanken, dass die Niere ein Konzept "Kaffee" produzieren könnte ganz unabhängig von der Verarbeitung in der Niere, oder gar, dass es Kaffee auch dann geben könnte, wenn es in der Welt überhaupt keine Nieren gäbe. Ein Organ arbeitet einfach nach dem Motto "ich mache meine Arbeit, und weiter nichts". Wenn man ein anderes Organ als das Gehirn betrachtet, wird klar, wie seltsam die Unterbrechung einer Prozedur wäre. Ich weiß zwar nicht viel über Nieren, aber ich stelle mir vor, dass es dort sicherlich Arbeitsschritte gibt, bei denen irgendwelche Moleküle von einem Typ 1 in andere vom Typ 2 umgewandelt werden. Ene Unterbrechung eines solchen Prozesses würde mit sich bringen, dass die Moleküle 1 aufbewahrt werden müssten, anstatt unmittelbar umgewandelt zu werden. Währenddessen würde die Niere an einem ganz anderen Problem arbeiten. Später würde die Behandlung der gespeicherten Moleküle 1 wieder aufgegriffen. Das mindeste, was man neu entwickeln müsste, wäre ein Speicherverfahren für diese Moleküle (die vielleicht gar nicht haltbar sind), und irgendeine zusätzliche Steuerung für all dieses. Auf jeden Fall wären es konstruktive Elemente, die unnötig wären, wenn es niemals Unterbrechungen gäbe.

Man sieht an diesem Beispiel, und auch an dem der Verkehrsampeln, dass ein Unterbrechungsmanagement über das obengenannte Motto der Organe weit hinausgeht: Die technischen Details der Verkehrsampeln können nicht aus der Kenntnis der Details über Autofahrten hergeleitet werden. Die Neurowissenschaftler hingegen sehen über Unterbrechungen hinweg; sie fassen das Bewusstsein auf als eine Variante, oder eine Modulation, neuronaler Prozeduren. Das ist ein wenig so, wie wenn man Verkehrsampeln als Varianten von Autofahrten auffassen würde.

Oftmals, wenn über die Leistungen des Gehirns gesprochen wird, geschieht dies mit einer Terminologie, in der Entitäten vorkommen, die es nur auf dem phänomenalen Niveau des Bewusstseins gibt. Da ist die Rede von Gegenständen, oder von bestimmten Bewegungen, und diese bringt man dann in Zusammenhang mit irgendwelchen neuronalen Vorgängen. Wenn man sich aber nicht von der Naturwissenschaft entfernen will, dann muss man in der Kategorie "beherrschte Prozeduren" bleiben. Da gibt es keine Objekte wie z.B. einen Apfel, ganz ohne eine Einbindung in eine Prozedur. Nur wenn man streng im Rahmen von Prozeduren denkt, dann erkennt man, dass man eben diesen Rahmen verlässt, wenn Unterbrechungen (und Maßnahmen, diese geordnet zu verwalten) auftreten.

Die Beschäftigung mit Unterbrechungen ist ja nicht nur ein Gedankenspiel, denn es liegt auf der Hand, dass Prozeduren, je länger sie dauern, und je zahlreicher sie werden, immer störungsanfälliger werden, und sie sich gegenseitig behindern. Mit einem Verfahren, das es ermöglicht, langdauerde Prozeduren zu Ende zu bringen, indem man sie in zeitlich getrennte Abschnitte unterteilt, in denen sie aber von anderen Prozeduren nicht gestört werden, ist der Weg bereitet für die Entwicklung von Prozeduren quasi unbegrenzter Dauer. Allein schon diese einfache Betrachtung zeigt, dass anstelle von "Prozedur vollendet nach dem Durchlaufen einer Kette unmittelbar aufeinanderfolgender Schritte" es von da an eine neue Unterscheidung geben wird "dieselbe Prozedur vollendet, aber mit sehr unterschiedlichen Verzögerungen". Um zu erfassen, dass dieses die Erfindung der "Zeit" ist, muss man sich zum "Denken in Prozeduren" zwingen, denn dort gibt es zunächst keine Zeit.

Nützlich ist es, zunächst langdauernde Prozeduren zu betrachten, die schon immer zur Existenz der Tiere gehört haben, nämlich der Bau von Nestern oder Höhlen, welche im allgemeinen nicht ohne Unterbrechungen gebaut werden können. Das Besondere an ihnen ist jedoch, dass die halbfertigen Strukturen über Unterbrechungspausen hinweg unverändert bleiben. Man muss sich also nicht merken, wie weit man mit dem Bau gekommen ist, sondern kann dies einfach über die Sinne erneut erfassen. Für meinen Text interessant sind hingegen die Fälle, bei denen die Zustände vor einer Unterbrechung flüchtig sind, so dass man sie nach einer Unterbrechung mit den Sinnesorganen nicht mehr vorfinden kann. Ein großer Teil menschlicher Aktivität ist von dieser Natur: ein Beispiel aus vielen ähnlichen ist, dass der Arzt nicht durch eine Beobachtung an einem Patienten feststellen kann, welche Tabletten er ihm am Vortage gegeben hat. Vor allem Vorgänge im akustischen Bereich fallen in diese Kategorie, darunter in erster Linie die menschliche Sprache. Jeder gesprochene Laut ist nur wenige Millisekunden lang physikalisch beobachtbar.

Für all diese letzteren Fälle muss man einen Typ von Gedächtnis konstruieren, dessen Inhalt die beobachtbaren Spuren einer Prozedur direkt vor einer Unterbrechung ersetzt. Dieses ist die Erfindung des "episodischen Gedächtnisses". Der erste überraschende Punkt ist, dass jeder Inhalt des episodischen Gedächtnisses bewusst wird, d.h. er erscheint in Form eines Ensembles von phänomenalen Gehalten auf dem phänomenologischen Niveau des Bewusstseins. Hingegen das prozedurale Gedächtnis bleibt immer unbewusst. In anderen Worten: Man kann sich nicht unbewusst an ein Ereignis vom Vortage erinnern. Freilich kann ein solches Ereignis auch Spuren im prozeduralen Gedächtnis hinterlassen, die also unbewusst bleiben. Beispielsweise, wenn man etwas Abstoßendes erlebt hat, kann eine unbewusste Abneigung entstehen, von der man dann vielleicht nicht weiß, woher sie kommt. Offensichtlich ähnelt dieses jedoch nicht einer Wiederherstellung der Originalszene.

Bemerkenswert ist auch: wenn man den Nestbau unterbricht, findet man ihn zwar nach einer Pause unverändert vor, aber anschließend wird der Bau normalerweise fortgeführt. Man kann also das Nest nicht mehrfach, nach mehreren Pausen, immer wieder im selben halbfertigen Zustand vorfinden. In dieser Hinsicht verhält sich das episodische Gedächtnis anders: man kann sich mehrfach an denselben Inhalt erinnern, ohne dass er sich dabei verändert. Dies ermöglicht, eine Prozedur mehrmals vom selben Unterbrechungs-Ausgangspunkt zu verfolgen, wobei alle diese Fortsetzungen sich unterscheiden können durch die möglichen unterschiedlichen Einflüsse während des weiteren Verlaufs. Wenn man die Ausführung all dieser Varianten durch eine spät einsetzende Hemmung verhindert (siehe Hirnbriefe 17,31 und 42/43 (2009)), erhält man das "Nachdenken". In der Tat wird vielleicht schon seit Jahrhunderten gesagt, dass das Bewusstsein das Nachdenken ermögliche, während unbewusste Vorgänge "automatisch" ablaufen, aber man hat dies eher als eine Art Definition des Bewusstseins aufgefasst, ohne zu verstehen, wieso es diesen Zusammenhang gibt.

Ein weiterer Punkt, der mit dem Zusammenhang "Bewusstsein - Unterbrechung" zu tun hat, ist, wie es denn sein kann, dass das nasse, weiche und verrauschte Gehirn die Zahl "4" heute als identisch mit (und nicht ähnlich zu) der Zahl "4" gestern auffassen kann. Man muss wissen, dass das Gehirn unter keinen Umständen einen wie auch immer gearteten physiologischen Zustand später in identischer Form reproduzieren kann. Schaut man die neuronale Aktivität an, dann sieht man die allgemeine Regel: "Zwei Zustände sind nur in dem Ausmaß ähnlich, dass eine größere Ähnlichkeit keinen Vorteil mehr brächte". Ohne Ausnahme ist jedes beobachtbare Verhalten, und überhaupt jeder beobachtbare Vorgang so: Wenn man den Löffel mit Suppe wiederholt zum Mund führt, dann ist es kein Vorteil, wenn die Armbewegungen jedes Mal identisch wären. Dasselbe gilt für handschriftliche, gesprochene, gedruckte und sogar (wenn man nur genügend genau hinschaut) für rechnergespeicherte Darstellungen der Ziffer "4". Hingegen auf dem Niveau des Bewusstseins begegnet man der Identität ständig: Dieser jetzt vor mir liegende Bleistift wird als identisch wahrgenommen mit demselben 5 Minuten zuvor. Ich sitze vor meinem Computer. Währenddessen erscheint mir das ganze Zimmer mit seiner Möblierung identisch in der Zeit. Mit Sicherheit findet man nirgends im Gehirn mehrmals identische physiologische Zustände, die diesen Eindrücken entsprechen würden.

Um zu verstehen, was passiert, muss man sich erneut dazu zwingen, völlig künstlich ohne Bezug zum Bewusstsein zu denken, d.h. es gibt nichts anderes als im neuronalen Netzwerk gespeicherte Prozeduren. Wenn eine von ihnen aktiviert ist, dann kann ein Wissenschaftler dessen physiologisches Funktionieren beobachten, und es im Rahmen der Naturwissenschaft verstehen (wenn dies auch in der Praxis sehr schwierig sein kann.) Man würde sehen, wie weiter oben angegeben, dass die Aktivität in jedem Moment nur diejenige im unmittelbar nächsten Moment bestimmt. Man muss sich zu der Einsicht zwingen, dass man nur sieht, was gerade im Moment der Beobachtung passiert; es gibt also keine Spur der Vergangenheit oder der Zukunft zu beobachten. Man sieht zwar in jedem Moment etwas anderes, aber die Beobachtung erlaubt es nicht, diesen Sachverhalt zu erfassen, nämlich dass es ständig Änderungen gibt. Mit anderen Worten: ich weiß, was jetzt passiert, aber ich weiß nicht, dass eine Millisekunde zuvor etwas anderes passiert ist.
Ich weiß noch nicht einmal, dass es einen solchen Moment überhaupt gab. (In Wirklichkeit gibt es auch kein "..ich weiß..."). Ein physiologischer Zustand tut nichts anderes als seinen Nachfolger zu produzieren, woraufhin er spurenlos verschwindet.

Genau so muss man sich das Leben eines Tieres vorstellen: Es lebt immer in der Gegenwart. Dabei ist aber zu bedenken, dass "seinen Nachfolger produzieren" auch Lernmechanismen umfasst, so dass ein solches Tier sich sehr intelligent verhalten kann.

Nun kommt es also zu einer Unterbrechung von, sagen wir, einer Stunde Dauer. Es gibt also einen physiologischen Zustand, der die Definition seines unmittelbaren Nachfolgers enthält, aber die Unterbrechung hat zur Folge, dass dieser nicht entstehen kann. Wenn nun aber die Mechanismen für den sachgerechten Umgang mit Unterbrechungen bereits vorhanden sind, dann ist deren Auswirkung so, als ob derselbe letzte physiologische Zustand erneut eine Stunde später vorliegt, und somit die Prozedur weiterlaufen kann.

Die Annahme liegt nahe, dass das zweimalige Auftreten desselben Zustandes, getrennt durch eine Stunde, der Ursprung der zeitlichen Identität ist. Freilich kann der zweite Zustand mit dem ersten nicht identisch sein, denn, wie schon gesagt, ist das Gehirn auf keinen Fall zu einer solchen Reproduktion imstande. Aber das Besondere an diesen zwei Zuständen ist, dass in gewisser Weise ein einziger Zustand (der natürlich trivialerweise mit sich selbst identisch ist) zweigeteilt worden ist, und diese zwei Teile sind eine Stunde voneinander getrennt. Als Erbe dieser Aufspaltung findet man diesen Sachverhalt als "Identität" oder "dasselbe" auf dem phänomenalen Niveau des Bewusstseins vor. Aber selbstverständlich kann diese Geschichte nicht so einfach sein, denn die erfolgreiche Verwaltung von Unterbrechungen von Prozeduren enthält auch die Idee (die ja eigentlich das Ziel dieses Manövers ist), dass sich während der Unterbrechung nichts ändert an der unterbrochenen Prozedur. Dazu gibt es auf dem physiologischen Niveau ein Hilfssystem, dessen Aufgabe es ist, still zu sein im Fall der Abwesenheit von Änderungen aller Art. Es ist ein billiges System (aber es enthält einige andere Tricks), denn es kümmert sich nicht um das "was". Es ähnelt in dieser Hinsicht der Verneinung in der menschlichen Sprache: in dem Satz "der Apfel fällt nicht vom Tisch" bleibt ungeklärt, ob der Apfel oder der Tisch oder der Sturz "nicht ist". Auf jeden Fall hinterlässt dieses System seine Spur auf dem phänomenalen Niveau des Bewusstseins, denn wenn es diese Stille zeigt, empfindet man Beliebiges als identisch in der Zeit. Der Ursprung davon ist also "...identisch während einer Pause einer Prozedur".

Übrigens ist in dieser Geschichte bemerkenswert, dass sie nur "Identität" liefert, d.h. "Zustand früher ist exakt identisch mit Zustand später", nicht aber, wie man es vielleicht für die Entwicklung der Mathematik brauchen würde, dass irgendeine Entität exakt fünfmal so groß ist wie eine andere. Kann man Mathematik begründen auf nur dieser Identität, die eigentlich aus einer Abwesenheit von Unterschieden hervorgeht?

Freilich bereitet es große Mühe, sich Vorstellungen von zeitlichen Abläufen zu machen, die von der Gewohnheit abweichen. Um dem ein wenig abzuhelfen, ist es nützlich, die ZIP-Methode im Kopf zu haben, die zur Kompression von schriftlichen Texten dienen kann: Man geht voran durch den Text und speichert jedes Wort, auf das man trifft, nur ein einziges Mal ab, aber man fügt zu einem jedem eine Liste hinzu, an welche Stellen im Originaltext dieses Wort hingehört. Vielleicht gibt es im Gehirn ein indirekt damit verwandtes Verfahren (nicht für Wörter, sondern allgemein für Situationen), aber hier soll genügen, dass man sich mit diesem Beispiel eine Vorstellung machen kann, wie man es zustandebringt, ein Wort, das mehrfach vorkommt, als identisch auffassen zu können, obwohl die mikroskopische Inspektion der Druckerschwärze im Originaltext unterschiedliche Verteilungen zeigt, und man ausschließlich Ähnlichkeiten beurteilt hat.

Man ist weit davon entfernt, diese Geschichte wirklich zu verstehen. Ich erzähle sie ja nur, um Einspruch hervorzurufen, wenn da gesagt wird, nichts habe sich geändert während einer Unterbrechung. Es wird ja sofort erwidert: Es ist aber zusätzliche Zeit verstrichen", woraufhin ich entgegne, dass eben hiermit das Konzept "Zeit" erfunden wurde. Dem Ursprung nach ist es der Unterschied zwischen einer durchgehend laufenden Prozedur und derselben, die aber unterbrochen wurde. Wie gesagt, soll man sich ja zum "Denken in Prozeduren" zwingen, und aus dieser Sicht gibt es keinen Unterschied in diesen Prozeduren. Der Zeitunterschied (und vor allem, dass dieser nicht zur laufenden Prozedur gehört) der uns als normalen Menschen so geläufig ist, erscheint als ein völlig fremdes, neuartiges Element.

Ein Tier, wie ich es weiter oben beschrieben habe, das immer in der Gegenwart lebt, kann keinen Zeitbegriff haben. Man kann sich das vorstellen wie wenn es eine Zeitachse gäbe, aber das Tier kennt auf dieser immer nur einen einzigen Punkt, und es weiß nicht, dass es davor und danach ebensolche Punkte von der gleichen Natur gibt. (Es ist so ähnlich wie beim von der Erde hervorgerufenen Gravitationsfeld, das zur Folge hat, dass massive Gegenstände ein Gewicht haben. Wenn man auf der Erde lebt, kennt man nur einen einzigen Punkt auf der Skala dieser Feldstärke, so dass es für einen Gegenstand mit einer bestimmten Masse nur ein einziges Gewicht gibt. Wenn man kein Wissenschaftler ist, kann man überhaupt nicht erfassen, dass "Masse" und "Gewicht" nicht dasselbe sind.)

"Die Zeit"  erscheint als etwas Nicht-Prozedurales, und damit als etwas, das man durch neurophysiologische Beobachtungen nicht erfassen kann. Wichtig ist, dass "die Zeit" in der uns allen vertrauten Weise auf dem phänomenalen Niveau des Bewusstseins erscheint. Gute Gründe sprechen dafür, dass "das Bewusstsein" gemeinsam mit "der Zeit" entstanden sind. Mit Hilfe des Bewusstseins kann ich verstehen, dass ein vergangenes Ereignis (fast) von derselben Natur ist wie ein gegenwärtiges (außer, dass ich es nicht so ohne weiteres als Ausgangspunkt für eine Aktion nehmen darf). Ein anderer Moment hat existiert, zu dem es ein gegenwärtiges Ereignis war. Diese Vorstellungen stehen im Gegensatz zu den Verhältnissen in einem "Tier", in dem die Vergangenheit nur die Rolle spielt, die Gegenwart zu beeinflussen.

Was kann das heißen: ich kann die Zeit nicht beobachten? Immerhin kann ich ja ganz einfach auf einer Uhr nach der Zeit schauen. Genauer muss man sagen: Bei einer länger dauernden Beobachtung erhält der Beobachter eine Abfolge von Signalen aus der Szene. In einem engeren Sinne erhält er in jedem Moment nur das, was in diesem Moment in der Szene existiert. Angenommen, die Szene ist eine Kugel, die auf einer Ebene rollt, und die durch einen Stoß aus ihrer Richtung abgelenkt wird. Eine Beobachtung nach dem Stoß erlaubt nicht, Kenntnisse über die Laufrichtung vor dem Stoß zu erhalten. Um dies zu erfahren, braucht der Beobachter ein Gedächtnis vom Typ "episodisch", in der vergangene Beobachtungsergebnisse gespeichert werden, oder ein technisches Gedächtnis wie ein Video. Wenn ich sage "man kann die Zeit nicht beobachten", dann meine ich, dass man zu einem gegebenen Moment nicht etwas beobachten kann, das zu einem anderen Moment stattfindet. Nur das Bewusstsein (auch in Form der menschlichen Sprache) erlaubt auf dem phänomenalen Niveau eine derartige überblicksartige Sicht, und ist somit nicht naturwissenschaftlich beobachtbar.

Ich spreche hier kurz die Sprache an, obwohl ich große Schwierigkeiten habe, diese in die vorliegende Geschichte einzuordnen. Einerseits verstehe ich sprachliche Inhalte, die von mir oder einer anderen Person geäußert werden, d.h. ich finde deren Sinn auf dem phänomenalen Niveau meines Bewusstseins vor. Hingegen für die Naturwissenschaft ist die Sprache nur eine hochstrukturierte Abfolge von Luftdruckwellen, die von neuronalen Kehlkopfsignalen erzeugt wird, und die bestimmte auditive Neurone menschlicher Gehirne gezielt beeinflussen kann. Dass diese Luftdruckwellen etwas bedeuten, kommt dabei nicht vor, denn in der Naturwissenschaft gibt es nirgendswo Beziehungen der Art "A bedeutet B". Nun ist das Bewusstsein ja subjektiv, d.h. ich empfinde in mir phänomenale Gehalte, aber ich kann derartige Gehalte nicht bei anderen Personen beobachten. Wenn mir also jemand sagt "draußen ist es warm", dann ist dies für mich nicht nur eine Luftdruckwelle, sondern ich verstehe diesen Satz. Er hat also eine Bedeutung für mich.

Nur habe ich keinerlei Möglichkeiten, zu beweisen, dass er in der anderen Person ebenfalls eine solche (oder überhaupt eine) Bedeutung hat, über die gut geölte neuronale Maschinerie hinaus, die diese Luftdruckwellen erzeugt hat. Es hilft nicht weiter, das Verhalten der Person bezüglich der "Wärme draußen" zu untersuchen, denn dieses kann ja durch neuronale Prozesse ganz ohne Beteiligung eines Bewusstseins zustandekommen. - Wie auch immer: ich befinde mich im Widerspruch zu nahezu der Gesamtheit der Wissenschaftler, die alle der Ansicht sind, dass man per menschlicher Sprache phänemenale Gehalte zwischen Personen transportieren könne, und damit auch nachweist, dass andere Personen als ich ebenfalls ein Bewusstsein haben. Es ist üblich, die allgemeine biologische Ähnlichkeit von Menschen für diese Sicht heranzuziehen ("was es bei mir gibt, müsste es im Prinzip auch bei anderen geben"). Der Fehler dieser Vorstellung liegt darin, dass ihr eine naturwissenschaftliche Sicht zugrundeliegt, und in dieser gibt es überhaupt kein Bewusstsein. Was da fehlt, ist das Folgende: Normalerweise wird ein phänomenaler Gehalt, wie z.B. ein wahrgenommener Apfel, in mir begleitet von der subjektiven Empfindung, dass ich ihn wahrnehme. Was aber fehlt, ist ein ähnlicher phänomenaler Gehalt, aber begleitet von der Empfindung, dass die andere Person ihn wahrnimmt. Wohlgemerkt meine ich eine direkte und kompakte Empfindung, und nicht eine intellektuelle Erklärung, wie ich sie hier gegeben habe.- Kurzum, ich habe keinerlei Idee, wie man mit der Sprache umzugehen hat. Mein Verständnis geht nicht hinaus über "phänomenologischer Gehalt bei mir, aber neuronale/physikalische Vorgänge bei der anderen Person, und zwischen uns beiden". Der viel einfachere Gedanke der anderen Wissenschaftler ist zwar bequem, aber nicht tragfähig.

Meine Geschichte gibt also einen teilweisen Einblick in die Natur des Bewusstseins: Eine unterbrochene Prozedur, wenn man sie später fortsetzen will, erfordert besondere Maßnahmen, wenn die Bedingungen direkt vor der Unterbrechung über die Pause hinweg nicht erhalten bleiben. Diese Flüchtigkeit verhindert das spätere einfache Wieder-Aufgreifen über die Sinne. Man muss also die fehlenden Sinnessignale durch Inhalte aus einem neuartigen Typ von Gedächtnis ersetzen, nämlich dem episodischen Gedächtnis, dessen Abruf man als "sich erinnern" bezeichnet. Und in der Tat kann man sich an alles, was bewusst wird, zumindest eine Zeitlang erinnern, und umgekehrt. Freilich ist das schon lange bekannt, aber der Zusammenhang wurde nicht hergestellt.

Es leuchtet ein, dass der Umgang mit Unterbrechungen von Prozeduren nicht gleich mit der Geburt eines Menschen beherrscht wird. Damit wird zum einen verständlich, dass ein Kind in den ersten Lebensjahren kein episodisches Gedächtnis hat (freilich kann man nur in späteren Lebensjahren ein Fehlen der Erinnerung des Kindes an Ereignisse seiner ersten Lebensjahre feststellen), zum anderen aber auch, wenn man an das Wiederaufgreifen der stammesgeschichtlichen Entwicklung durch die Entwicklung des Einzelwesens glaubt, dass das Bewusstsein eine späte Entwicklung auf dem Wege zum Menschen ist.  

Ich vertrete hier mit guten Gründen die Vorstellung, dass das Bewusstsein ausschließlich zusammenhängt mit denjenigen neuronalen Erregungsvorgängen, die für die Überbrückung von Unterbrechungen gespeichert wurden. Einen Bezug zum Begriff "Nachdenken" hatte ich schon genannt. Weiterhin wird die Rolle der Unterbrechungen gestützt dadurch, dass diese immer zwei Zeitpunkte, nämlich einen Beginn und ein Ende, erzeugen. In der Tat unterscheidet man bei den phänomenalen Gehalten eher "eingangsnahe" (Wahrnehmungen) und eher "ausgangsnahe" (Beschlüsse, Entscheidungen, Freier Wille). Die Eingangsseite erscheint folgendermaßen: "erst muss der Apfel vorhanden sein (objektiver Sachverhalt), dann nehme ich ihn wahr (subjektiver Sachverhalt)". Die Ausgangsseite ist: "erst entscheide/beschließe ich (subjektiver Sachverhalt), dann führen meine Muskeln die Aktion aus (objektiver Sachverhalt)". Hier erscheint eine Symmetrie derart, dass Unterbrechungen nicht irgendwo, sondern gerade zwischen dem "Eingang zum Ich" und dem "Ausgang vom Ich" zu liegen kommen, und das Ich scheint irgendwie zusammenzuhängen mit der Gesamtheit von allen übrigen Prozeduren, die die Unterbrechung bewirkt haben. Es ist vielleicht eher umgekehrt, nämlich dass diejenigen Speicherinhalte, die erfolgreich eine Unterbrechung zu überbrücken erlauben, sich als sensorische herausstellen, und damit definieren, was "Eingang" heißt.

Hier ist eine Anmerkung am Platze über die oft diskutierte Frage, ob der Wille wirklich frei sein könne: Selbst wenn man nur über diese Annahme erstaunt ist, und sonst nichts versteht, dann muss man exakt genau so erstaunt sein über das Umgekehrte, nämlich die Wahrnehmung. Wenn der Wille frei ist, weil er keinen Vorläufer hat (auf dem phänomenalen Niveau des Bewusstseins ist so etwas auf jeden Fall möglich), dann muss man sich ebenso wundern darüber, dass die Wahrnehmung keinen Nachfolger hat: ich nehme einen Apfel wahr, und basta. Das Konzept "Apfel" ist so gemacht, dass es unabhängig ist von allem, was da folgen könnte. Es erscheint eher so wie ein fotografischer Schnappschuss. Das Fehlen eines Nachfolgers/Vorläufers spiegelt genau die Situation vor/nach einer Unterbrechung wider.

Wenn man sich nun direkt vor einer Unterbrechung befindet, und dies erkennt, dann produziert man einen geeigneten "episodischen" Speicherinhalt, aber damit ist nicht garantiert, dass sich später die Gelegenheit für die Fortsetzung ergibt. Es ist noch nicht einmal garantiert, wenn man erkennt, dass eine Unterbrechung unmittelbar bevorsteht, dass diese im nächsten Moment tatsächlich eintritt. So entstehen diejenigen Fälle, bei denen eine episodische Abspeicherung ohne irgendeine Unterbrechung erfolgt. Dieser Vorgang heißt "Aufmerksamkeit". Wenn man eine Szene aufmerksam anschaut, dann wird sie bewusst, und man kann sich an sie erinnern.

Man kann vermuten, dass das stammesgeschichtlich neue Verfahren "Verwaltung von Unterbrechungen/episodisches Gedächtnis" bis dahin unbekannte Schwierigkeiten und Fehlermöglichkeiten mit sich bringt: (1) Es ist gefährlich, Signale, die direkt aus der Außenwelt kommen, zu ersetzen durch solche, die man einem Gedächtnis entnimmt, und damit dem eigenen Gehirn. Wenn man diese mit den wirklichen Sinnessignalen verwechselt (durch einen Fehler in bislang unbekannten neuronalen Befehlen), und sie in seine Verhaltenssteuerung einfließen lässt, ist man schizophren. (2) Ein anderer Fehler ist am besten ersichtlich im Bild der Verkehrsampeln: Wenn man (durch einen Fehler in anderen ebenfalls unbekannten neuronalen Befehlen) nicht imstande ist, die "Grünphase" umzuschalten, damit verschiedene Prozeduren jeweils abschnittsweise zum Zuge kommen, sondern stattdessen die Grünphase ständig "in einer Richtung" belässt, dann ist man ein Autist: eine Prozedur (oder vielleicht eine Familie von Prozeduren) läuft viel besser als im Normalfall funktionierender Ampeln, aber alle anderen sind für immer blockiert. (3) Sozusagen das Gegenteil der letzteren Situation ist diejenige völlig ohne Ampeln, bei der es viel Gedrängel gäbe, und sehr viele, oft aber gestörte und daher unvollendete Prozeduren. So etwas würde sich als eine Schwäche der Steuerung der Umschaltungen und der Aufmerksamkeit äußern. Die Punkte (2) und (3) erscheinen in engerer Beziehung zueinander zu stehen als zu Punkt (1).

Der Zeitbegriff macht die größten Schwierigkeiten. Da ich ein Physiker bin, habe ich ein wenig Einblick in ein vielleicht ähnliches Problem, denn in der Physik sagt man, dass in einem System (d.h. einer Anordnung miteinander wechselwirkender physikalischer Entitäten), das perfekt isoliert ist, "keine Zeit existiert". Allerdings ist wegen dieser Isolation ein solches System unbeobachtbar, so dass sich nichts überprüfen lässt. Man kann jedoch auf der Grundlage der klassischen Physik eine Beschreibung eines Modell-Universums machen. "Universum" bedeutet hier nicht unbedingt etwas weit Ausgedehntes, sondern nur, dass absolut alles Existierende eingeschlossen ist, das System damit isoliert ist, und deshalb auch kein externer Beobachter existiert. Wenn man als innere Wechselwirkung die Gravitation ansetzt, stellt sich heraus, dass man dieses Universum vollständig beschreiben kann, ohne die Variable "Zeit" zu benötigen. Vielmehr kann man einen Zeitbegriff aus einer derartigen Beschreibung nachträglich herausholen; er erscheint als Kombination anderer Variabler, und damit als etwas Zweitrangiges, Überflüssiges und Überzähliges (ganz im Gegensatz zu den Variablen des Raumes).

Wenn hingegen das System in Kontakt mit einem anderen gerät (zumeist der Umgebung), dann ist die Situation komplizierter, und ich bin mir nicht sicher, ob ich sie richtig verstehe. (In dieser Sache bin ich in Diskussion mit einem Physiker, der einen Artikel über dieses Thema verfasst hat, aber der unglücklicherweise überhaupt nichts über das Gehirn hören will.) In diesem Fall der Nicht-Isolation könne man das System beschreiben durch die Variablen, die zur Beschreibung der Umgebung dienen. Allein dieses erscheint mir sehr merkwürdig und unverständlich. Wenn darüberhinaus der Kontakt zwischen System und Umgebung schwach ist, also die Umgebung das System nur wenig stört (dies ist die gewünschte Situation für jede Beobachtung), dann erscheint das genannte Ensemble von externen Variablen aus der Innensicht des Systems wie eine einzige Koordinate, und diese verhält sich gerade so wie die gewöhnliche Zeit. Man könnte also "die Zeit" auffassen als hervorgerufen durch den Kontakt mit der Umgebung, und so ist sie verknüpft mit der Tatsache, dass das System nicht isoliert, leicht gestört, und beobachtbar ist.

Von besonderem Interesse ist, dass die obengenannte Physikergeschichte mit der gedanklichen Entstehung der Zeit befasst ist. Mit der vorliegenden Geschichte wird die Entstehung des ganzen phänomenalen Niveaus mitsamt der Zeit, die dort angesiedelt ist, beschrieben. Nun stellt der Abruf eines Inhalts des episodischen Gedächtnisses eine Beziehung "Eine gegenwärtige neuronale Erregung bedeutet dieselbe Erregung zu einer anderen Zeit" her, die einfacher zu sein scheint als etwa "Eine neuronale Erregung bedeutet ein Haus". Dies wiederum legt nahe, dass die Zeit eine Art "Ur-Quale" sein könnte, also der als erstes entstandene phänomenale Gehalt.

Als Naturwissenschaftler muss man sich ja auch um die Subjektivität des Bewusstseins kümmern, deshalb diese physikalische Betrachtung. Ich kenne das Bewusstsein nur aus meiner Innenperspektive, und niemand kann es beobachten. In dieser Hinsicht entspricht es einem völlig isolierten physikalischen System. Was mich beschäftigt, ist, dass es sowohl in der Physik als auch der Neurowissenschaft eine enge Beziehung zu geben scheint zwischen "der Zeit" und der Beobachtbarkeit, und damit auch der Störung. Da ja "Isolation" nicht unbedingt als räumlich aufzufassen ist, sondern als "von außen ungestört", d.h. frei von jeder Art von Wechselwirkungen mit nicht zugehörigen Entitäten, ähnelt ein nicht-isoliertes physikalisches System einer durch Unterbrechungen gestörten neuronalen Prozedur, und in beiden Fällen erscheint "die Zeit" durch Störungen von außerhalb.

Schon dieses ist hinreichend undurchsichtig. Weitere große Probleme halten sich aber noch versteckt: Angenommen, das zu beobachtende physikalische System sei ein großes zappelndes Netzwerk aus Klötzen, die durch Stahlfedern miteinander verbunden sind. Der Beobachter ist (im Wesentlichen) ein menschliches Gehirn. Es gibt schwache Wechselwirkungen zwischen System und Beobachter z.B. in Form von Licht, das vom System reflektiert wird und ins Auge des Beobachters dringt. Diese Wechselwirkung stört das System nur sehr wenig. Im Beobachter wird eine neuronale Prozedur in Gang gesetzt, und diese ist (nicht-naturwissenschaftlich; man weiß nicht, wie) mit der Wahrnehmung verknüpft, z.B. einer der Federn, die also auf dem phänomenalen Niveau des Bewusstseins erscheint. Sicherlich ist das episodische Gedächtnis beteiligt, und man kann sagen, dass irgendein Teil der neuronalen Aktivität die Bedeutung "Feder" hat, aber all dieses ist keine Erklärung, und sei es nur wegen der wichtigen Frage "neuronale Aktivität in welchem Moment?" Denn eines ist sicher: die phänomenalen Gehalte des Bewusstseins (oder "Bedeutungen") schreiten nicht synchron auf der Zeitachse mit den ihnen entsprechenden neuronalen Erregungen voran (aber die meisten Neurowissenschaftler glauben das). Kurzzeitige Erregungen können auf jeden Fall mit sehr langanhaltenden Wahrnehmungen zusammenhängen (siehe Hirnbrief 45/46, 2010 und folgende).

Das große Ziel ist, die Beziehung zwischen neuronalen Prozessen und phänomenalen Gehalten zu verstehen. Hierbei stößt man auf einen großen Kreis in Form einer Rückbezüglichkeit, d.h. zu Beginn muss man Entitäten schon kennen, die man am Schluss erklären will. Den Kreis kann ich so versuchen zu beschreiben, dass jedes Neuron, und jeder neuronale Vorgang dem Menschen auf dem Weg über die Neurowissenschaften ausschließlich in Form phänomenaler Gehalte bekannt ist, denn die gesamte Neurowissenschaft, ja die ganze Wissenschaft überhaupt, sind Ansammlungen phänomenaler Gehalte. Mit anderen Worten: wenn ich einen neurowissenschaftlichen Versuch durchführe und ich dabei die Aktivität-1 einiger Neurone in einem Tier beobachte, dann produziert diese Beobachtung in meinem Kopf neuronale Aktivitäten-2, von denen ich jedoch nur die "Bedeutungen" kenne, d.h. die Spuren auf meinem phänomenalen Niveau. Die Empfindung in meinem Bewusstsein ("Wahrnehmung") ist also ausschließlich "die neuronale Aktivität-1 in diesem Tier" und nicht etwa "die neuronale Aktivität-2 in meinem Kopf, deren Bedeutung 'die neuronale Aktivität-1 in diesem Tier' ist". In anderen Worten: man kann Wissenschaft nicht auf einem neuronalen Niveau betreiben, vielmehr rollt sie ausschließlich auf dem phänomenalen Niveau ab.

Dieser Kreis, zusammen mit der oben angesprochenen Zeitfrage, sind die großen Probleme des Bewusstseins. Es ist unwahrscheinlich, dass jemand alsbald Lösungen findet, die nicht sogleich vom nächstbesten Gelehrten wieder vom Tisch gewischt werden können. Das ist also so recht ein Problem für die Ruheständler unter den Wissenschaftlern (wie ich einer bin), die als einzige extrem hohe Erfolgsrisiken eingehen können, weil sie keine Karriere machen wollen.

Interruption 4
(cette version en français imparfait est un extrait d'une lettre à une vieille amie)

Dans ce qu'on appelle "science naturelle" ou "natural science" il y a un nombre de règles, et tout ce qui n'obéit pas à ces règles (comme par ex. la linguistique) peut être une science très solide et fructueuse mais elle n'appartient pas à la "science naturelle". La neuroscience est une science naturelle, sauf le phénomène de la conscience qui n'y obéit pas.

Ce que je fais est de prendre la position de la science naturelle, en particulier la neuroscience mais aussi la physique, et je cherche là-dedans des situations ou la science naturelle a des problèmes d'explication. Par cette voie je ne pourrais jamais expliquer le phénomène de la conscience, mais je pourrais peut-être (c'est mon espoir) saisir les imperfections de la science naturelle qui sont reliées à la conscience.

Mon histoire (jusqu'à present) va comme suit:
Dans la science naturelle des relations du type "A signifie B" ou "A représente B" n'existent pas, sous aucune forme. Pour être plus précis: la science naturelle utilise cette relation tout le temps comme une sorte d'outil, car toute formule écrite sur papier signifie un procès dans la nature mais (c'est une des règles qui gouvernent la science naturelle) elle ne permet pas d'observer une telle relation. On peut observer un être vivant qui regarde une pomme, et en même temps observer dans le cerveau de cet être une distribution d'activités neuronales, mais on ne peut pas prouver par une observation que cette activité signifie une pomme pour cet être. Cette dernière relation ne fait pas partie de la science naturelle. Cependant, elle fait l'essentiel de la conscience.

Cette situation donne une problème à la science naturelle: Mettons que tu observes un pendule. Tu constates que son oscillation est plus lente quand le fil de suspension est plus long, et tu veux établir une loi quantitative pour cette relation (qui en réalité est connue depuis longtemps). Tu fais démarrer un chronographe quand le pendule est à son extrémité gauche, et tu appuyes sur le chronographe quand il est à droite. Or, en ce dernier moment, seulement le pendule dans sa position droite est observable. Il faut le prendre de quelque mémoire (dans ta tête, ou d'un vidéo) qu'auparavant il était dans la position gauche. Le point foireux est (mettons que tu analyses le vidéo) que tu y observes dans le présent des images sur un écran dont tu dois dire qu'elles signifient le pendule à un instant dans le passé. C'est un problème que la science naturelle ne peut pas resoudre mais elle fonctionne comme s'il était resolu.

Ceci est donc un point faible dans la science naturelle. Les neuroscientifiques ne s'en rendent pas compte bienqu'ils parlent souvent de "mémoire". Sans se faire de grands soucis, ils parlent d'un animal qui peut apprendre à éviter de toucher un objet chaud, mais ils ne pensent pas au fait que cet animal, à partir de cet instant, ne peut plus utiliser son système nerveux de la façon ignorante d'auparavant. En quelque sorte, l'animal ne sait pas qu'il y avait un passé dans lequel il ne savait pas éviter cet objet chaud. Il vit, soi-disant, toujours dans le présent qui dépend, bien sûr, du passé mais ce passé n'est plus accessible. La mémoire "normale" (c-à-d. "procédurale") permet de tenir compte des expériences du passé mais une fois que ces influences ont été incorporés dans la situation présente il ne reste plus aucun rôle pour le passé. C'est cela qu'on peut comprendre rationalement. Par contre, il n'est pas facile à comprendre pourquoi on pourrait avoir besoin de la connaissance d'un événement passé dans un format similaire à une impression présente, comme on le connaît introspectivement quand on se souvient d'une épisode de la veille. Au contraire, la possibilité de confondre une telle impression avec quelque chose de présent et de réel semble plutôt dangéreuse.

Un tel accès au passé est donné par la conscience, et je crois que c'est son rôle original et principal. Le "temps non-réel" ("non-real-time") n'existe qu'au niveau de la conscience, c-à-d "un événement neuronal présent dans ma tête signifie un événement passé".

Maintenant je considère un point de la physique, à savoir que tous les lois de la nature sont "différentiels dans le temps": Cela veut dire que le pas suivant est déterminé par le pas qui est le prédécesseur immédiat. Autrement dit il n'y a aucune relation dans la nature ou, par ex. un événement présent détermine directement ce qui se passera une heure plus tard, irrespectivement de ce qui se passe entretemps. Plutôt, ce qui se passe dans une heure est déterminé par la succession de tous les événements, milliseconde par milliseconde qui sont intercalés.

Alors à partir de ce point je considère l'évolution des primates dont on dit depuis 200 ans (avec de bonnes raisons) qu'ils ont énormement élargi leur "répertoire de comportement" en marchant sur 2 pieds et en utilisant les mains. Il faut tenir compte du fait que le "répertoire de comportement" existe dans le cerveau aussi quand aucun comportement n'est executé (car il est tissé dans le réseau neuronal). Mettons donc que ce répertoire est devenu (dans quelques millions d'années) 10 fois plus large, ce qui veut dire qu'à tout instant les "demandes de comportement maîtrisés", venant de l'environnement, sont 10 fois plus nombreuses. Le point crucial est que tu ne peux quand-même pas executer 10 fois plus d'activités à la fois. La conséquence est qu'il se produira une sorte d'embouteillage: Un grand cerveau puissant encontrera le problème qu'il y aura beaucoup plus de demandes d'execution de comportements maîtrisés que de possibilités de les executer. En d'autres paroles: Il y a trop de procédures qui pourraient démarrer mais soi-disant pour cela elles veulent toutes se servir dans la même boîte à outils.

Il y a de bonnes raisons qui indiquent que l'apparition de la conscience est étroitement reliée à cette situation, et en particulier à l'invention de quelque chose qui vaguement correspond à des feux aux carrefours pour régler la circulation des voitures en ville (quand il y en a de trop dans toutes les directions). Soi-disant "la procédure neuronale de vouloir aller de X1 à Y1 doit être interrompue pour faire fonctioner une autre procédure neuronale, à savoir de vouloir aller de X2 à Y2. Puis la première procédure doit ête reprise". Pour faire l'analogie plus étroite, il faut penser à ce que j'avais dit 2 paragraphes plus haut sur le temps dans la nature: Il n'existerait pas de procédure "aller de X1 à Y1" mais plutôt une procédure démarrant à X1 qui passerait par une succession de pas minuscules qui finalement aboutit à Y1. Soi-disant la nature "ne sait pas" que ce processus arrivera à Y1. Elle "sait" seulement (c-à-d. dans sa connectivité neuronale est déterminé) qu'elle doit enchaîner une suite bien particulière de petits pas, dont à chaque moment elle ne "connaît" que le pas suivant.

On peut bien retracer cette situation en imaginant une voiture equippé d'un GPS dans lequel quelqu'un à entré "voyage de X1 à Y1" sans que le conducteur le sache. Donc ce dernier, après son départ, ne reçoit que des messages "maintenant tourne à gauche" etc., et finalement il arrive en effet à Y1. Un cerveau compréhensible en termes de science naturelle est un tel GPS (dans le cas de tâches d'orientation). Il ne vit que dans le présent, c-à-d ses excitations ne sont occupées qu'avec les changements de direction momentanés. Il n'y a pas d'excitations qui, en vue globale et en temps-non-réel, représentent le voyage entier, départ et arrivée compris. Un tournant à gauche, dès qu'il est effectué, ne laisse aucune trace du genre "j'ai tourné à gauche" (sauf peut-être un apprentissage procédural dont l'effet est d'améliorer la performance la prochaine fois). Cependant, dans un sens étroit cette analogie n'est pas applicable car un GPS offre en permanence un signal indiquant la position, tandis que pour le cerveau les cas intéressants sont ceux où un pas neuronal qui n'est pas durable doit servir pour calculer le pas suivant.

Peut-être un scientifique qui lit tout cela dirait "finalement cela revient au même: on arrive à Y1". Cependant, le point decisif vient avec l'interruption: si une succession de pas infimes est interrompue la procédure sera arrêtée car le pas immédiatement suivant manque. Donc, il faut s'occuper des interruptions, ce qui revient surtout aux questions comment on organise le redémarrage après une pause, et quels données sont nécessaires pour remplacer ce qui manque, à savoir le pas immédiatement précédent.

C'est une considération que je n'ai jamais trouvée dans la littérature. J'ai réfléchi beaucoup sur ce qu'il faut construire dans le système neuronal pour pouvoir interrompre de façon systématique toute sorte de procédure neuronale, et d'assurer sa continuation plus tard. En y réfléchissant on trouve beaucoup de détails qui vont bien ensemble avec le phénomène de la conscience, surtout ce qui concerne "le temps". Et en fait c'est pour cette raison qu'on a besoin de la connaissance d'un événement passé dans un format similaire à une impression présente. L'image des feux fait pressentir qu'une méthode générale pour organiser l'interruption de procédures neuronales n'a rien à faire avec les propriétés d'aucune procédure individuelle. Au contraire, les procédures ne sont pas touchés: la voiture qui doit aller de X1 á Y1 ira effectivement de X1 à Y1, sauf qu'elle arrivera plus tard que dans le cas sans interruption. Évidemment, ce qui est à l'affût ici est "le temps".

En réflechissant sur le cerveau en termes de science naturelle, il faut d'abord se rendre compte qu'il n'est qu'un grand ensemble de procédures maîtrisés. La conscience n'est pas incluse dans cette vue. Il est plutôt un organe du corps comme tous les autres, qui tous aussi fonctionnent par des procédures: Si je bois une tasse de café, le rein va faire dérouler une procédure qui règle tout dont le corps a besoin en réponse à ce flux entrant. Pour le cas du rein personne n'aurait l'idée d'imaginer que cet organe produira un concept "café" indépendemment du traitement dans le rein, ou même l'idée que le café peut exister sans qu'il y ait aucun rein dans le monde. Un organe, c'est plutôt "je fais mon travail, et c'est tout". En considérant un organe autre que le cerveau on se rend compte à quel point une interruption d'une procédure serait étrange. Je ne sais rien du rein, mais j'imagine qu'il y a aussi des étapes dans lesquels des molécules de quelque type 1 seront transformés en molécules d'un type 2. Une interruption d'un tel procès implique que les molécules 1 (peut-être instables) doivent être conservés au lieu d'être immédiatement transformés, pendant que la machinerie biotechnique du rein travaille sur une autre procédure. Plus tard, le traitement des molécules 1 stockés sera repris. La moindre des choses qu'il faudrait développer serait une nouvelle technique pour stocker ces molécules, et quelque contrôle pour cela. Ce seraient des éléments constructifs qui ne seraient pas nécessaires s'il n'y avait jamais des interruptions.

Cet exemple (et aussi l'exemple des feux) montre qu'une interruption va bien au delà du mot d'ordre des procédures "je fais mon travail, et c'est tout": les détails techniques des feux aux carrefours ne peuvent pas être déduits de la connaissance des détails techniques des voitures et de leurs parcours. Les neuroscientifiques ignorent le cas de l'interruption, ils prennent la conscience juste comme une varieté de processus neuronal. C'est un peu comme si on prenait les feux à un carrefour comme une varieté d'un voyage en voiture.

Souvent quand on discute la performance du cerveau on fait cela en termes d'entités qui apparaissent au niveau phénomenologique de la conscience comme par ex. des objets, ou des mouvements. Cependant, si on ne veut pas s'éloigner de la science naturelle, il faut plutôt réfléchir en termes de procédures maîtrisés. Là, il n'y a pas d'objets comme par ex. une pomme isolée sans incorporation dans une procédure. Ce n'est qu'en pensant "procédures" qu'il est facile à concevoir que les interruptions, et les mesures pour maîtriser leurs effets mènent hors de ce cadre.

L'occupation avec des interruptions n'est pas seulement un jeu d'idées car il est évident que les procédures, plus qu'ils durent longtemps et qu'il sont plus nombreux, plus ils seront vulnérabes et vont se géner mutuellement. Avec une méthode qui systématiquement permet d'achever une procédure en la subdivisant en sections temporellement séparés (mais autrement non-perturbés par d'autres procédures) puis re-enchaînés, la voie est ouverte pour évoluer des procédures de durées pratiquement illimitées. Déjà cette simple considération montre qu'au delà de "procédure achevée en parcourant une chaîne de pas immédiatement successifs" il y aura désormais une nouvelle distinction "la même procédure achevée mais après des délais très différents". Il faut se forcer à penser en termes de procédures pour saisir que c'est là l'invention "du temps".

Il est utile de considérer d'abord des procédures de longue durée qui existent déjà depuis l'existence des animaux: En général la construction d'un nid ou d'une tanière n'est pas faisable sans interruptions. Cependant, la particularité est que la structure demi-achevée reste inchangée pendant une pause, et dans ce cas, on n'a pas besoin de la mémoriser car on peut la reprendre par les sens. Le cas intéressant pour mon texte est celui dans lequel la situation avant l'interruption est futile, donc inaccessible à une reprise sensorielle. Une grande partie des activités humaines est de cette nature: le médecin ne peut pas observer maintenant quels pillules il a donné la veille au patient. Surtout des activités dans le domaine acoustique sont de cette nature, et entr'eux domine la langue humaine: Quand on a dit une phrase, aucune trace physique ne reste observable après quelques millisecondes.

Dans ces derniers cas, il faut donc construire une mémoire qui remplace des traces observables qui étaient disponibles directement avant une interruption. Ceci est l'invention de la "mémoire épisodique". Le premier point qui frappe est qu'en fait, tout contenu de la mémoire épisodique devient conscient, c-à-d il apparaît en forme d'un ensemble de "contenus phénoménologiques" au niveau phénoménologique de la conscience, contrairement à la mémoire procédurale qui est inconsciente. En d'autres mots: On ne peut pas se rappeler inconsciemment d'un événement de la veille. Bien sûr, un tel événement peut aussi produire une mémoire procédurale, donc inconsciente, par exemple si on a rencontré quelque chose de repugnant qu'on peut développer une aversion contre des situations similaires sans savoir pourquoi. Évidemment, ceci n'est pas semblable à une réproduction de la scène originale qui mérite le terme "rappel".

Une autre chose qui frappe: Quand on interrompt la construction d'un nid on le retrouve inchangé après une pause mais ensuite la construction continuera. Donc, on ne peut pas retrouver le nid plusieurs fois, après plusieurs pauses, dans un même état demi-achevé. En ce respect, la mémoire épisodique est différente: on peut plusieurs fois se rappeler du même contenu sans qu'il subit un changement. Ceci permet de poursuivre une procédure à plusieurs reprises en partant du même point d'interruption, et toutes ces continuations peuvent différer l'une de l'autre selon les influences après l'interruption qui peuvent varier. Si on empèche l'execution de toutes ces variétés par quelque inhibition tardive, on obtient ce qu'on appelle "réfléchir". Et en effet, depuis des décennies on dit que la conscience permet la réflexion tandis que les processus inconscients sont "automatiques". Seulement, on a pris cela plus ou moins comme une définition de la conscience sans avoir une idée pourquoi c'est ainsi.

Un autre grand énigme est comment le cerveau (au niveau de la conscience) peut traiter le nombre "4" aujourd'hui comme identique (et non pas similaire) au nombre "4" hier. Il faut savoir que le cerveau (comme tous les autres organes du corps) ne peut sous aucune condition reproduire un état physiologique quelconque une deuxième fois en forme identique. Plutôt, si on observe l'activité neuronale, on voit la règle: "Deux situations ne sont similaires qu'à tel point qu'une plus grande précision n'apporte pas d'avantage." Sans exception tout comportement observable est ainsi: Si on mène la cuillère pleine de soupe à la bouche, cela n'apporte rien si les mouvements du bras étaient vraiment identiques au millième de millimètre près. Par contre, au niveau de la conscience, donc inobservable, on trouve l'identité à tous les coups: Ce crayon que je vois maintenant est perçu comme identique à celui 5 minutes auparavant. C'est certain que nulle part dans le cerveau on trouvera deux fois des activités physiologiques identiques correspondant à cette impression. Je suis assis devant mon ordinateur: durant tout ce temps je considère toute la pièce, avec tout son ameublement comme identique dans le temps.

Pour voir ce qui se passe, il faut que tu te forces encore une fois à penser artificiellement sans prendre recours à la conscience, c-à-d il n'y a que des procédures stockées dans le réseau neuronal. En principe, quand l'une d'elles est activée, un scientifique peut observer leur fonctionnement physiologique, et on peut le comprendre en termes de science naturelle (bienque ce soit difficile en pratique). On y verrait, comme je l'ai dit plus haut, que l'activité à chaque instant détermine uniquement l'activité de l'instant immédiatement après. Il faut se forcer à saisir qu'on ne voit que ce qui se passe à l'instant de l'observation. Donc, il n'y a aucune trace ni du passé ni de l'avenir. A chaque instant on observe autre chose mais l'observation ne permet pas de saisir ce fait, c-à-d qu'il y a tout le temps des changements. Autrement dit c'est comme si je savais ce qui se passe maintenant, mais je ne sais pas qu'une autre chose se passait juste quelques millisecondes auparavant, et même j'ignore qu'un tel instant existait. (En réalité il n'y a aucun ".. je savais..") Un état physiologique instantané ne fait rien d'autre que produire son successeur, après quoi il disparaît sans trace.

C'est comme ça qu'il faut imaginer la vie d'un animal: Il vit toujours dans le présent. Bien entendu, "produire son successeur" implique aussi des mécanismes d'apprentissage, donc cet animal peut se comporter très intelligemment.

Maintenant intervient l'interruption, mettons qui dure une heure. Il y a donc un état physiologique qui contient déjà la définition de son successeur immédiat mais l'interruption fait qu'il ne peut pas le produire. Mais, si les mesures adéquates pour gérer les effets d'une interruption sont déjà en place, leur effet est comme si ce même état physiologique apparaît une heure plus tard, et ainsi la procédure peut continuer.

Je crois que l'apparence du même état physiologique deux fois, séparé d'une heure, est l'origine de l'identité dans le temps, mentionnée plus haut. Bien entendu, le deuxième état n'est pas identique au premier car sous aucune condition le cerveau est capable d'une telle réproduction. Plutôt ce qui est spécial avec ces deux états est qu'en quelque sorte un seul état à un seul instant a été clivé en deux, et les deux parties ont été séparés d'une heure. Par contre, on trouve l'impression d'identité au niveau phénoménologique de la conscience; il est donc l'héritage du fait trivial qu'une situation quelconque à un instant donné est identique a soi-même à ce même instant. Pourtant, cette histoire n'est pas si simple: La gestion propre des effets d'une interruption de procédure aussi contient en quelque sorte l'idée (qui est aussi le but du manoeuvre) que rien n'a changé pendant l'interruption, donc que la procédure continue comme s'il n'y avait eu aucune interruption. Pour cela existe un système auxiliaire physiologique dont la tâche est d'être silencieux dans le cas d'absences de changements de toute sorte. C'est un système bon-marché (mais il contient quelques autres astuces) car il ne se soucie pas du "quoi" (c'est comme la négation dans la langue humaine: Dans "la pomme ne tombe pas de la table" on ne sait pas précisément si c'est la pomme ou la table ou la chute qui n'est pas.) En tout cas, ce système laisse sa trace au niveau phénoménologique de la conscience car s'il y a une telle silence on perçoit n'importe quoi comme identique dans le temps. L'origine de cette impression est donc "...identique dans une pause d'une procédure".

D'ailleurs il est remarquable dans mon histoire qu'on n'obtient qu'"identité", c-à-d "un état antérieur est exactement identique à un état postérieur". Par contre, une relation du genre "une entité est exactement cinq fois plus grande qu'une autre" fait défaut. J'aurais imaginé qu'il faudrait aussi des relations d'une telle nature pour inventer la mathématique. Ce seul élément exact qui est l'identité (résultant d'une absence de différences) peut-il suffire pour fonder la mathématique?

Encore plus difficile est d'imaginer des situations reliées au "temps" qui diffèrent de l'habitude. Pour remédier à cela, il est utile d'avoir dans l'esprit la méthode ZIP qui sert à comprimer un texte écrit: En progressant le long du texte, on ne stocke chaque mot qu'une seule fois, mais pour chaque mot on rajoute une liste dans laquelle on indique les places dans le texte original auxquelles ce mot appartient. L'exemple du ZIP illustre comment on peut se faire un concept de l'identité d'un mot apparaissant plusiers fois, bienque dans le texte original l'inspection microscopique montre que l'encre d'imprimerie est repartie différemment sur le papier, et on n'a fait que des jugements de similarité.

Cette histoire est loin d'être comprise à fond. Mais je la raconte car l'idée procédurale "rien n'a changé pendant une interruption" provoquera ta contestation. Tu diras: Il y a quand-même du temps qui a écoulé. Je réponds que c'est justement par là que la notion du "temps" a été inventée. "Le temps" est une différence entre une procédure continue et la même, mais interrompue. Comme j'avais dit plus haut, il faut se forcer à "penser en termes de procédures", et sous cet angle de vue il n'y a aucune différence entre ces deux cas, et la différence temporelle (surtout le fait qu'elle n'appartient pas à la procédure en question) qui nous êtres humains est tellement familière est totalement étrange.

Un animal comme je l'ai décrit plus haut, vivant toujours dans le présent, ne peut pas avoir une notion du temps. On peut imaginer cela comme si une axe du temps existait mais l'animal, à tout instant, ne connaît qu'un seul point sur cette axe, et qu'il ne sait pas qu'il y a d'autres points de la même nature avant et après son point actuel. (C'est un peu comme le champ de gravitation exercé par la terre qui fait que les objets massifs ont un poids: Vivant sur terre, on ne connaît qu'une seule grandeur de ce champ, ce qui fait que, pour un objet d'une masse donnée, l'échelle "poids" n'a qu'un seul point. Si on n'est pas un scientifique, la conséquence est que, connaissant "le poids", on ne peut pas saisir ce que c'est, "la masse" car on prend ces deux notions comme la même chose.) En tout cas, si on se force strictement à penser uniquement en termes procédurales, "le temps" n'y trouvera pas de place. Autrement dit, c'est quelque chose de non-procédural, et par là, quelque chose qu'on ne peut pas saisir en faisant des observations neurophysiologiques. Mais l'important est que "le temps" apparaît au niveau de la conscience, d'une façon qui est familière à nous tous. Il y a même de bonnes raisons pour l'idée que la conscience est née ensemble avec la notion du temps. À l'aide de la conscience je peux comprendre qu'un événement passé est (presque) de la même nature qu'un événement présent (sauf que je ne dois pas le prendre comme point de départ pour une action). Un autre instant a existé dans lequel cet événement était un événement présent. Ces notions font un grand contraste à la situation de "l'animal" où le passé ne jouait que le rôle d'influencer l'état présent.

J'ai dit qu'on ne peut pas "observer le temps" ce qui, à première vue, semble être contre l'intuition; on pense immédiatement au coup d'oeil qu'on donne à une montre. Il faut donc préciser: Lors d'une observation prolongée, l'observateur reçoit une succession de signaux de la scène. Mais dans un sens plus étroit à chaque instant il ne reçoit que ce qui est présent en ce moment. Mettons que la scène (décrite en langue courante) est une boule qui roule sur une plaine, puis qui subit un choc qui fait qu'elle change sa direction. Une observation de la scène après le choc ne permet pas d'acquérir des connaissances sur le parcours avant ce choc, ou sur le fait qu'il y avait un tel choc. Pour cela, l'observateur doit avoir une mémoire du type "episodique" dans laquelle des observations antérieures sont conservées, ou une mémoire technique comme un vidéo. En disant "on ne peut pas observer le temps" je veux dire qu'on ne peut pas, à un seul instant donné, observer des événements qui ont lieu à un autre instant. Ce n'est que la conscience (aussi en forme de la langue humaine) qui nous offre cette vue au niveau phénoménologique, donc inaccessible à l'observation scientifique.

J'ai de grandes difficultés avec la langue car d'une part je retrouve le sens de ce qui est dit (par moi ou un autre) sur le niveau phénoménologique de ma conscience, c-à-d je comprends la langue. Par contre, pour la science naturelle la langue n'est qu'une séquence richement structurée d'air comprimé qui peut être générée par des commandes neuronales que je donne à mes muscles de la gorge, et qui peut influencer de façon particulière des neurones auditives d'un être humain. Scientifiquement, la langue n'a pas de signification car la relation "A signifie B" généralement n'existe nulle part dans la science. Or, la conscience est subjective, c-à-d je ressens des contenus phénoménologiques à mon intérieur mais je ne peux pas observer de tels contenus chez quelqu'un d'autre. Donc, si tu me dis "il fait chaud dehors", pour moi ce n'est pas seulement une séquence d'ondes d'air comprimé mais je comprends cette phrase, elle a donc une signification pour moi. Seulement, je n'ai aucune possibilité de prouver que chez toi aussi il y a une telle signification, au lieu seulement d'une machinerie neuronale bien rodée qui produit des ondes dans l'air. (Observer ton comportement en relation avec la chaleur dehors n'est pas une preuve car il peut être la conséquence de quelque processus neuronal dans toi sans aucune contribution d'une conscience.) Je me trouve en opposition avec pratiquement la totalité des savants qui tous prétendent que la langue permet de transporter des contenus phénoménologiques d'une être humain à un autre. Ils justifient leur vue avec la similarité biologique de tous les êtres humains ("Ce qui a lieu chez moi doit aussi exister chez un autre"). Le défaut de cette idée est que son origine est dans la science naturelle, et dans le cadre de celle-ci il n'y a pas de conscience du tout. Ce qui fait défaut est le suivant: Normalement un contenu phénoménologique comme il apparaît couramment dans ma conscience (par ex. la perception d'une pomme) est accompagné par la sensation que c'est moi qui la perçoit. Ce qui manque est une sensation similaire mais accompagnée par la sensation que tu la perçois. Bien entendu je parle d'une sensation directe et compacte, et non pas d'une explication intellectuelle comme celle que j'ai donné ici. - Bref, je n'ai aucune idée comment traiter la langue. Pour moi, elle ne va pas au-delà de "sensation phénoménologique chez moi, et processus neuronales/physiques chez toi et entre nous deux".

Mon histoire permet donc d'avoir un aperçu partiel de la nature de la conscience: une procédure neuronale interrompue, si on veut la continuer plus tard, nécessite des mesures spéciales si les circonstances qui règnent au dernier moment avant l'interruption ne sont pas conservées durant la pause. Cette futilité empêche plus tard une simple reprise de ces circonstances par les sens; alors il faut remplacer l'information sensorielle manquante par une mémoire neuronale d'un nouveau type: la mémoire épisodique ("se souvenir"). Et en fait, on peut toujours se souvenir (au moins pour quelque temps) de tout ce qui est conscient, et inversement (chose connue depuis longtemps mais jamais expliquée auparavant).

Il est plausible que la gestion d'interruptions de procédures n'est pas maîtrisée directement après la naissance d'un homme, et par là, qu'un enfant n'a pas de mémoire épisodique dans ses premières années de vie (bienqu'en fait on ne puisse constater que plus tard l'enfant ne peut pas se rappeler des événements dans ses premières années.) En plus, si on croit que l'évolution de l'individu reprend l'évolution phylogénétique, on dirait que la conscience apparaît tardivement dans l'évolution phylogénétique humaine.

Je pense que les contenus phénoménologiques de la conscience sont uniquement reliés à des activités neuronales qui ont été stockés pour les sauver à travers une pause. J'avais dit plus haut que les contenus de la mémoire épisodique ne sont pas modifiés par un rappel; on peut donc se rappeler plusieurs fois de la même chose, ce qui n'est pas garanti pour l'observation d'une scène réelle. Ceci forme la base de la "réflexion".

Le rôle de l'interruption est aussi appuyé par le fait qu'une telle interruption crée toujours deux instants relevants: un début et une fin. Et en fait, on différencie les contenus phénoménologiques de la conscience selon plutôt "input" (perceptions) et d'autres plutôt "output" (décisions, libre arbitre): La perception d'une pomme est ressentie comme "d'abord il y a la pomme (chose objective), et puis je la perçois (chose subjective)". Par contre, une décision est "d'abord je décide (chose subjective), et puis mes muscles executent l'action" (chose objective). Ici apparaît une symétrie de façon que les interruptions se situent entre "input vers moi" et "output sortant de moi". Le moi semble être relié à l'ensemble de tous les autres procédures qui ont causé l'interruption. Peut-être c'est l'inverse, à savoir que les contenus de mémoire qui permettent de franchir une interruption s'avèrent comme sensoriels, et par là, qu'ils définissent ce que c'est, un "input".

D'ailleurs je dois faire une remarque ici, destiné à tous ceux se qui font des soucis sur la question comment le libre arbitre peut être vraiment libre: Même si on ne comprend rien et on reste étonné de ce fait, il faut être exactement autant étonné de ce qui est l'inverse, à savoir la perception. Si le libre arbitre est libre parce qu'il n'a pas de prédécesseur (au niveau phénoménologique de telles choses sont parfaitement possibles), la perception est autant étrange parce qu'il n'y a pas de successeur: Je perçois une pomme, et basta. La notion de la pomme est faite de façon qu'elle est indépendente de ce qui pourrait peut être suivre. Le manque de successeur/prédécesseur reflète donc exactement la situation avant/après une interruption.

Or, quand on se trouve juste avant une interruption, on produit une trace de mémoire épisodique mais il n'est pas garanti que plus tard l'occasion pour une continuation de la procédure se présentera. Il n'est même pas garanti que l'interruption qu'on voyait venir dans l'instant immédiatement imminent aura vraiment lieu. On peut donc produire une trace épisodique sans aucune interruption. On appelle cela "attention": Quand on inspecte une scène attentivement, elle devient conscient, et on peut s'en souvenir.

Il y a aussi de nouveaux difficultés et erreurs auxquels la méthode "gestion d'interruptions/mémoire épisodique" est susceptible dans l'évolution phylogénétique: (1) Il est dangéreux de remplacer les signaux venant directement du monde extérieur par des signaux pris d'une mémoire, donc de son propre cerveau. Si on les confond (par quelque défaut de commande) avec les vrais signaux sensoriels et les utilise pour la commande de son comportement, on est schizophrénique. (2) Un autre défaut possible est évident dans l'analogie avec les feux au carrefour de rues: si (par quelque autre défaut de commande) on n'est pas capable de commuter le "feu vert" d'une direction à une autre, mais on laisse "feu vert" perpetuellement dans une direction, on est un autiste: Un seul parcours devient beaucoup plus facile que normalement, et tous les autres sont bloqués pour toujours. (3) En quelque sorte le contraire de ce dernier cas est la situation sans aucun feu, dans laquelle on aurait beaucoup de bousculades entre les procédures, donc des perturbations et des procédures inachevées. Cela se manifesterait par une faiblesse du contrôle des interruptions  et de l'attention. La liaison entre les points (2) et (3) semble plus étroite que celle avec le point (1).

Ce qui me tracasse le plus est "le temps", et comme je suis physicien, j'ai connaissance d'un problème similaire dans la physique. Là, on dit que dans un système (c-à-d dans un arrangement d'entités physiques) parfaitement isolé "il n'y a pas de temps", mais évidemment on ne peut pas observer un tel système pour vérifier quoi que ce soit. Cependant, une description théorique en termes de physique classique est faisable d'un univers-modèle ("univers" veut dire qu'il n'y a absolument rien d'autre, donc il est isolé; donc aucun observateur externe existe) dans lequel règne la gravitation. Il s'avère qu'un tel système peut être décrit complètement sans prendre recours au temps. Plutôt on peut extraire "le temps" de cette description; il y apparaît comme une combinaison d'autres variables, et par là comme quelque chose de secondaire, de superflu et de redondant (d'ailleurs contrairement à la notion d'"espace").

Par contre, quand on a un système qui est en contact avec un autre (en général l'environnement) les choses sont plus compliquées, et je ne suis pas certain que je les comprends suffisamment bien. Pour cela, je suis en discussion avec un physicien qui vient d'écrire un article sur ce sujet (mais qui malheureusement ne veut rien entendre du cerveau). En ce cas de non-isolation, on peut décrire le système en termes de valeurs des coordonnées qui servent pour décrire l'environnement. Déjà cela me semble assez étrange. En plus, si le contact entre système et environnement est faible (donc presque pas de perturbation par l'environnement; situation désirée pour toute observation), l'ensemble de ces coordonnées externes apparaît à l'intérieur du système comme une seule coordonnée, et cette coordonnée apparaît précisément comme "le temps" habituel. On pourrait dire que "le temps" est le résultat du contact avec l'environnement, et par là, il est relié au fait que le système en question est observable, non-isolé et légèrement perturbé.

C'est particulièrement intéressant que l'histoire susmentionnée du physicien traite une idée sur l'émergence du temps. Dans l'histoire ci-présentée aussi la naissance du niveau phénoménal entier est décrite, ensemble avec la naissance du "temps". Or, le rappel d'un contenu de la mémoire épisodique correspond à une relation "Une excitation neuronale présente signifie la même excitation à un autre instant". Cette relation semble plus simple que, par ex., "Une excitation neuronale signifie une maison", ce qui suggère que "le temps" pourrait être une sorte de "quale primitif", c-à-d le contenu phénomenal crée le premier.

Or, tournons vers la neuroscience: la conscience est subjective. Je la connais par mon intérieur mais personne d'autre peut l'observer, et ainsi elle correspond à un système physique parfaitement isolé. Ce qui m'intrigue le plus est qu'en physique et aussi en neuroscience il semble y avoir une relation étroite entre "le temps" et le fait d'être observable, et par là, d'être perturbable. Comme "isolation" ne signifie pas nécessairement "isolation spatiale" mais "être non-perturbé", il y a donc une forte ressemblance à une procédure cérébrale perturbée (à cause d'interruptions par d'autres procédures) et un système physique perturbé car j'avais dit plus haut que dans ces deux cas "le temps" apparaît.

Déjà cela est suffisamment obscur. Seulement, d'encore plus grands problèmes se tiennent en embuscade: Mettons que le système physique qu'il s'agit d'observer est un grand ensemble frétillant de poids et de ressorts enchevêtrés. L'observateur est (essentiellement) un cerveau humain. Il y a quelques interactions faibles entre le système et l'observateur, par exemple de la lumière qui est réfléchie du système et qui entre l'oeil de l'observateur. Cette interaction perturbe le système à peine. Dans l'observateur une procédure visuelle neuronale est mise en oeuvre, et celle-ci est reliée (non-scientifiquement; on ignore comment) à la perception, par exemple d'un des ressorts qui apparait au niveau phénoménologique de la conscience. Certainement la mémoire épisodique est involvée, et on peut dire que quelque activité neuronale porte la signification "ressort", mais tout cela n'est pas une vraie explication, ne soit-ce que pour la question importante "activité neuronale a quel instant?". Car une chose est certaine: les contenus phénoménologiques (ou significations) n'avancent pas simultanément sur l'axe du temps avec les processus neuronaux qui y correspondent (mais la plupart des neuroscientifiques croient cela).

Il se ferme ici un grand cercle réflexif car (le grand but étant de décrire la relation entre processus neuronal et contenu phénoménologique) chaque neurone dans la tête, et chaque processus neuronal est connu aux humains (via neuroscience) uniquement en forme de contenus phénoménologiques car en fait toute la neuroscience, voire toute la science naturelle, est un grand ensemble de contenus phénoménologiques de la conscience. En d'autres paroles: Quand je fais une expérience en neuroscience, et j'observe l'activité-1 de quelques neurones dans un animal, cette observation produit des activités-2 neuronales dans ma tête mais je n'en connais que leur "signification", c-à-d les traces à mon niveau phénoménologique, à savoir je ressens ("je perçois") uniquement "de l'activité neuronale-1 dans cet animal", et non pas "l'activité neuronale-2 dans ma tête qui signifie cette activité neuronale-1". En encore d'autres paroles: on ne peut pas exercer de la science uniquement au niveau neuronal; c'est plutôt une affaire qui se déroule exclusivement au niveau phénoménologique.

Ce grand cercle réflexif (au début il faut connaître des entités qu'on veut expliquer plus tard), et aussi le rôle du temps abordé plus haut, sont les grands problèmes posés par le phénomème de la conscience. Il est peu probable que quelqu'un découvre bientôt des solutions qui ne peuvent pas immédiatement contestés par le savant suivant. C'est donc un problème à la mesure des viellards comme moi qui sont les seuls scientifiques qui n'ambitionnent pas une carrière, et qui pour cette raison peuvent prendre de très grands risques de succès (tout en luttant contre un grand déploiement de vocabulaire, au lieu de vraies solutions).
 

Interruption 4

In science there are a number of rules. Everything that does not obey them (e.g., linguistics) can be valuable and very respectable indeed although it is not natural science in a strict sense. Neuroscience is a natural science, except for the area of consciousness, which does not follow these rules.

Herein, I assume the position of natural science, especially neuroscience and physics, and I seek places that are in need of explanation. I cannot explain the phenomenon of “consciousness” with this method, but I do hope to discover those imperfections of science, which are associated with consciousness.

In science there are not relationships of the type “A means B” or “A represents B” or “A is a model of B.” More specifically, science consistently uses such relationships as a kind of a tool, since every written formula represents a process in nature. But science does not allow the observation of such a relationship (this is one of its rules). Not to mention that one must be able to observe both A as well as B. Although one can observe an animal, which is looking at an apple, and at the same time one can observe corresponding neural activity in the brain of this animal, yet one cannot prove through an observation that this brain activity represents the apple for this animal. This latter relationship comprises the essence of consciousness, and thus not part of science.

This situation creates a problem for science: Suppose while observing a pendulum one notices that the oscillation is slower when the suspending wire is longer, and wants to identify a quantitative law (admittedly long-established). One starts a stopwatch when the pendulum at its left maximum position, and stops it when it is at the right maximum. However, at the very last moment, one can observe it only at the right maximum position. In order to know that it was previously at the left maximum position, one must refer to memory (in the mind, or in a video recording). The weak link is (assuming analysis of the video playback) that the representation, which is observed on the video display, is viewed in the present moment, yet it signifies the position of the pendulum at a point in time, which has passed. This is a problem that science cannot solve, yet science functions, as if it were resolved.

Here is thus, a weak point of science. Neuroscientists do not understand this, even though they often speak of “memory.” Without concern, they speak of an animal, which can learn to avoid to touch a hot object. But they do not think about the fact that in this moment the animal can no longer use its nervous system in its former state of ignorance. The animal is not aware of time. It does not know that there was a past history, in which it was unable to avoid touching this hot object. It lives “always in the present moment,” which unquestionably depends on the past, but this past is no longer accessible. The “habitual” (i.e., the “procedural”) memory allows (in a most useful way) taking into account the influences of the past. But once these have been incorporated into the current situation, the past no longer has a relevant role. This is exactly what can be understood on the basis of science. By contrast, it is difficult to understand why one might need the knowledge of a past situation in a present-like format, such as found introspectively in oneself, when recalling a process from previous days. On the contrary, one would rather suspect that such reality-like representations are inherently more dangerous because of the possible risk of confusion.

The aforementioned access to the past is provided by consciousness, and I even believe, that this is the original and primary role of consciousness. The “non-real-time” exists only on the level of consciousness, i.e., “a current process in my mind signifies an event in the past.”

Now, on a matter of physics: All natural laws are “differential in time”, i.e., the next step is determined by the immediately preceding event. In other words, in nature there exists no relationship, in which a present event directly determines what happens (e.g., an hour) later, irrespective of what happens in between. Rather, what happens an hour later will be determined by the sequence of all events, millisecond for millisecond, which lie in between the two points in time.

Now, I consider the evolution of primates: It has been said (rightly) since at least 200 years, that primates have enormously expanded their “behavioral repertoire,” especially through the use of their hands and walking upright on two legs. One must first consider that a behavioral repertoire also exists when no behavior is exercised, because it is, so to speak, woven into the nervous system. One can imagine that this behavioral repertoire has increased tenfold within a few million years. The environment always makes demands on the animal to utilize behavioral patterns, which are in its repertoire. These demands presently occur also ten times more often. The tricky point is that one cannot simultaneously perform ten times as many activities at once. So it is a kind of log jam: A large, powerful brain will be confronted with the problem that there are a great deal of demands to exercise a certain behavior in its repertoire, than there are ways to simultaneously implement it into action. In other words, too many procedures may be initiated, but they all want to use the same tools out of the same toolbox.

There are good reasons to assume that the occurrence of consciousness is closely related with this situation. This is equal to an invention, which approximates the installation of traffic lights at intersections, which are only needed when the traffic in all directions is heavy. Continuing with this imagery, it would therefore be required that the execution of the “neuronal procedure” to drive “from X1 to Y1” will stop in the middle, in order to perform a different procedure, e.g.,  “drive from X2 to Y2.” Subsequently, the first procedure would be continued. This analogy does not quite suffice, because of what I have said two paragraphs previous about timing: There is not really a procedure  “to drive from X1 to Y1.” Rather, there is only one procedure, which starts at X1, and passing through a sequence of minute time increments, which are determined by the procedure, in such a way that one arrives at Y1. In each of these time steps it is only “known,” which is the immediately connecting step.

One can well imagine the situation, when “drive from X1 to Y1” is unknowingly entered into a navigation device, and after starting to drive only the information “now turn right” etc. is received, which eventually leads to one actually arriving at Y1. A scientifically comprehending brain is such a navigation device (in the case of orientation tasks). It always lives in the present moment, i.e., its excitations are only concerned with the current driving straight ahead or turning, but there is no excitation, which reproduces in an overview in non-real time “travel from X1 to Y1” including a start and finish. Once a particular “now turn right” is completed, there remains no trace of the type “I turned right,” except a possible procedural learning process, which improves this orientation performance next time. The analogy is, however, technically inaccurate as far as it goes, since the current position of a navigation device is constantly made available via satellite. Whereas in the brain, the actually interesting cases are those, in which the next step is determined from the sensory signals and actions of the previous step, which was only transitorily available.

Perhaps a scientist would conclude that the outcome is the same. Eventually, one arrives at Y1. However, a decisive point is provided following interruption. If such a sequence of tiny steps is interrupted, then the procedure is stopped because the immediately subsequent step does not occur. That outcome would be quite different if there existed natural laws, which would permit, as in the imaginary example above, directly skipping one hour. But there are not, so one has to deal with the organization of interruptions. How does one organize the start of continuation following an interruption? Which data need to be replaced, which are missing from the restart, i.e., the immediately preceding step?

I have found no clear evidence of this situation discussed in the literature. However, if one considers what is needed organizationally in order to interrupt and to be able to continue any neural procedure later, there are many details, which correspond to the appearance of “consciousness,” in particular those relating to “time.” The aforementioned image of traffic lights already suggests that a general method to interrupt procedural processes is not related to the properties of individual procedures. On the contrary, the procedures are not involved. The car, which should travel from X1 to Y1, will actually drive from X1 to Y1 as required. Only, it will arrive later than in the case without interruption. As one can see, “time” is lurking here.

When one thinks in the context of the science, one has to be clear about the fact that the brain is just a large collection of mastered procedures. There is no consciousness according to this perspective. Rather, it is an organ like any other in the body, which also utilizes procedures. When I drink a cup of coffee, my kidneys launch a procedure, which regulates everything that the body needs in connection with this influx. No one would imagine that a kidney could produce the concept of “coffee,” let alone the processing taking place in the kidneys, or even that coffee could exist in the world, even if there were no kidneys. Organs work simply under the motto “I do my work, and nothing else.” If one looks at any organ other than the brain, it becomes clear how strange it would be to interrupt a procedure. I do not know much about kidneys, but I imagine that there are certainly procedural steps, in which type 1 molecules are converted into type 2 molecules. An interruption of such a process would entail that the type 1 molecules would be stored, rather than being immediately converted into type 2 molecules. Meanwhile, the kidney would work on an entirely different problem. Later, the processing of the stored type 1 molecules would be continued. The minimum that would be required would be to develop a storage procedure for type 1 molecules (which might not be durable), and some kind of additional regulation for any additional procedures. In any case, it would consist of structural elements, which would be unnecessary if there were never interruptions.

One can see from this example, as well as in the example of traffic lights, that the management of interruptions far exceeds the aforementioned motto of organs. The technical details of traffic lights cannot be derived from knowledge of the details of car trips. Neuroscientists, however, overlook the interruptions of time. They interpret consciousness as a variant, or a modulation of neuronal procedures. That is sort of like as if one would interpret traffic lights as variants of car trips.

Often, when speaking about the abilities of the brain, a terminology is employed using entities, which only exist on the phenomenal level of consciousness. Therein are discussions of objects, or of certain movements, which are brought into connection with some neuronal processes. When one does not wish to abandon science, then one must remain in the category of “mastered procedures.” Since in science no object exists, such as an apple, without integration into a procedure. It is only when one thinks strictly in the framework of procedures, that one realizes that one leaves this framework when interruptions (and measures required to manage them) occur.

Dealing with interruptions is not just a thought experiment, because it is obvious that as their numbers increase and the longer procedures last, the more prone they become to failure and interfere with each other. It is possible to bring long-lasting procedures to completion using a method, which allows the division into smaller, temporally separate sections, in which they are not disturbed by other procedures, thus paving the way for the development of procedures of virtually unlimited duration. This simple consideration alone demonstrates that instead of “procedures are completed after passing through a chain of directly successive steps,” a new distinction exists: “The same procedure is completed, but with various delays.” In order to understand that this is the invention of “time,” one has to resort to “thinking in procedures” because no time exists therein.
 
It is useful to consider extended procedures, which have always been part of the existence of animals, namely the construction of nests or caves, which in general, cannot be built without interruptions. The particular thing about them is that the half-finished structures  remain unchanged following interruption. One need not remember how far the construction has progressed, since this can easily be assessed through the senses themselves. However, there are interesting cases for this treatise, in which the states before an interruption are volatile such that they are no longer detectable using the sense organs following an interruption. A large part of human activity is of this nature. An example with many similarities is that a doctor cannot determine by observation of a patient, which tablets he has given him the day before. Processes occurring in the acoustic sphere fall particularly into this category, including first and foremost, the human language. Every spoken syllable is only physically observable for a few milliseconds.

For all these cases it is necessary to construct a type of memory, whose contents replaces the observable traces of a procedure directly before an interruption. This is the invention of “episodic memory.” The first surprising point is that each item of episodic memory is aware, i.e., it appears in the form of a collection of items on the phenomenological level of consciousness. In contrast, procedural memory always remains unconscious. In other words, one cannot unconsciously remember an event from the previous day. Of course, such an event can also leave traces in the procedural memory, i.e., remain unconscious. For example, if one has experienced a repulsive event, an unconscious aversion may arise, from which one may not know from where it comes. Obviously, this is not similar to a recreation of the original scene.

It is also remarkable that if nesting is interrupted, one can find that the nest is unchanged after the interruption and in the same state as before the break, and subsequently the construction is usually continued. So one cannot after several interruptions, repeatedly find the nest in exactly the same, semi-finished state. In this respect, episodic memory behaves differently: One can repeatedly recall the same content, without it thereby being changed. This allows one to continue a procedure more than once from the same interruption point, whereby all of these continuances may differ in their further course due to the various possible influences, which may subsequently occur. The prevention of the execution of all of these possible variants via a late-onset inhibition of the continuance is called “reflection” (see Brain Letters 17, 31 and 42/43 (2009)). In fact, it has probably been said for centuries that consciousness enables reflection, whereas unconscious processes occur “automatically.” This has been implemented more as a kind of definition of consciousness, without understanding why there is a connection between the two states.

Another point concerning the connection of “consciousness – interruption” has to do with, how is it possible that the soft, wet and noisy brain regards the number “4” today as identical with (and not similar to) the number “4” from yesterday. One must know that the brain cannot under any circumstances reproduce a state identical to a previous state, in whatever physiological condition. If one considers neuronal activity, then one observes a general rule: “Two states are similar only to the extent that a greater similarity would bring no benefit.” Without exception, this is true for every observable behavior, and in general for any observable procedure. If one repeatedly brings the spoon with the soup to the mouth, it is not an advantage if the arm movements would be identical each and every time. The same goes for handwritten, spoken, printed and even (only if one looks closely enough) for computer-stored representations of the number “4.” In contrast, at the level of consciousness identity is constantly encountered. This pencil now lying before me will be perceived as identical with the same pencil lying there 5 minutes ago. I sit in front of my computer. Meanwhile, the entire room, complete with all its furnishings, appears to me to be identical over time. Certainly you will not find multiple identical physiological states anywhere in the brain, which would correspond to these impressions.

To understand what is happening, one is compelled to think artificially and completely unrelated to consciousness, i.e., nothing exists outside of procedures stored in neural networks. When one of these networks is activated, then a scientist can observe its physiological functioning, and understand it in the context of natural science (this can be very difficult in practice). One would observe, as indicated above, that the activity in each moment determines only that in the immediately following moment. One has to force oneself to realize that only what is happening at the exact moment of observation can be seen. Thus, one cannot observe any trace of the past or the future. Something different is observed in every moment, but this observation alone does not convey this fact, namely that there are constantly changes. In other words, I know what is happening now, but I do not know that one millisecond before something else happened. I do not even know that there was such a moment ever. (In reality there is not such “I know”). A physiological state does nothing more than production of its successor, after which it disappears without a trace.

Exactly so one has to imagine the life of an animal. It always lives in the present moment. It should, however, be borne in mind that to “produce its successor” includes learning mechanisms such that an animal may behave very intelligently.

Assume there is an interruption of one-hour duration. There is, thus, a physiological condition, including the definition of its immediate successor, but the interruption has the consequence that this cannot be produced. But if the mechanisms for the proper handling of interruptions are already in place, then their effect is as if the same physiological state is again present an hour later, and therefore, one can continue to execute the procedure.

It seems likely that the occurrence of the same state twice, separated by an hour, is the origin of the temporal identity. Of course, the second state cannot be identical to the first, because the brain is in no way capable of such reproduction. But the particular thing about these two states is that a single state has been divided in two parts (which is, of course, trivially identical with itself), and these two parts are separated by one hour. As a result of that split, the existence of “identity” or “the same” occurs on the phenomenal level of consciousness. But of course, this story is not so simple, because the successful management of interruptions of procedures also contains the idea (actually the aim of this maneuver) that nothing changes the interrupted procedure during the interruption. An auxiliary system also exists on the physiological level, whose function is to be inactive in the absence of any changes. It is a cheap system (but it does contain some other tricks) because it is not concerned with the “what .” It is similar in this respect to negation in human language: In the sentence “The apple does not fall off the table.” it remains unclear whether the apple or the table or the fall “is not.” In any case, this system leaves its trace on the phenomenal level of consciousness, because one senses two states as identical in time when this system is inactive. The origin of this is thus, “… identical during an interruption of a procedure.”

Remarkable in this case is that it only provides “identity,” i.e., “the prior state is exactly identical to the later state,” but not however, as one might utilize it in the development of mathematics, such as when a particular entity is exactly five times larger than another. Can mathematics be explained only from this identity, which actually emerges from an absence of differences?

Of course, it is troublesome to consider temporal sequences in a way which differs from the routine. One useful remedy is to have a “zip” function in mind, which can be used for compression of written texts. Each unique word encountered in the text is stored just once. Additionally, a reference list is created, which correlates the location(s) of the word to the original text. Perhaps there exists an indirectly related method in the brain (not for words, but for general situations). This example should suffice to imagine how is it possible to interpret a word, which occurs more than once, as identical based only on assessed similarities, although the microscopic inspection of the printing ink in the original document shows varying distributions.

We are a long way from understanding this situation. I am only playing the devil’s advocate, when I purport that nothing changes during an interruption of a procedure. The immediate reply is, “but, additional time has passed.” To which my reply is that the concept of “time” hereby has been invented. Based on the source, "time" is the difference between a continuous, ongoing procedure and the same procedure with an interruption. As stated above, one should resort to “thinking in procedures,” and from this point of view there is no difference in these procedures. The time difference (and especially, since this does not belong to the current procedure), which is so familiar to human beings, appears as a completely strange and novel element.

An animal, as described above, which always lives in the present moment, cannot have a concept of time. One can imagine it as a timeline, in which the animal is only aware of a single point, and it does not know that before and after there also exist such points of the same nature. It is similar to the effect induced by the Earth’s gravitational field, which has the consequence that massive objects have a weight. When one lives on the earth, one is only aware of one point along the range of the gravitational field strength, such that there is only one weight for an object with a given mass. If one is not a scientist, it is impossible to understand that “mass” and “weight” are not the same.

“Time” appears to be something that is non-procedural, and therefore, as something that cannot be understood through neurophysiological observations. It is important that “time” appears on the phenomenal level of consciousness in a manner familiar to us. There are good reasons that the concepts of “consciousness” and “time” have emerged together. One can understand, with the help of consciousnesss, that a past event is of the same nature (almost) as a present event (except that it is not unconditionally allowed as a starting point for an action). Another moment existed, to which it was a present result. These ideas are in contrast to the situation in an “animal,” in which the past only plays a role in influencing the present.

How can it be that one cannot observe time? After all, one can easily look at a clock to check the time. More exact, is that during a longer-term observation, the observer receives a series of signals from the scene. In a narrower sense, one receives in each moment only that, which exists at that exact moment in the scene. Assume that the scene is a ball rolling on a plane, and the ball is deflected from its direction of movement by a collision. An observation of the ball after the collision does not impart knowledge about the direction of movement before the collision. To learn this, the observer needs an “episodic” type of memory, in which previous observations are stored, or an electronic memory such as a video recording. When I say “one cannot observe time,” I mean that one cannot observe something at a given moment, which takes place at another moment. Only consciousness (also in the form of human language) allows such an overview on the phenomenal level, and is thus, not scientifically observable.

Language will now be considered, although I have great difficulty to integrate this into the aforementioned presentation above. On one hand, I understand linguistic events, which are expressed by me or another person, i.e., their significance exists on the phenomenal level of my consciousness. On the other hand, language is for natural science is only a highly structured series of air blasts generated via neural laryngeal signals, which can selectively affect certain auditory neurons of human brains. It does not happen that these air blasts have a significance, because in science there is nowhere relationships of the type “A signifies B.” Thus, awareness is subjective, i.e., I experience events on phenomenal levels, but I cannot observe such in others. If someone says to me, “It's warm outside.”, it is not simply a blast of air for me, but rather I understand this phrase. It has a meaning for me. Yet, I have no possibility to prove that for the other person it has such a (or any) significance, outside of the well-oiled neural machinery, which has generated these air blasts. It does not help to investigate the behavior of the person with respect to the “it’s warm outside,” because this may indeed come about via neural processes without the participation of consciousness. — Anyway, I find myself at odds with nearly all the scientists, who are of the opinion that phenomenal contents can be conveyed between persons via human language, thus proving that persons, other than myself, also possess consciousness. It is common to refer to the general biological similarity of humans in this perspective (“what is true for me, must in principle, be true for others”). The fallacy of this idea is that it is based a scientific point of view, and in this there is no consciousness. What is lacking is the following: Normally, a phenomenal event, e.g., a perceived apple, is accompanied in my brain by a subjective experience that I perceive it. But what is lacking is a similarly phenomenal event, but accompanied by the experience that the other person perceives it. Mind that I mean a direct and solid experience, and not an intellectual explanation, as given here. — In short, I have no idea how one deals with language. My understanding does not go beyond “phenomenological event in myself, neural/physical processes in the other person, and between us.” The much simpler idea of other scientists is more convenient, but not sustainable.

My story is thus, a partial insight into the nature of consciousness. An interrupted procedure requires special measures for continuance at a later point if the state immediately prior to the interruption is not maintained during the intervening period. This volatility prevents simple, subsequent continuance via the senses. So one has to replace the missing sensory signals using content from a new type of memory, namely the episodic memory, wherein this retrieval is termed “recall.” And in fact, one can remember for a time everything that is consciously experienced and vice versa. Of course, this has long been known, but the connection was not established.

It is obvious that dealing with interruptions of procedures is not mastered immediately upon the birth of a human child. On one hand, it is of course understandable that a child possesses no episodic memory in the first years of life (of course, one can only notice in later years the lack of the child's recollection of events from his early years). On the other hand, this makes sense if one believes in the continuance of phylogenetic development through to the development of the individual that consciousness is a late development of humankind.

I present here, with good reason, the idea that consciousness is exclusively related to those neuronal excitation processes, which have been created for bridging interruptions. I referred already above to “reflection.” Furthermore, the role of interruptions of procedures is supported by the fact that it always produces two points in time, namely, a beginning and an end. In fact, a distinction is made between “close to input” (perceptions) and more “close to output” (conclusions, decisions, free will) in the phenomenal events. The input appears as follows: “first the apple must be present (objective fact), then I can perceive it (subjective fact). The output is: “I first decide/conclude (subjective fact), then my muscles perform the desired action (objective fact).” Symmetry appears here, such that interruptions do not exist just anywhere in this procedure, but lie between the “input to I” and the “output from I,” and I seems somehow related to the sum of all other procedures, which caused the interruption. Possibly the opposite is true, namely that those memory contents, which successfully allow the bridging of an interruption, turn out to be sensory, and thus define what “input” means.

Here is a note on the often debated question whether free will can be truly free: Even if one is surprised by this assumption, without understanding nothing else, then one has to be so surprised at the reverse, namely the perception. If the free will is free, because it has no predecessor (on the phenomenal level of consciousness such a thing is certainly possible), then one must also wonder about the fact that the perception has no successor. I perceive an apple, and basta. The concept “apple” exists, such that it is independent of anything that might follow. It seems more like a photographic snapshot. The lack of a predecessor/successor accurately reflects the situation before/after an interruption of a procedure.

When one is confronted with a forthcoming interruption of a procedure, and recognizes this, then a suitable “episodic” memory is produced. But there is no guarantee that the opportunity for continuation will arise later. It is not even guaranteed, when one realizes that the interruption is imminent, and that this may actually happen in the next moment. These are cases in which an episodic memory is produced, even when no interruption takes place. This process is called “attention.” If one looks at a scene attentively, then it becomes part of consciousness and it can be remembered.

One can suspect that the phylogenetically novel process of “managing interruptions/episodic memory” entails possible errors and hitherto unknown difficulties: (1) It is dangerous to replace signals coming directly from the outside world by those obtained from a memory, and thus within one's own brain. If one confuses the latter with the real sensory signals (due to an error in neural commands unknown up to now) and incorporates them into behavioral control, one is schizophrenic. (2) Another error is best visualized in the aforementioned example of traffic lights. If one is unable (due to another error in unknown neural commands) to flip the “green light” switch so that different procedures come into play, and can pass sectionwise, but instead the green light constantly allows traffic to flow “in only one direction”, then one is autistic: one procedure (or perhaps a group of procedures) runs much better than with normally functioning traffic lights, but all other procedures are forever blocked. (3) More or less the contrary to the latter case is a situation completely without traffic lights, in which there are a crowding of procedures, perturbations and unfinished procedures. The mainfestation would be a weakness of control of interruptions of procedures and of attention. Note that points (2) and (3) are more akin to each other while point (1) is more remote.

The concept of time makes the greatest difficulties. Since I am a physicist, I have a little insight into a perhaps similar problem. In physics, “no time exists” in a system (i.e., an array of interacting physical entities), if it is perfectly isolated. However, because of this isolation, such a system is unobservable, and nothing about it can be can be verified. However, one can make a description of a model universe on the basis of classical physics. “Universe” here does not necessarily have anything to do with extended space, but rather it encompasses absolutely everything that exists. The system is thus isolated, and therefore there is no external observer. If one considers the internal interaction of gravity, it turns out that this model universe can be completely described without the need for the variable of “time”. On the contrary, one can subsequently derive a concept of time out of such a model. It appears as a combination of other variables, and therefore as something excessive, redundant and of secondary importance (in contrast to the variables of space).

In contrast, when the system comes into contact with another one (mostly the environment), then the situation is more complicated, and I'm not sure if I understand it correctly. (In this matter I am currently in a discussion with a physicist, who has written an article on this subject, but unfortunately he does not want to hear anything about the brain.) In this case of non-isolated systems, the system can be described by variables used to describe the local environment of the two systems. But this alone seems very strange and incomprehensible to me. Moreover, when the contact between the system and its environment is weak, such that the environment only slightly disturbs the system (this is the desired situation for every observation), then the collection of external variables, as viewed from the interior perspective of the system, appears as a single coordinate, and this behaves just like the ordinary time. One might therefore regard “time” as being caused by the contact with the environment, and it is thereby linked to the fact that the system is not isolated, easily disturbed and is thus observable.

It is particularly interesting that the abovementioned physicist's story is concerned with an idea about the emergence of time. In the present text the emergence of the entire phenomenal level, together with "time" is presented. The relationship behind an episodic recall, namely "A present neuronal excitation signifies the same excitation at another time" is indeed simpler than e.g. "A neuronal excitation signifies a house". This suggests that "time" is a kind of primeval quale.

As a scientist one has also to take care of the subjectivity of consciousness. Therefore I present these physical considerations. I know consciousness only through my inner perspective, and no one else can observe it. In this respect, it resembles a completely isolated physical system. I am intrigued by the fact that there seems to be in both physics and neuroscience a close relationship between “time” and observability, and thus a link to "perturbation". “Isolation” is not necessarily to be regarded as spatial, but rather as “undisturbed from the outside,” i.e., free from any kind of interaction with unrelated entities. Because of this a non-isolated physical system is similar to a neural procedure disturbed by an interruption, and in both cases “time” appears through interference from the outside.

Already this is sufficiently obscure. Other major problems exist, but are still hidden. Suppose that the observed physical system is a large network of wriggling blocks, which are connected by steel springs. The observer is (essentially) a human brain. There are weak interactions between the system and observer e.g., in the form of light, which is reflected by the system and enters the eye of the observer. This interaction interferes with the system very little. A neural procedure is set in motion within the observer, and this is linked to the perception (how is unknown; non-scientific), e.g., of one of the springs, which appears on the phenomenal level of consciousness. Certainly, episodic memory is involved, and one can say that some part of the neuronal activity signifies “spring.” But all of this is not an explanation, and be it only because of the important question “neuronal activity at which moment ?” One thing is certain: The phenomenal events of consciousness (or “significances”) do not occur in synchrony with their corresponding neuronal excitations on a timeline (although most neuroscientists believe this to be the case). Short-term excitations can definitely be associated with very long-lasting perceptions (see Brain Letter 45/46, 2010, and below).

The ultimate goal is to understand the relationship between neural processes and phenomenal events. Here, one encounters a large loop in the form of a reintegration, i.e., at the beginning one must already know entities, which one wants to explain at the end. I can try to describe this loop in that every neuron and every neural process in the field of neurosciences is known to humans only in the form of phenomenal content. The entirety of neuroscience, indeed the whole of science in general, is based on accumulations of phenomenal events. In other words, if I perform a neuroscience experiment and I observe the neural activity-1 in some neurons of an animal, then this observation produces neural activitiy-2 in my head, of which only I the know the “significances,” i.e., the traces on my phenomenal level. The sensation in my consciousness (“perception”) is thus exclusively “neural activity-1 in this animal” and not “the neuronal activity-2 in my head, whose significance is ‘the neuronal activity-1 in this animal’.” In other words, one cannot operate science on a neural level, rather this can occur solely on the phenomenal level.

This loop of reintegration along with the aforementioned question of time are the major problems of consciousness. It is unlikely that anyone will immediately find solutions, which will not be readily wiped off the table from Johnny-come-lately scholars. So this is rather a problem for the retirees among scientists (as I am one), who can afford to undertake extremely high risks because they are not interested in making a career out of it.

  Nr  1 2015

Unterbrechung 3     Interruption 3 (summary)

Die Leistungen eines Organs versteht man am besten aus einer "prozeduralen" Perspektive, die eigentlich die normale naturwissenschaftliche Beschreibung der Struktur und der laufenden Prozesse des Systems ist. Im Fall des Gehirns kommen dabei also keine Begriffe wie zB. "Wahrnehmung eines Apfels" vor, sondern nur die (völlig bedeutungslosen) neuronalen Prozesse, die die Erkennung und Verarbeitung des gesehenen Apfels, mitsamt eventuellen Lernvorgängen und motorischen Reaktionen umfassen. "Sprache" ist nur eine völlig bedeutungslose, mehrstufig-komplizierte Art und Weise, wie (motorische Kehlkopf-)Neurone auf andere (auditive) Neurone einwirken können, letztlich nur EINE von vielen Arten neuronaler Wechselwirkung.

Beim Organ "Niere" sieht man viel deutlicher als beim Gehirn, wie merkwürdig es wäre, wenn plötzlich die mit einer getrunkenen Tasse Kaffee zusammenhängende Verarbeitung unterbrochen werden sollte, um einen ganz anderen Prozess abzuwickeln und danach die Verarbeitung des Kaffees wieder fortzusetzen. Ob denn eine solche Unterbrechung vom Körper toleriert werden könnte, soll hier nicht betrachtet werden. Vielmehr, da die Aktivität der Nierenzellen in jedem Moment aus derjenigen im vorigen Moment (einschließlich Außeneinwirkungen) hervorgeht, muss genauer betrachtet werden, wie dieses Voranwälzen der Aktivität nun so aufgeschnitten werden kann, dass es später wieder fortgesetzt werden kann. In einem vielleicht besser zu betrachtenden verallgemeinerten Organ könnte beispielsweise eine Substanz allmählich erwärmt werden: wenn man diesen Vorgang unterbricht, müßte man eine (sonst nicht eintretende) Abkühlung durch eine kleine Extraheizung, oder eine sehr gute Isolation verhindern. Wohlgemerkt wären dieses aber für
den normalen kontinuierlich ablaufenden Vorgang unnötige Sonderkonstruktionen. Einfacher, und seit Urzeiten betrieben, ist der Nest- oder Höhlenbau von Tieren, der oft unterbrochen werden muss, wobei aber die halbfertige Behausung über die Pause hinweg ohne Hilfsmittel erhalten bleibt.

Die meisten Organe sind so aufgebaut, dass ihre Zellen nur mit den nächsten Nachbarn in Wechselwirkung treten können, oder aber, per Diffusion, in relativ ungezielter (bestenfalls anisotroper) Weise mit sehr vielen weiteren Nachbarn. Hingegen ist eine Besonderheit des Gehirns, dass dessen Neurone mit sehr vielen weit voneinander entfernt liegenden, durch Lernvorgänge ausgewählten Neuronen in gezielte Wechselwirkung treten können, nicht aber unbedingt mit den nächsten Nachbarn. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, dass ein herausgegriffenes Neuron an sehr vielen verschiedenen Prozeduren beteiligt sein kann, wobei aber jeweils unterschiedliche Verknüpfungen aktiv sind. Derartige Möglichkeiten haben andere Organe nicht.

Wenn ein Lebewesen zum Hirnspezialisten wird, und Forscher erkannt haben, dass die Reichhaltigkeit von dessen Verhaltensrepertoire im Laufe der Evolution zugenommen hat, dann heißt das zwar, dass dieses Lebewesen ein besonders umfangreiches Spektrum von Prozeduren (d.h. Verhaltensmöglichkeiten) eingespeichert hat, aber es kann deshalb nicht in einem Moment  eine vergrößerte Anzahl von gleichzeitigen Verhaltensäußerungen zeigen. Vielmehr wird mit der Menge (und vielleicht auch der Aktivierungsdauer) die Wahrscheinlichkeit immer größer, dass die Prozeduren sich gegenseitig stören. Das ist die Krux auf dem Weg zum Hirnspezialisten. Man braucht eine Regelung wie die Verkehrsampeln im städtischen Straßenverkehr: Es kann nicht mehr genügen, dass man von A nach B fahren/eine bestimmte Prozedur abwickeln muss, sondern man muss eine Vielzahl von weiteren evtl. ebenso dringenden, ebenfalls beherrschten Prozeduren berücksichtigen.

Abhilfe schafft ein extra zu entwickelndes Unterbrechungs-Management, dessen Besonderheit ist, dass es, so gut es geht, die Leistungen der Prozeduren unverändert lässt, so dass dieses Verfahren, aus der "prozeduralen" Perspektive gesehen, eigentlich nichts leistet. Es geht dabei darum, dass Teilleistungen, die nach einer halbdurchlaufenen Prozedur erbracht worden sind, die aber flüchtig sind, so dass sie nur im Fall der unmittelbaren Fortsetzung ihre normale Folgewirkung haben, dennoch irgendwie eine Unterbrechung überstehen, und so die Prozedur später zu Ende gebracht werden kann. Auf diese Weise ließen sich insbesondere längerdauernde Prozeduren betreiben, deren Chance, völlig ohne Unterbrechung erfolgreich zu Ende zu kommen, andernfalls mit zunehmender Dauer immer geringer würde.

Es gibt schon zwei einschlägige Hirnbriefe: 11/12.2011 "Unterbrechung" und 15/16.2011 "Unterbrechung 2".

Man findet nicht leicht gute Beispiele für derartige Situationen, weil das Wissen über das eigene (menschliche) Verhalten derart vom bereits fertig vorliegenden Bewusstsein dominiert ist, dass man eine passende Situation, in der das Bewusstsein keine Rolle spielt, nicht so ohne weiteres findet. Ein Beispiel wäre ein Wesen, das ein sehr gutes auditives Ortungsvermögen hat, und das im Dunkeln eine Kokosnuss herunterfallen hört, während es aber gerade die Jungen stillt, also nicht sofort, während die neuronalen Plumpssignale noch aktiv sind, die motorische Steuerung anwerfen kann, um die Nuss zu holen. Später sind die auditiven Signale abgeflaut, so dass die Nuss nicht mehr gezielt gefunden werden kann. Ein echtes Unterbrechungsmanagement wäre, wenn das Tier einen auditiven "sinnes-ähnlichen" Speicher hätte, aus dem es auch später noch die Ortungssignale entnehmen könnte. Ohne diesen müsste es sich halt beeilen. In einem anderen Beispiel gehe ich davon aus, dass man imstande ist, unter der Dusche seinen Körper in einer stereotypen Abfolge zu waschen, während man vollständig "anderen Gedanken nachhängt", d.h. überhaupt nicht an diesen Waschvorgang denkt. Wenn man dann inmitten dieser Prozedur ein unabweisbares Telefonat annimmt, dann weiß man danach nicht, bis wohin man mit dem Waschen gekommen war: die Spuren des Geleisteten sind flüchtig; man kann sie sensorisch nicht wiederfinden. Die halbe Leistung der Prozedur wäre also verloren; man könnte aufgeben, raten oder von vorn beginnen. Die Abhilfe auch hier ist, dass man eine "sinnes-ähnliche" Abspeicherung der momentanen Waschsituation vornimmt, kurz bevor man das Telefonat annimmt, und danach mit dem Abruf aus diesem Speicher die Prozedur fortsetzt.

Hier vertrete ich die Ansicht, dass das Bewusstsein entstanden ist in einem Lebewesen, das ein so großes Verhaltensrepertoire entwickelt hat, dass ein Unterbrechungsmanagement erforderlich wurde für diejenigen Fälle, bei denen die sensorischen Voraussetzungen für eine Fortsetzung nach einer Unterbrechung nicht erhalten bleiben. Zwar werden damit die Haupt-Merkwürdigkeiten des Bewusstseins, nämlich die Tatsache des intro"spektiven" Aufscheinens (zB die "Wahrnehmung" eines Apfels), mitsamt der Entstehung eines phänomenalen Niveaus, auf dem den neuronalen (und vielleicht auch noch anderen) Prozessen "Bedeutungen" zugewiesen werden, sowie die Subjektivität, nicht erklärt, aber wie eingangs gesagt hat man auszugehen von einer prozeduralen (und damit naturwissenschaftlichen) Perspektive. Von dieser Warte aus ist zumindest im Prinzip der Sinn und Zweck einer jeden Prozedur (durch Betrachtungen von Lernvorgängen und Darwinismus) erkennbar, wenn auch "Sinn und Zweck" keine naturwissenwschaftlichen Kategorien sind. Aber damit ist zumindest erkennbar, dass der Zweck einer Prozedur durch eine Unterbrechung und spätere Fortsetzung nicht verändert wird. (Mehrere zeitlich voneinander abhängende Prozeduren sollen hier vorerst nicht betrachtet werden.) Ein geeignetes Verfahren bereitgestellt zu haben, ist ein wesentlicher Schritt zum Menschen, der damit tage- oder sogar jahrelange Prozeduren in vielen kleinen Stufen abwickeln kann, und es erst damit sinnvoll wurde, derartige Prozeduren überhaupt zu entwickeln.

Im Gegensatz zur erneuten sensorischen Erfassung des unverändert erscheinenden halbfertigen Nests nach einer Baupause müssen die benötigten sensorischen Signale, von welcher Art auch immer diese sein mögen, neuronal abgespeichert werden, wenn sie nicht genügend lange erhalten bleiben. Für die Fortsetzung der Prozedur müssen die Speicher wieder ausgelesen werden. Die hauptsächlichen Besonderheiten des neuen Verfahrens sind, dass (1) ein Ensemble von internen Signalen, nämlich ein Speicherinhalt, die Rolle der Außenweltreize übernimmt [gefährlich; siehe Hirnbrief 42/43;2009 über Schizophrenie], (2) der zur späteren Zeit t2 abgerufene Speicherinhalt eigentlich direkt die frühere prozedurale Situation bei der Abspeicherung zur Zeit t1 wiedergeben soll. Wenn man bedenkt, dass in der Natur sozusagen "nicht gewusst wird, was Zeit ist" (s.u.), ist dieses zeitliche Auseinanderspalten eines einzigen Zeitpunkts die eigentlich Erfindung der Zeit. (3) Dieses ist ein Vorgang, der einer jeden Prozedur völlig fremd ist, weil er ihren jeweiligen Zweck gar nicht berührt.

In der Natur existiert "Zeit" nur in Form eines infinitesimalen Zeitschritts, in dem "das Nächste" passiert (und auch das nur, wenn man schon weiß, was "Zeit" ist, und dazu wiederum braucht man bereits ein Bewusstsein). Davon zu unterscheiden ist, dass gegenwärtige Vorgänge von vergangenen abhängen, aber das wird sozusagen "in der Gegenwart nicht mehr gewusst": Ein Tier kann sehr wohl lernen, einen heißen Gegenstand nicht zu berühren, aber es kann sein Nervensystem dann nicht mehr betreiben in der Art und Weise der früheren Unkenntnis. Sozusagen "weiß es dann nicht mehr", dass es früher diese Kenntnis nicht hatte. Ebenso ist es in der Physik: An einer Kugel, die auf einer Ebene rollt, und nun durch einen Stoß ihre Richtung ändert, kann man nicht mehr beobachten, in welcher Richtung sie zuvor gerollt war.

Davon zu unterscheiden sind die Möglichkeiten, die die Wissenschaft "Physik" bietet: Man kann zwar die experimentelle Gesamtsituation, vor allem den Stoßmechanismus, jetzt genau analysieren, und den gesamten Vorgang damit auch für die Vergangenheit rekonstruieren. Aber in diesen Rechnungen kommen Integrale in zeitlicher Rückwärtsrichtung über größere Zeitspannen vor, die die Natur nicht ausführen kann. Das Wesentliche ist hier, dass die Wissenschaft "Physik" mit "Bedeutungen" arbeitet: Die genannten, jetzt ausgeführten Rechnungen bedeuten einen Vorgang zu einer vergangenen Zeit, ebenso wie die Inhalte von etwa verwendeten Speichern etwas Vergangenes bedeuten. Diese Bedeutungszuweisungen sind jedoch naturwissenschaftlich nicht beobachtbar (sie besagen eigentlich nur, dass wir Menschen einen Vorgang oder eine Situation in der "bedeuteten" Weise auffassen). Hinzu kommt, dass Einwirkungen auf vergangene Vorgänge grundsätzlich nicht möglich sind, die rekonstruierte Szene somit in mehrfacher Weise unecht bleibt.

Es gibt einige konkreter fassbare Punkte über die drei oben schon genannten hinaus: (4) eine derartige sensorik-ähnliche Abspeicherung (oft auch "episodisch" genannt) wird immer bewusst (das ist es, was "Wahrnehmung" genannt wird), ebenso wie auch der Wiederabruf. Dies steht im Gegensatz zum stets unbewussten Betrieb prozeduraler Speicher (welches der Normaltyp des Gedächtnisses im Gehirn, und in Analogie auch die Funktionsgrundlage jedes anderen Organs ist). Dieser Punkt ist der Hauptgrund für meine Vermutung, dass das Bewusstsein irgendwie mit Unterbrechungen von Prozeduren, und mit dem Zeitbegriff, zusammenhängt.

(5) Eine jede Unterbrechung erzeugt immer zwei Zeitpunkte. Hat man den ersten erreicht, dann ist keineswegs sicher, dass man den zweiten überhaupt jemals erreicht. Oder die (vorausgesetzte) Reichhaltigkeit an vorhandenen Prozeduren ermöglicht, dass eine andere als die abgebrochene Prozedur weitergeführt oder neu gestartet wird.

(6) Deshalb kann man sogar, nach dem Muster des obigen Duschbeispiels, eine Abspeicherung einer momentanen Situation vornehmen, ohne dass danach tatsächlich eine Unterbrechung einer Prozedur stattfindet. Mehr oder weniger dieses ist inzwischen wohl der Normalbetrieb des Bewusstseins.

(7) Im Gegensatz zum halbfertigen Nest, an dem nach einer Unterbrechung ja weitergebaut wird (und es sich damit verändert), bleibt der Inhalt einer sensorik-ähnlichen Abspeicherung auch dann erhalten, wenn er mehrfach abgerufen wird. Man kann mehrfach am selben Ausgangspunkt starten und ggf. Unterschiedliches anschließen. Wenn man (mit Kriterien und Verfahren, die von den Affen übernommen wurden; siehe Hirnbriefe 17 und 31 und 42/43;2009) verhindert, dass dabei Motorik entsteht, ist das die Grundlage für das "Nachdenken". Es ist zwar schon oft gesagt worden, dass das Bewusstsein das Nachdenken ermögliche, hingegen unbewusste Vorgänge stereotyp oder automatisch abliefen, aber diese Aussagen waren bisher immer nur ad-hoc-Feststellungen, die eher zur Definition des Bewusstseins dienten.

(8) Wenn man sich zu eine prozeduralen Perspektive zwingt, statt der üblichen, aus dem Bewusstsein stammenden Weltsicht, dann wird deutlich, dass die Bewusstseinsinhalte einige Merkwürdigkeiten aufweisen. Nämlich ist ihr Charakter sozusagen von der Art "es ist jetzt so, wie es jetzt ist, und basta". Man nimmt einfach einen Apfel wahr. Danach kommt nichts weiter zum Apfel, oder es kommt die nächste Wahrnehmung. Dies steht im Gegensatz zur neuronalen Aktivität, die stets prozedural orientiert und dynamisch ist, und die immer damit befasst ist, in welche Prozedur der Apfel gerade eingebunden ist, wie zB. "einen Apfel pflücken", oder einfach nur diesen sehen, aber keine der denkbaren Prozeduren loslaufen zu lassen. Das liegt daran, dass die Prozeduren im Gehirn in Form von ziemlich dauerhafter Konnektivität auch dann existieren, wenn sie gar nicht von neuronalen Erregungen durchlaufen werden. In keiner Prozedur gibt es einen ausdrücklichen "Apfel als solchen", unabhängig davon, was mit ihm geschieht. Diese Merkwürdigkeit passt genau zu der Tatsache, dass Wahrnehmungsinhalte aus den zeitlich punktuellen ("prozesslosen") Abspeicherungen stammen. Deshalb fehlen den Wahrnehmungen die phänomenalen Nachfolger, obwohl die neuronalen Erregungen immer weiterlaufen. Damit sind sie das zeitlich Inverse zum Freien Willen (der für Fortsetzungsstarts nach Unterbrechungen eine Rolle spielt), bei dem die phänomenalen Vorläufer fehlen, obwohl neuronale Vorgänger aktiv sind. In diesem Sinne sind Wahrnehmungen und Freier Wille gleichermaßen unverständlich (im Gegensatz zur Üblichkeit, sich nur über den naturwissenschaftlichen Status des Freien Willens zu wundern).

(9) Auf dem phänomenalen Niveau des Bewusstseins erscheinen in großer Zahl Strukturen, die über längere Zeit identisch erscheinen, wohingegen neuronale Prozesse bestenfalls eine gewisse Ähnlichkeit, und dies auch nur über begrenzte Zeit, aufrechterhalten können. Während eines Vortrags nimmt man die ganze Zeit die Hörsaalausstattung als identisch wahr. Das Konzept des "Objekts" oder "Partikels" beruht ganz allgemein auf dessen zeitlicher Identität; der Pendelklotz erscheint identisch, während man eine längere Beobachtung zum Zweck der Ermittlung des Pendelgesetzes macht. Es gibt keine physikalische Messung, in der überhaupt keine Bedeutungszuweisung vorkommt, die diese Identität nachweist: Misst man zweimal nacheinander mit großer Präzision die Masse des Pendelklotzes, muss man die Ergebnisse einer der Messungen abspeichern, und dann annehmen, dass die spätere Speicherauslesung ein vergangenes Ergebnis bedeutet (das ist noch nicht alles; eigentlich kann man ohne Bewusstsein überhaupt keine Wissenschaft betreiben). Mein Ziel ist, die Identität gedanklich zurückzuführen auf die tatsächliche Identität eines punktuellen Ereignisses mit sich selbst im Fall einer ununterbrochenen Prozedur. Diese Identität wird dann übernommen für den Fall, dass eine Unterbrechung genau im Moment dieses Ereignisses stattfindet, wodurch dieses eine Ereignis sozusagen zweimal entsteht, mit einer größeren Zeitspanne dazwischen.

(10) Das liefe dann darauf hinaus, dass ein Vorgang zur Zeit t1 einen Vorgang zur Zeit t2 bedeutet, den es im Moment t1 noch gar nicht gibt, aber ein Manöver wurde gestartet, das "etwas" mit dieser Bedeutung beinhaltet, oder dieses hervorbringt. Ich glaube, dass eine Beziehung von dieser Art die Urform der Bedeutungszuweisung im Bewusstsein ist. Sie ähnelt dem zip-Datenkompressionsverfahren für einen kontinuierlich laufenden Text: jedes Wort gibt es nur einmal, aber es gibt noch eine Liste, in der steht, wo überall dieses Wort hingehört. Immerhin ist eine derartige rein zeitliche BezieAbwesenheithung ja viel einfacher als "diese neuronale Erregungsverteilung bedeutet ein wahrgenommenes Haus". Während letztere Beziehung unidirektional ist (denn ein Haus bedeutet nicht einen Erregungsvorgang), könnte die rein zeitliche Beziehung bidirektional sein, wenn auch nicht in beiden Richtungen in genau äquivalenter Weise: Sobald t2 erreicht ist, könnte der Vorgang zu diesem Zeitpunkt denjenigen zu t1 bedeuten, der zwar nicht mehr existiert, aber der (wissenschaftlich gesehen) wohldefiniert ist. Das würde aber weitere Mechanismen erfordern, die den wirklich zugehörigen vergangenen Zeitpunkt festlegen, oder sogar erstmal feststellen, ob es einen solchen Moment überhaupt gibt, d.h. dass es sich tatsächlich um eine Fortsetzung einer unterbrochenen Prozedur handelt.

(11) Wenn ein Vorgang zur Zeit t1 einen Vorgang zur Zeit t2 bedeutet (der noch gar nicht existiert), dann kann für t2 nicht nur ein einzelner Zeitpunkt, sondern eine Vielzahl von ihnen, oder gar eine kontinuierliche Abfolge gemeint sein. Auf dem neuronalen Niveau (oder was auch immer dafür zuständig ist) würde man nach Mechanismen zu suchen haben, die diese Bedeutungszuweisungen steuern. Im Fall des eingangs gegebenen Beispiels mit der Dusche wäre das die Beendigung des Telefonats, und der Beschluss (="Freier Wille") nun den Waschvorgang fortzusetzen.

(12) Von besonderem Interesse ist der Fall des Auftauchens eines minutenlang anhaltenden visuellen Reizes, zusammen mit dem o.g. Punkt 6 (Abspeicherung, aber gar keine Unterbrechung). Auf dem neuronalen Niveau kommt es nur an auf die ersten, ca. einige hundert Millisekunden dauernden Erregungen nach dem Beginn des Reizes. Die Struktur dieses kurzen Erregungsabschnitts ist von differentieller Art: aus ihm lässt sich ablesen "Wechsel von dunkelgrau nach rot", aber auch "der Reiz wird nicht ausgeschaltet", im Gegensatz zum Fall eines sogleich wieder ausgeschalteten Reizes. Im weiteren Verlauf kommt es nur darauf an, dass es dann kein neuronales Signal gibt, das eine Änderung des Reizes anzeigt. Für diese Feststellung unterhält das Gehirn sogar ein neuronales Extrasystem, das auch in Fällen, wo sehr wohl periphere Erregungen (typischerweise durch Blickwendungen) vorliegen, dennoch für den Zweck der phänomenalen Identitätsfortsetzung das Signal ergeht, dass sich nichts geändert habe.

(13) Die Wahrnehmung eines langanhaltenden Reizes wird also gespeist von der anfänglichen differentiellen neuronalen Spezifizierung mitsamt einem "bleibt weiterhin an", und danach über die gesamte Dauer des Reizes von einer aufwendigen, aber unspezifischen Feststellung der Abwesenheit weiterer Änderungen. Die Wahrnehmung bleibt sozusagen von allein dauerhaft identisch, wobei die Erregungen (des ersteren spezifischen Systems) im weiteren Verlauf überhaupt nicht genutzt werden, so dass ein Bemühen um Konstanz der Erregungen entfällt. Wenn auch hier nicht direkt die Rede ist von einer Unterbrechung einer Prozedur, so geht es doch auch um die Überbrückung eine längeren Zeitspanne, in der im laufenden Vorgang "nichts passiert" (oder zumindest: nichts im Zusammenhang mit dem laufenden Prozess). Die Rolle der genannten Abwesenheitsfeststellung für eine tatsächlich aufscheinende Wahrnehmung ist besonders merkwürdig, denn es gibt nichts Vergleichbares in einer ohne zeitliche Überbrückungen laufenden Prozedur.

(14) Das in 13 genannte System kann man hintergehen, wodurch die recht gut untersuchte "Änderungsblindheit" entsteht, die man auch mit "alles wird als unverändert identisch wahrgenommen, obwohl das physikalisch nicht zutrifft" beschreiben kann. Es gibt hierzu einen analogen räumlichen Fall [siehe Hirnbrief Nr. 49/50 (2010) "Nichts-System räumlich"]; wenn man diesen Fall zur Kenntnis genommen hat, wäre es eher verwunderlich, wenn der zeitliche Fall nicht genau analog ablaufen würde.

Diese Sachverhalte verhindern die von vielen Gelehrten gehegte Idee, dass phänomenale Gehalte des Bewusstseins stets von mehr oder weniger gleichzeitig laufenden neuronalen Prozessen, die für den Inhalt verantwortlich sind, begleitet werden müssten. Es sei angeblich unmöglich, zu einem bestimmten Zeitpunkt etwas wahrzunehmen, ohne dass inhaltlich zugehörige neuronale Prozesse (ungefähr) im selben Moment laufen. von dieser Annahme wird in zahlreichen Studien (mit bildgebenden Verfahren) ausgegangen, bei denen es arrangiert wird, dass der gleiche physikalische Reiz einmal bewusst wahrgenommen wird, und ein anderes Mal nicht. Es wird also vom naturwissenschaftlichen auf das phänomenale Niveau geschlossen, obwohl derartige Schlüsse kein Teil der Naturwissenschaft sind, und ohne vernünftigen Grund wird dabei die phänomenale Natur der Zeit übergangen. Freilich ist man hier gefangen in der wohlbekannten gedanklichen Rückbezüglichkeit, die sich darin manifestiert, dass die gesamte Naturwissenschaft mitsamt ihrem Zeitbegriff (den man braucht, um gewöhnliche Neurophysiologie zu betreiben) auf dem phänomenalen Niveau des Bewusstseins angesiedelt ist.

Hier wird mit gutem Grund die Ansicht vertreten, dass länger anhaltende konstante Reize im späteren Verlauf neuronal überhaupt nicht "signalisiert" werden, sondern dass die fortgesetzte identische (als "unaufmerksam" bezeichnete) Wahrnehmung zustandekommt durch die besondere phänomenale Natur der Zeit. Dass diese Überlegung viel größere Schwierigkeiten bereitet als die obige, von anderen Gelehrten vertretene, ist kein Grund für deren Zurückweisung. Vielmehr wird man sich physikalische Theorien anzuschauen haben, bei denen die Ansicht dominiert, dass es in vollständig abgeschlossenen Systemen (die demzufolge unbeobachtbar sind) keine Zeit gibt, und diese erst hereinkommt, sobald man einen Kontakt zu einem weiteren System herstellt. In einer vorerst oberflächlichen Weise erscheint diese Aussage so, als ob das Bewusstsein eine Art Beobachtungsfunktion hätte (ähnlich dem berühmten, als unsinnig kritisierten inneren Wahrnehmungs-"Homunkulus"), und dass die Abwesenheit dieser Funktion, (d.h. ein rein prozedural arbeitendes Gehirn ohne ein Unterbrechungs-Management) mit sich bringt, dass es keine Zeit gibt. Auch hängt die vollständige Abgeschlossenheit eines Systems gedanklich zusammen mit der Idee, dass überhaupt nur dieses eine System existiert, so dass hier ein Zugang zur Subjektivität des Bewusstseins gegeben sein könnte. Diese möglichen Zusammenhänge wirklich handfest zu machen, könnte noch einige hundert Jahre dauern, wenn die Gelehrten weiterhin so naiv sind.

Summary
An animal that increases the number, the complexity and the durations of mastered procedures ("behavioural repertoire") will encounter the difficulty that longer-lasting procedures become prone to interruptions by other urgent procedures. The solution is an interruption management which allows to store the prerequisites for a later continuation (this is important for the cases of non-persistent sensory signals, e.g. auditory ones). This store ("episodic memory") differs from the "normal" procedural memory. Once this works properly, the path is free for arbitrarily long and complex procedures (e.g. mathematics) evolving in a quasi explosive way.

One has to bear in mind that neuronal processes are influenced by past events, but once that influence has been effective, past states are no longer accessible. An animal may learn to recede from a hot object but then it can no longer use its neuronal network in the previous non-learned way. Thus, there is no neuronal "yesterday". Memory operations, when they are executed, are present events. Science does not allow attributions of significance, such as "the past". Thus, there is no time, and a procedure remains a procedure irrespective of whether it is interrupted or not. When one forces oneself to this "procedural view", an interruption appears as an entirely foreign element within a procedure.

This "foreign nature" is related to (but does not explain) consciousness: (1) the interruption intervals give rise phenomenally to (non-real-)time. (2) The items appearing in "perception" receive their strange "non-process" nature ("it is now as it is now", contrasting to the "process nature" of neuronal events) from the instant nature of the start and end points of an interruption. (3) Episodic storage and recall are always conscious. (4) Episodic memory can be recalled repeatedly without alteration (in contrast to most genuine sensory stimuli), allowing "reflection" and "speech". (5) Errors may be introduced when a true sensory signal is replaced by an intracerebral signal recalled from memory -> schizophrenia. (6) Once the begin of an interruption is reached, later one can continue with a different procedure, or not continue at all. (7) The situations directly before and directly after the interruption period inherit the phenomenal quality of "identity" from the non-interrupted case (whereas no two distributions of neuronal excitations can be identical).

   Nr  2 2014

Spionage
Im vorliegenden Text erlaube ich mir, von einer stammesgeschichtlichen Naiv-Entwicklung auszugehen, von der Art "Heuschrecke-Fisch-Frosch-Ratte-Affe-Mensch", obwohl ich genau weiß, dass die Entwicklung so nicht verlief, allein schon, weil alle genannten Arten gegenwärtig existieren, und eine jede ihre eigene Entwicklung bis heute durchlaufen hat. Dennoch reicht meine Primitivversion  für den Zweck der folgenden Geschichte aus.

Ich bin also ein Lebewesen, vielleicht so etwas wie ein Frosch, oder wie eine Heuschrecke. Ich empfange Sinnessignale: Von der Außenhaut, oder von feinen Härchen auf ihr, nehme ich Tastsingale entgegen, und auf speziellen Sinnesflächen nehme ich Licht-, Schall- oder Geruchssignale auf. Ich nutze sie alle, um mein Verhalten zu steuern, und um Gedächtnisse aufzubauen. Kein anderes Individuum hat Zugang zu diesen Sinnessignalen: Ein bestimmter spitzer Stein drückt jetzt nur unter meinem Fuß; keine andere Fußsohle kann im selben Moment von diesem Stein gedrückt werden. Luftmoleküle können zwar ausgedehnte Luftdruckwellen ("Schallwellen") bilden, aber ein herausgegriffenes Molekül kann diese Welle jetzt entweder nur auf mein Ohr übertragen, oder auf ein anderes, nicht aber auf mehrere Ohren gleichzeitig. Dasselbe gilt für Licht: ein bestimmter Lichtstrahl, auch als Schar von Lichtpartikeln ("Photonen") vorstellbar, kann nicht ein fremdes Auge treffen, wenn er im selben Moment meine Netzhaut trifft.

So sind denn all diese Sinnessignale meine höchstprivate Angelegenheit. Niemand kennt die Signale, die in mich hineingelangen.

Die Naiv-Entwicklungsgeschichte geht nun weiter: es dauert tausende von Generationen, bis ich (der nun ein ganz anderes Tier wird) in meinem Nervensystem Konzepte erarbeiten kann, die meine Schritte, und die Bilder in meinen Augen, so miteinander verknüpfen, dass ich aus den flimmernden Lichtverteilungen, die auf meinen Netzhäuten zu kleben scheinen, höhere Konzepte bilde, wie beispielsweise, dass ein paar Dutzend Schritte entfernt ein Vogel sitzt. Der sitzt jedenfalls nicht in meinen Augen. Vielmehr scheint es so etwas zu geben wie räumliche Entfernungen. Das Bild des Vogels kann größer werden, wenn der Vogel auf mich zufliegt, aber auch, wenn ich meine Beinmuskeln ansteuere, um mich vorwärtszubewegen. Einige Zusammenhänge innerhalb des Bildes bleiben dabei erhalten; ich erkenne den Vogel weiterhin.

Auch bringe ich heraus, dass ein Geräusch, von dem ich stets meinte, dass nur ich es höre, im selben Moment das Bild des Vogels in meinem Auge verändert: er fliegt nämlich weg. Anhand vieler solcher Beispiele, über viele Generationen hinweg entwickle ich das Konzept, dass Schall über größere räumliche Entfernungen wirken kann.

Freilich ist damit nicht gesagt, wie ich "Raum" auffasse; vielleicht ist es zunächst nicht mehr als die Idee, dass der Baum zwar größer wird auf meinen Netzhäuten, während ich an meine Beine Signale schicke, die "Gehen" bewirken, ich aber doch den Baum als unverändert auffasse, und allein eine neue Qualität "Raum" sich verändert. Diese Qualität schätze ich deshalb, weil ganz unterschiedliche visuelle Sinneseindrücke sich in derselben Weise als unveränderlich verstehen lassen, so dass ich keine unterschiedlichen Reaktionen auf sie bereithalten muss.

Damit war das Konzept der sogenannten Fern-Sinne entstanden. Mit diesen ist jedoch noch längst nicht alles Wünschenswerte erreicht: Ich fasse mich trotz dieses großartigen Entwicklungsschrittes weiterhin als ein Unikum auf: Ich erkenne zwar andere Tiere meiner Art als solche, um mich nämlich der Vermehrung hingeben zu können, aber ich habe kein Konzept, dem ich entnehme, dass ich selbst ebenfalls ein Tier derselben Art bin. Wenn ich also eine Ratte bin, muss ich andere Ratten als zu meiner Art gehörig erkennen, und darf sie nicht mit Eichhörnchen verwechseln. Aber dass ich selbst ebenfalls eine Ratte bin, muss ich dazu nicht wissen, und es wäre ein gewaltiger Entwicklungsschritt erforderlich, um dies herauszubringen. Der Unterschied zwischen mir und einer anderen Ratte ist einfach zu groß: ich trage mein eigenes Gehirn mit mir herum, das mich ständig unterhält mit einem gewaltigen Gebrodel von ein- und aus- und hin- und herlaufenden Signalen. Ein bißchen davon dringt aus mir hinaus in Form meines Verhaltens. Hingegen von meinen Artgenossen erhalte ich lediglich Sinnessignale von deren Verhalten, und selbst das nur teilweise.

Man muss deswegen nicht gleich übertreiben und mich schon als außerordentlich intelligent auffassen. Denn auch wenn ich mit meiner Entwicklung schon so weit bin, dass ich so etwas bin wie eine Katze, dann ist es für mich immer noch ein Riesenunterschied, ob ich eine Maus im Maul habe, oder ob ich diese Situation bei einer Artgenossin sehe. Man braucht sich nur vor Augen zu führen, welche Muskelbewegungen und Sinne in diesen zwei Fällen beteiligt sind und was letztere genau melden. Da besteht halt ein riesiger Unterschied, so groß, dass ich von der Idee, ein Unikum zu sein, nicht wegkomme.

Dann aber werde ich gemäß der Naiv-Entwicklungsgeschichte zum Affen. Ich war der erste, die die Idee vom Unikum überwunden hat, zumindest teilweise. Die neue Idee war: was ich sehe oder höre, kann (unter geeigneten Bedingungen) ein Artgenosse ebenfalls sehen bzw. hören, und er kann das Empfangene im Prinzip so für sein Verhalten nutzen wie ich es auch kann. Kurz: ich bin vergleichbar mit einem Artgenossen. Das ist eigentlich eine andere Geschichte, nämlich die der Spiegelneurone (Hirnbriefe 17 und 31 und 42/43;2009).

Der Schritt zum Affen war aber auch das Ende der Privatheit. Was der Artgenosse hört, kann auch ich hören, wenn ich nicht zu weit weg bin. Oder vielmehr: ich kann die Tatsache nutzen, dass er hört, was auch ich höre, denn meine eigenen Verhaltensmöglichkeiten lassen mich erahnen, wie er sich daraufhin vielleicht verhalten wird.

Ich brauche ihn nur anzuschauen, dann weiß ich, wohin er schaut, und was er dort sieht. Ich kann ihn sogar unbemerkt anschauen, wobei mir auffällt, dass er viel öfter meine Frau anschaut als er es in meiner Gegenwart tut. Dem von ihm erhofften Umgang mit meiner Frau kann ich so zuvorkommen, indem ich es auf einige Ruppigkeiten ankommen lasse.

Es ist nicht leicht, etwas gegen derlei Spioniererei zu tun. Unbeobachtet zu bleiben, obwohl man selbst sieht und hört, ist schwierig, und lässt sich nicht dauerhaft realisieren. Es ist ja gar nicht wünschenswert, dass all das, was alle sehen und hören, nämlich das gesamte Weltbild, wieder zurückgeworfen wird in die urzeitliche Situation unterschiedlicher Sinneseindrücke ohne jede interindividuelle Vergleichbarkeit.

So ist denn das heimliche Beobachten und Spionieren ein Nebenprodukt der Entstehung eines gemeinsamen, von allen anerkannten Weltbilds. Letzteres äußert sich zunächst in einer Vergleichbarkeit meines Verhaltens mit dem meiner Artgenossen: wenn ich um eine Ecke gehe, dann ist es in gewisser Weise dasselbe, wie wenn der Artgenosse um diese Ecke biegt. Das ist dann nicht mehr weit bis zu dem Konzept "es gibt eine Ecke. Sie kann von einem jeden von uns in vergleichbarer Weise in ein Verhalten eingebunden werden. Aber es gibt diese Ecke auch ganz ohne einen jeden Affen".

Viele Millionen Jahre haben die Affen sich dann herumgeschlagen mit Sprache, Ackerbau, Feuer, Militär, Technik, Computern, und sind dabei zu Menschen geworden. Jene "Ecke" konnten sie mit Gurgellauten in eine Luftdruckwelle umsetzen, aber ohne die Überwindung der Unikum-Hürde hätte da nie eine menschliche Sprache entstehen können. Für deren Entstehung war "Kommunikation" nicht das Hauptproblem; schließlich kann ja mehr oder weniger jedes Tier Schreie aussenden, die seine Artgenossen erkennen.

Wie man sieht, ist das gemeinsame Weltbild zwar eine Voraussetzung für das Spionieren, aber es muss eine besondere Beziehung eines Individuums (oder auch einer Gruppe) zu diesem Weltbild hinzukommen, die eher von der urzeitlichen privaten Natur ist. Das Spionieren teilt sich auf in zwei Zweige: Zum einen beobachte ich heimlich das tatsächliche Verhalten meines Opfers, während dieses sich unbeobachtet glaubt, und zum anderen erfasse ich mit meinen Sinnen, was das Opfer gerade mit den seinigen erfasst. Das ist es, was zu Urzeiten immer privat gewesen war. Technisch ist der urzeitliche Zustand weiterhin möglich: man muss einfach in jeder Hinsicht völlig isoliert und allein sein. Das Verhalten bleibt dann unbeobachtet, und auch die Sinnessignale, die man empfängt, werden von niemandem sonst empfangen. Für den Tastsinn ist das auch heute noch durchweg gewährleistet, aber für die Fernsinne Sehen und Hören ist der Glaube, dass man isoliert sei, noch lange keine Garantie dafür, dass nicht jemand beobachtet, welche Sinnessignale man gerade aufnimmt. Ich kann heimlich durch ein Schlüsselloch schauen, ich kann an der Tür lauschen, ich kann jemanden mit dem Autoscheinwerfer blenden, so dass er nichts sieht, aber ich sehe ihn sehr gut.

Hier ist eine Anmerkung angebracht, den Tastsinn und die Zeit betreffend: Man könnte ja denken, dass zwei Leute nacheinander denselben Gegenstand betasten, und somit der eine weiß, was der andere ertastet hat. So lange die Evolution jedoch noch kein episodisches Gedächtnis hervorgebracht hat, ist es zwar denkbar, dass ich erfahre, dass jemand zuvor diesen Gegenstand betastet hat, aber wenn ich dies später ebenfalls tue, dann kann zwar mein Verhalten (oder auch nur meine neuronale Netzwerkverschaltung) von jener Erfahrung beeinflusst sein, aber genau wovon dieser Einfluss herrührt, ist nicht mehr verfügbar. Wozu sollte ich dieses Wissen auch später noch benötigen? Es kommt ja doch nur darauf an, dass ich die Spuren dieses Tastvorgangs des Kollegen in meine Netzwerkverschaltung einbringe, so dass ich mit meinem weiteren Verhalten diesen Vorgang berücksichtige, und das leistet mein prozedurales Gedächtnis. Was ich allerdings nicht kann mit diesem Verfahren, ist, dass mir zunächst dieser Tastvorgang des Kollegen gleichgültig ist, mir aber später einfällt, dass ich mein Verhalten doch nach ihm ausrichten will. Dazu brauche ich dann das episodische Gedächtnis, in das zwar auch jener Vorgang eingespeichert werden muss, aber die Entscheidung, was damit geschieht, ist im Moment der Abspeicherung noch nicht gefallen.

Das Spionieren gilt zwar als unerwünscht, so lange damit keine noch schlimmeren unerwünschten Situationen bekämpft werden, aber diese Verhaltensweise ist dem Menschen wohlvertraut. Wollte man sie grundsätzlich ausschalten, müsste man zur urzeitlichen Privatheit aller Sinnessignale zurückkehren. Dazu müsste das menschliche Gehirn rückgebaut werden, denn im gegenwärtigen Zustand kann es die Auffassung von einem für jedermann sichtbaren Vogel in 5 Metern Entfernung nicht unterdrücken zu Gunsten einer entsprechenden Lichtverteilung, die ausschließlich auf meiner Augennetzhaut klebt.

Vor diesem Hintergrund bietet das Internet nicht viel Neues. Da wird sozusagen den alten Fern-Sinnen, die man ja ohnehin am Computerterminal einsetzt, der technische Sinn "www" übergestülpt, der ebenso wie das Hören und das Sehen einen gleichzeitigen Zugang vieler Personen zu großen Datenfluten ermöglicht. Diese fasst man als "dieselben" auf, obwohl auch da die tatsächlich physikalisch in mein Nervensystem einlaufenden Signale überall verschieden sind. Und es sind unter jenen Personen immer mal welche, die man nicht kennt, und von denen man nicht weiß, dass sie ebenfalls "meine" Daten empfangen. Es ist die Gleichzeitigkeit des vermuteten "selben", die automatisch die Möglichkeit der Spionage mit sich bringt: das, was ich empfange, kann auch jemand anderes empfangen, und wenn es ihm zugleich gelingt, von mir unbemerkt zu ermitteln, wer ich bin, dann ist es Spionage. Man kann verallgemeinerte Blickwendungen ("Google") durchführen, wenn auch eine eigenständige internettypische Motorik über Bewegungen von Lautsprechermembranen hinaus vorerst nicht existiert.

Das Sehen und Hören lässt sich noch einigermaßen von unerwünschten Massenkontrollen frei halten. Darauf ist der Mensch seit Jahrtausenden eingestellt. Zwar kann es einer Bestrafung kommen, wenn alle angetretenen Soldaten in einer Parade den Blick nach rechts auf den ersten Parteisekretär zu richten haben, einer von ihnen diese Blickwendung jedoch verweigert. Und man wird angehende Mönche wohl nicht prüfen, indem man sie antreten läßt, eine nackte Frau vorbeiführt, und jeden zurückweist, der sie anschaut. Jedenfalls ist normalerweise bei der Spionage das Hauptproblem, den Fall der Spionage überhaupt zu vermuten. Wenn nötig, kann dann ein Absuchen der Umgebung zumeist Klarheit schaffen. Das Sehen und das Hören ist ein völlig selbstorganisiertes System, das nur von Naturgesetzen und von schwer veränderlichen Organisationsstrukturen in Gehirnen abhängt, und das keine heimliche Beobachtung "wer sieht/hört was in welchem Moment" für große Anzahlen von Individuen erlaubt. Das Internet ist jedoch anders beschaffen, es ermöglicht die Spioniererei als großenteils unerwünschten Massenbetrieb. Dem steht jedoch ein neuartiger Zugang zum Wissen sehr vieler Menschen gegenüber, so dass das alte Gleichgewicht zwischen Vorteil und Nachteil gewahrt bleibt. Unter diesen Umständen kann man jedoch nicht erhoffen, die Vorteile des Internets ohne dessen Nachteile genießen zu können. Vielmehr muss man die Abwehr- und Vermeidungssstrategien anpassen; man muss zufrieden sein, wenn man erreicht, dass die Situation so bleibt wie gewohnt. Immerhin muss das Internetwesen zugeben, dass es an entscheidender Stelle doch nur den feinen Eigenarten des Gehirns vertraut, indem man empfiehlt, Passwörter nicht aufzuschreiben, sondern nur im Gehirn zu verstecken.

Freilich, wenn man sich mal vorstellt, dass die Entwicklung zum Affen in einem einzigen Tag, und auch nur in einem ersten Teil dieser Tiere vonstatten ging, dann hatten diese natürlich zunächst einen Riesenvorteil gegenüber den noch nicht so weit entwickelten Exemplaren. Letztere konnten natürlich die neue Situation nicht ahnen, und mussten sich somit hemmungslos ausspionieren lassen. So ähnlich scheint es wohl gegenwärtig im Internet zuzugehen, aber vermutlich nicht mehr lange, dann wird sich die altgewohnte evolutionsgstützte Situation doch wieder durchsetzen: Einige spionieren, aber alle kennen diese Möglichkeit, und verhalten sich entsprechend.

   Nr  1 2014

Nicht wissen was "Zeit" ist (2)

Ich habe den Verdacht, dass es "der Sicht der Natur" eher angemessen ist, (wenn man mal nur klassische Physik betrachtet) ausschließlich die Hamiltonfunktion als einzige Weltbeschreibung anzuerkennen (siehe Hirnbrief 2/2012: Bau- und Funktionsplan). Wenn man mal ein Zappelsystem aus Federn und Massen betrachtet (es könnten da genausogut Gravitationskräfte vorkommen), dann stehen da nur Federsteifigkeiten, Ortsabhängigkeiten von Kräften, und Impulse drin, wobei keine Rede davon ist, dass man Impulse als Masse x Geschwindigkeiten aufzufassen hat. Es kommt aber keine Zeitabhängigkeit vor. Diese entsteht nur, wenn eine (zeitabhängige) Einwirkung von außerhalb des Systems hinzukommt. Völlig getrennt davon, auch für abgeschlossene Systeme, gibt es in der Hamiltontheorie die sogenannten Bewegungsgleichungen, die besagen, dass die Ableitungen der Hamiltonfunktion nach den (zahlreichen) Ortskoordinaten und Impulsen gleich der zeitlichen Änderung* der Impulse und Orte sei. Salopp gesprochen habe ich den Verdacht, dass die Natur von diesen Bewegungsgleichungen nichts weiß. Vielmehr glaube ich, dass ich als Beobachter eines solchen Systems (in der klassischen Physik ist die störungsfreie Beobachtung ja möglich) die Welt in zwanghafter Weise gar nicht anders auffassen kann als dass sie sich längs der Zeit entwickelt. Dass ich überhaupt etwas "auffasse", passiert auf dem phänomenalen Niveau meines Bewusstseins. Im vorliegenden Text soll die Rede davon sein, was auf dem neuronalen Niveau passiert. So lange ich nur die Hamiltonfunktion allein habe, gibt es diese Sorge um Anfangsbedingungen nicht. Diese werden erst verlangt, wenn man das Integral über (*) berechnet.

Im Alltag zerfällt die Beschreibung der Natur in einen Naturgesetz-Anteil, und einen Teil, der letztendlich herrührt von der Tatsache, dass man versucht hat, andere ebenfalls wirksame Naturgesetze wegzulassen, deren Gesamtheit dafür verantwortlich ist, dass genau diese und nicht irgendwelche anderen Anfangsbedingungen wirksam sind, d.h., dass man eben doch kein wirklich abgeschlossenes System betrachtet. So schreibt man zwar dem fallenden Apfel die Wirkung des Gravitationsgesetzes zu, aber den Moment, zu dem er zu fallen beginnt, verknüpft man pauschal mit "Anfangsbedingungen", die für den Beginn der Fallbewegung gelten, nicht aber mit dem ebenfalls von Naturgesetzen bestimmten Vertrocknen des Apfelstiels.

Betrachtet man mal eine einfache Welt, die nur aus einem ansonsten völlig isolierten System aus 2 Massen und einer Feder zwischen ihnen besteht, dann kann man die Bewegung dieses Systems auch so beschreiben, dass ein Anblick des Systems davon abhängt, wann man schaut, und dass man nur den Zustand zu einem Moment sehen kann. Davon steht nichts in der Hamiltonfunktion. Eigentlich sieht man ja auch keinen Grund, wieso die Natur irgendwelche Unterteilungen der Welt in einzelne, quasi- (aber doch nicht perfekt) voneinander isolierten Systemen vornehmen sollte. Vielmehr gelten immer alle Naturgesetze überall, mitsamt allen in der Welt vorhandenen Gehirnen: Eine Riesen-Hamiltonfunktion, mit der alles gesagt ist. Unter diesem Blickwinkel ist nicht ersichtlich, warum diese Geschichte in eine zeitliche Abfolge umgerechnet werden sollte.

Schon zu Beginn meines Physikstudiums hatte ich mich gefragt, wenn ich ein physikalisches Problem (z.B. ein Pendel, Gravitationsfeldstärke, Pendellänge) zu bearbeiten hatte, das zunächst umzusetzen war in eine Differentialgleichung, wieso man das Ergebnis einer üblicherweise dann verlangten Umrechnung in Zeitabhängigkeiten als "Lösung" bezeichnet. Warum ist das denn eine Lösung, wenn doch alles schon in der Differentialgleichung enthalten ist? Das sieht ja so aus wie wenn man nur dann etwas als Lösung auffasst, wenn man die Möglichkeit hat, direkt einzubringen, wann man hinzuschauen gedenkt.

Die Sache mit den Anfangsbedingungen ist insofern interessant für das Bewusstsein, als diese Bedingungen in der (klassischen) Physik ja im Prinzip ermöglichen, den naturgesetzlich erfassten Ablauf eines Prozesses zu unterbrechen, und später wieder in Form einer exakten Fortsetzung zu starten. Gerade diese Bedingungen sind es, die man vor dem Stopp ermitteln muss, und die man dann beim Wiederstart wieder vorgeben muss. Bemerkenswert ist dabei, dass die Hamiltonfunktion davon unberührt bleibt. Ich bin der Ansicht, dass diese Situation ein Erbe der Evolutionsgeschichte des Gehirns ist, insbesondere des Aspekts der Unterbrechung von Prozeduren, die ein wesentlicher Faktor bei der Entstehung des Bewusstseins ist. Im Hirnbrief 3/2013 "Kind 2" habe ich dies ausgeführt.

Letztlich glaube ich, dass die Hauptrolle der irgendwie aus der eigentlichen Naturwissenschaft herausfallenden Anfangsbedingungen nicht etwa (wie wir es in der Physik gelernt haben) die eindeutige zeitliche Festlegung eines ganz bestimmten physikalischen Ablaufs ist, sondern es entstand überhaupt erst einmal der Zeitbegriff, mit dessen Hilfe man einen naturgesetzlichen Vorgang (wie es Galilei mit seinen Fallversuchen machen musste) gedanklich immer wieder unterbrechen kann, und man den Ablauf in einer ganz anderen Weise kennenlernen kann als ein "normales", rein prozedural arbeitendes Gehirn es kann. Galilei musste ja das Gesamtbild des Fallvorgangs zusammensetzen aus einer Vielzahl von Einzelbeobachtungen, die den Charakter von "Momentaufnahmen" hatten. Die zahlreichen erforderlichen Einzelbeobachtungen konnte sein Gehirn nicht in Echtzeit während eines einzigen durchgehenden Fallvorgangs verarbeiten. Wenn man zunächst nichts weiß über die Physik des freien Falls, dann muss man ja auch feststellen, dass ein Start mit Geschwindigkeit Null, bis zu einer Stelle, wo eine Geschwindigkeit von 1 m/s erreicht ist, und ein getrennter Start mit der Anfangsgeschwindigkeit von 1 m/s, und Fallen bis zum Erreichen von 4 m/s, zwei Fallstrecken ergibt, die zusammengezählt genau so groß sind wie diejenige, die beim ununterbrochenen Fall von Null auf 4 m/s durchlaufen wird. Und noch so einiges mehr. Nicht all dies hat Galilei wirklich durchgeführt. Auch eine komplette Wiederholung eines bestimmten Ablaufs gehört schon in eine sehr weit gefasste Kategorie von Unterbrechungen, denn um eine Wiederholung herbeizuführen, hat man ja nur die Möglichkeit, erneut die gleichen Startbedingungen herzustellen.

Wie es ist, ohne einen Zeitbegriff zurechtzukommen, habe ich teilweise schon im Hirnbrief 3/2012: "Nicht wissen, was 'Zeit' ist (1)" erläutert. Diese Ausführungen sollen hier erweitert werden. Das gedachte Versuchstier ist eine Amsel, die darauf dressiert wurde, Pendel unterschiedlicher Länge anzuschauen und zu beachten. Ein solches Pendel wird zunächst in einer seitlichen Auslenkungsstellung festgehalten, und die Amsel kann dessen Länge sehen. Dann wird es losgelassen, wobei es nun sofort hinter einem Schirm verschwindet, so dass die Amsel die weitere Bewegung nicht sehen kann. In dem Schirm ist in der Mitte ein Loch, durch das die Amsel einen Wurm erwischen kann, der am Pendelgewicht hängt. Die Dressur besteht darin, dass die Amsel aus der gesehenen Pendellänge, und aus dem Startmoment, zu erschließen lernt, wann das Pendel an dem Loch vorbeikommt. Heutige Fanatiker, dAbhängigkeitals ein ebensolches Pickenie den Menschen von seinem angeblichen hohen Intelligenzpodest herunterholen wollen, würden natürlich behaupten, dass die Amsel das Pendelgesetz (d.h. die Abhängigkeit der Schwingungsdauer von der Pendellänge) gelernt hat, wenn ihnen denn eine solche Dressur gelänge.

Vielleicht übersteigt das Erlernen eines derartigen Zusammenhangs tatsächlich die Lernfähigkeit einer Amsel. Es soll ja auch nur ein Gedankenexperiment sein. Hinzu kommt, dass der Versuch noch komplizierter gemacht werden muss, damit die nachfolgende Überlegung angestellt werden kann: Längs der Bahn des Pendelgewichts sollen zwei Löcher im Schirm sein, und die Amsel soll bei ein und demselben Pendeldurchgang nacheinander je einen Wurm vom Pendelgewicht wegpicken (die Würmer und auch die Löcher könnten sich in leicht unterschiedlicher Höhe befinden, so dass man durch ein Loch immer nur den einen Wurm sehen kann). Nicht nur für die Amsel, sondern auch für den Leser ist es am einfachsten, wenn man sich (unterschiedliche) Pendellängen von mehreren Dutzenden von Metern vorstellt, so dass sich die Pendel langsam bewegen.

Ein Lerninhalt wird im Gehirn in synaptischen Übertragungseffizienzen gespeichert. Diese können ohne irgendwelche durch die Synapsen laufenden Erregungen nichts bewirken (das gilt für jede Art von länger haltbarem neuronalen Gedächtnis, und analog auch für Computer). Die Amsel kann den gespeicherten Inhalt nur abrufen, d.h. in eine motorische Aktion "picken im richtigen Moment" umsetzen, wenn sie zunächst eine geeignete Pendelsituation sensorisch erfasst, denn die sensorischen Erregungen liefern die Eingangssignale für ein durch das Lernen gebildetes neuronales Ensemble, welches wie ein Filter arbeitet, indem es nur die richtigen Signale durchläßt und zugleich umformt in das zeitlich richtige Picken.

Die Anordnung ist jedoch derart, dass die Amsel keine Möglichkeit hat, die Pendelbewegung als ein Ganzes aufzufassen: Wenn sie korrekt durch Loch 2 pickt, dann "weiß" sie in diesem Moment nicht, dass sie zuvor durch Loch 1 gepickt hat. Dieses zu "wissen" wird für die Dressurleistung nicht gebraucht. Es ist verwirrend, den entscheidenden Punkt sprachlich genau zu verdeutlichen, aber es ist wichtig, ihn sich genau klarzumachen: Die Motoriksteuerung für das Picken durch Loch 2 kann zwar durchaus davon abhängen, ob da ein Loch 1 war, und ob durch dieses ebenfalls gepickt wurde. Der Schwung beim Picken könnte davon leicht beeinflusst sein, odre auch der Antrieb, überhaupt erneut zu picken. Aber es ist eben nur eine Abhängigkeit, die das Picken durch Loch 2 vielleicht beeinflusst, aber es ist aus dieser Abhängigkeit nicht ersichtlich, dass "in einer gewissen Weise" das Picken durch alle diese Löcher etwas Gemeinsames hat. Anders ausgedrückt: Wenn die Amsel durch Loch 2 pickt, ist "Picken durch Loch 1" als ein ebensolches Picken neuronal nicht mehr existent, sondern nur noch dessen eventueller Einfluss auf "Picken durch Loch 2". Eine gleichberechtigte neuronale Darstellung von "Picken 1" und "Picken 2" existiert nicht.

Ein Naturwissenschaftler, der in das Gehirn der Amsel hineinschaut, und alle Erregungsprozesse mit Außenweltvorgängen perfekt korrelieren kann, würde natürlich diese beiden Vorgänge identifizieren, aber eben nacheinander. Dann ist aber "Picken 1" neuronal schon verloschen, wenn "Picken 2" stattfindet. Das ist eben gerade die allgemeine Situation eines "normalen" Gehirns: es gibt nur die Gegenwart, nämlich diejenige, in denen die Erregungen tatsächlich laufen. Somit gibt es eigentlich gar kein Zeitkonzept, d.h. die Idee ist inexistent, dass es vergangene Momente gibt, die ihrer Natur nach ebenso etwas sind wie der gegenwärtige Moment, bis auf die Tatsache, dass allerlei Variable andere Werte hatten. Es gibt (zT. raffinierte) Abhängigkeiten von der Vergangenheit (und damit kann man sehr viel anfangen), aber es gibt keine Möglichkeit, einen vergangenen Vorgang so wiederzubeleben, dass er wie ein gegenwärtiger erscheint (ganz abgesehen davon, dass das gefährlich wäre). Das muss man aber können, wenn man verstehen will, dass ein Pendel nacheinander eine Abfolge von Orten durchläuft, wobei diese Orte qualitativ alle gleichberechtigt sind (keiner ist "gegenwärtig"), und sie sich nur durch die Quantität "Ortskoordinate" unterscheiden.

Die Eigenarten dieses Typs von neuronalem Gedächtnis (in der Wissenschaft "prozedurales Gedächtnis" genannt; für mich ist es das "normale" Gedächtnis) sind für einen Menschen am Beispiel der Prozedur "Fahrradfahren" erkennbar: Wenn man es beherrscht, dann erkennt das zugehörige neuronale Ensemble die relevanten Sinnessignale aus den Gleichgewichtsorganen, dem Sehen, dem Tastsinn vom Sattel und den Pedalen, und rechnet diese um in ein motorischen Signal, das eine kleine Lenkerdrehung bewirkt. In ein derartiges System kann man weder erinnerte statt der tatsächlichen Sinnessignale schicken, noch kann man das System dazu bringen, sich so zu verhalten, wie es war, als das Radfahren noch nicht beherrscht wurde. Anders ausgedrückt: das System ist nicht imstande, etwas Vergangenes (Abgespeichertes) zu bearbeiten, und schon gar nicht, sich dabei so zu verhalten, als ob es etwas Gegenwärtiges wäre. Die Vergangenheit hat ihre Auswirkung nur in Form von (eventuell lernabhängigen) Abänderungen des neuronalen Netzwerks. Wie das Netzwerk früher einmal beschaffen war, wird sozusagen überschrieben und ist nicht mehr bekannt.

Wie ich in "Kind 2" ausgeführt habe, wird ein immer leistungsfähigeres Gehirn zunehmend komplexe und auch längerdauernde Prozeduren einsetzen, bei denen zwangsläufig zu erwarten ist, dass sie immer häufiger durch Unterbrechungen behindert werden, es sich aber lohnt, sie nicht zu verwerfen, sondern fortzusetzen. Zunächst gilt es, die Begrenzung zu überwinden, dass die für die Fortsetzung notwendigen Daten in der Außenwelt über die Unterbrechungsdauer hinweg unverändert erhalten bleiben müssen, wie es ja beim ständig unterbrochenen Nest- oder Höhlenbau schon längst funktioniert. Hingegen gehen beispielsweise Ortsangaben, die auf der Grundlage von Schall-Ortung ermittelt wurden, verloren, sobald der Schall verklungen ist. Für diese und zahlreiche ähnlich strukturierte Fälle entstand schließlich die gefährliche neuronale episodische Abspeicherung, die (scheinbar) sensorische Daten erneut liefern kann, obwohl sie "in echt" gar nicht mehr vorhanden sind.

Die meisten Menschen glauben, dass diese Wiederbelebung vergangener sensorischer (oder auch sonstiger umgerechneter) Daten das normale Gedächtnis sei. Man nennt es "sich erinnern", und bemerkenswerterweise ist es immer begleitet von einem Aufscheinen eines erinnerten Inhalts im Bewusstsein. Sicher ist, dass es irgendetwas zu tun hat mit dem Bewusstsein, ganz im Gegensatz zum prozeduralen Gedächtnis, das ohne Bewusstsein funktioniert.

Dass ein neuronaler Abruf eines episodischen Speichers etwas mit "Zeit" oder mit "Vergangenheit" zu tun hat, ist rein neuronal nicht ersichtlich, denn es ist ein gegenwärtiger neuronaler Prozess. Auch die Abspeicherung war ein früherer gegenwärtiger Vorgang: ein jeder existierte nur in dem Moment, zu dem die benötigten Erregungen liefen. Man muss sich hier dazu zwingen, zunächst nicht zu wissen, was "Zeit" überhaupt ist: Es gibt in jedem Moment irgendwelche neuronalen Vorgänge, aber dass es kurz zuvor ebenfalls welche gab, wird neuronal nicht dargestellt. Es wird auch nicht dargestellt, dass die gegenwärtig laufenden Erregungen von irgendwelchen verflossenen beeinflusst worden sind. Man hat ja keinen Vergleich, wie es wäre, wenn diese Einflüsse andere gewesen wären. Sie sind halt in jedem Moment, wie sie sind, und so geht es immer weiter. Mehr kann ein Nervensystem nicht bieten.

Man soll aber auch nicht denken, dass ein Nervensystem nicht umgehen könne mit Zeitspannen, etwa dass man nach 2 Stunden Futtersuche zu den Kindern zurückkehren muss, weil diese Hunger haben. Ein Nervensystem kann sehr wohl dafür sorgen, dass mit zunehmender verflossener Zeit die Erregbarkeit eines neuronalen Ensembles angehoben wird, so dass immer weniger oder immer schwächere zusätzliche Eingangssignale benötigt werden, um schließlich die Steuerung für die Rückkehr anzuwerfen. Nur, wenn es in einem Moment eine starke Prädisposition für die Rückkehr gibt, dann ist dem Nervensystem nicht zu entnehmen, dass zuvor der neuronale "Drang" zur Rückkehr schwächer war. Es liegt im richtigen Moment der Rückkehrdrang von der richtigen Stärke vor, und das ist es, und nicht mehr, was vom Nervensystem verlangt wird.

Der Zeitbegriff (der immer ein Nicht-Echtzeit-Begriff ist) entsteht auf dem phänomenalen Niveau des Bewusstseins. Der Zusammenhang mit dem neuronalen Geschehen ist ebenso unverständlich wie für alle anderen phänomenalen Gehalte auch. Sicherlich spielt die besondere Prozesssteuerung bei einer neuronalen episodischen Abspeicherung, und auch beim Abruf, eine Rolle. Auf jeden Fall ist der Zeitbegriff ein zentrales Element des phänomenalen Niveaus: ein Bewusstsein ohne einen Zeitbegriff kann man sich nur schwer vorstellen, obwohl vielleicht gerade dieser Zustand die Affen charakterisiert (siehe Hirnbriefe 17, 31, 42/43, alle 2009).

Man sieht allerdings bei dieser Geschichte nicht ohne weiteres den Zusammenhang zur Subjektivität aller phänomenalen Gehalte, die ja ebenfalls ein wesentliches Merkmal des Bewusstseins ist. Subjektivität hat etwas zu tun mit Isolation: wenn es nur ein völlig isoliertes Gehirn gibt und sonst nichts, dann ist "Subjektivität" eine inhaltsleere Feststellung. Wie eingangs schon angesprochen, und weiter im o.g. Hirnbrief 2;2012, ist es bemerkenswert, dass es zumindest in der Quantenmechanik in einem isolierten System keine Zeit gibt, sondern nur Aufenthalts- und Übergangswahrscheinlichkeiten (die aber auch irgendwie gemogelt sind, weil die Isolation verletzt wird, sobald Photonen o.ä. aus dem System rausfliegen). Die Physiker sagen, dass die Zeit hereinkommt, sobald ein Kontakt eines eigentlich isolierten Systems zu einem externen System zustandekommt, und darüber habe ich ja im letztgenannten Hirnbrief bereits sinniert.

Allerdings ist ja die Physik (zumindest die klassische) ein zugespitzter und verschärfter Ausfluss von Alltagserfahrungen. Um den Zusammenhang zwischen Zeitbegriff und Subjektivität besser zu verstehen, möchte man deshalb eigentlich nicht auf die Physik zurückgreifen, sondern sich lieber zuvor die einer Alltagserfahrung zugrundeliegende Sachlage genauer anschauen, und von da ausgehend den Weg zur Physik verfolgen. Für den Zeitbegriff habe ich das ansatzweise im vorliegenden Text versucht, wobei eigentlich nur herauskam, dass man rein neuronal keinen solchen Begriff bilden kann. Ansonsten geht es vorerst nicht über die früher schon angestellten (o.g.) Betrachtungen über Affen hinaus, die da besagen, dass vermutete phänomenale Gehalte in einem anderen Individuum ähnlich irreal sind wie eigene phänomenale Gehalte, die vergangene Ereignisse zum Inhalt haben. Wie man zu einer einzigen interindividuell gültigen Zeit gelangt, ist noch nicht angesprochen worden. Wiederholungen, die ja für sich genommen schon problematisch sind, scheinen da eine Rolle zu spielen, beispielsweise in Form von Schwingungen von Pendeln oder Cäsiumatomen.

Über diese Geschichte hinaus soll in weiteren Hirnbriefen versucht werden, wenigstens ein bißchen zu klären, ob das Bewusstsein trotz kausaler Unwirksamkeit einen Nutzen haben kann, was "Objektivität" ist, und was es mit dem Austausch von Luftdruckwellen ("Sprache") auf sich hat.

   Nr  3 2013

Kind 2
Im vorigen Hirnbrief 2;2013 ("Kind 1") hatte ich dargelegt, dass der Unterricht, dem ein Schüler oder Student ausgesetzt ist, sehr ähnlich strukturiert ist wie wenn ein einjähriges Kind ein Kinderbuch anschaut. Die Inhalte sind damit natürlich nicht gemeint; vielmehr kommt es darauf an, in welcher genauen Weise alltägliche Vorgänge in der Umgebung des Kindes mit dessen Gehirn in Wechselwirkung treten, und wie sich davon eine schulische Unterrichtung, und auch das Anschauen eines Kinderbuches, unterscheidet. Nun soll ein Zusammenhang hergestellt werden zu dem Geschichten in den Hirnbriefen 42/43,44 (2009), 5/6 (2010) und 11/12, 15/16 (2011) über das Bewusstsein, auch wenn dieses naturwissenschaftlich gesehen weiterhin unverständlich bleibt. Aber man ahnt, dass es etwas zu tun hat mit einem entwicklungsgeschichtlich neuartigen Umgang mit Unterbrechungen von Prozeduren.

Es geht hier also weniger darum, dass das Gehirn eines Kleinkindes die Sachverhalte seiner Umgebung (einschließlich seines Inneren), und den Umgang mit diesen, erlernen muss, sondern vielmehr um die Notwendigkeit, sich zu organisieren, denn dieses Gehirn ist noch nicht fertig, und noch nicht imstande, diese Aufgaben zu leisten. 

Prozeduren sind physiologische Vorgänge wie z.B. "Fahrradfahren" oder "Mit dem Löffel essen". Sie bilden die Grundform der Arbeitsweise aller Organe. Auch die Vorgänge in der Niere nach dem Genuss einer Tasse Kaffee bilden eine Prozedur. Sie sind allesamt im Prinzip (wenn auch nicht unbedingt in der Praxis) naturwissenschaftlich verständlich. Wenn man sich mit Prozeduren befasst, kommt kein "Bewusstsein" vor; bei der Niere käme ohnehin niemand auf diesen Gedanken. Ganz allgemein geht mit Prozeduren Hand in Hand, dass sie nichts bedeuten, und dass in Ihnen keine isolierten Begriffe wie "Fahrrad" oder "Löffel" oder "Kaffee" vorkommen. Je nach Organ können Prozeduren Anpassungen an vorangegangene Situationen zeigen, wie es im Nervensystem beim Erlernen des Radfahrens passiert ("prozedurales Gedächtnis"). Aus diesem Typ von Gedächtnis kann man jedoch später keine früheren Zustände mehr herausholen, wie etwa die anfängliche (echte, nicht gespielte) Unfähigkeit, Rad zu fahren.

Es ist hier ganz wichtig, sich zur Sichtweise "Prozedur" zu zwingen, etwa für das Beispiel, dass man nach einer Kaffeetasse greift. Man soll sich jetzt diesen Vorgang nicht so vorstellen wie: "Ich nehme die Kaffeetasse wahr mitsamt ihrem aufgemalten Dekor, und weil ich jetzt gern den Kaffee trinken möchte, was mir durchaus bewusst ist, gebe ich ein Motorkommando, so dass ich den Arm ausstrecke und die Tasse ergreife". Vielmehr ist es ein komplex gesteuerter sensomotorischer Vorgang, an dem verschiedene physiologische Signale und Erkennungsfilter in Form vergangener Erfahrungen beteiligt sind. Ein Bewusstsein kommt nicht vor; es gibt kein "Ich", das von dem ganzen Vorgang etwas "weiß", das Kommandos gibt, oder das Entscheidungen fällt. Man kennt diese Situation am ehesten, wenn man auf ein Gespräch konzentriert ist, und dabei immer mal wieder zur Kaffeetasse greift, und ein Schlückchen daraus trinkt. Man kann das ganz unbewusst tun, und weiß eigentlich auch nicht, dass (und in welchen Momenten) man getrunken hat. Es ist natürlich gemogelt, wenn man hinterher, nachdem man ganz bewusst die leere Tasse angeschaut hat, den Rückschluss zieht, dass man wohl selber diesen Kaffee ausgetrunken haben muss. Jedenfalls, wenn man die Szene von außen beobachtet, ist nicht feststellbar, ob ich den Kaffee bewusst oder unbewusst getrunken habe. Die unbewusste Variante ist hier gemeint.

Eine jede sich entwicklungsgeschichtlich neu herausbildende Funktion ist zunächst einmal eine Prozedur. Aber dass diese vielleicht ein neuartiges Unterbrechungs-Management benötigt, damit kann es nicht gleich losgehen. Deshalb ist es nicht hilfreich, von einem Fötus oder einem Neugeborenen zu behaupten, man könne ja nicht wissen, was in dessen Bewusstsein passiert; dann kann man ja auch gleich behaupten, dass man ja nicht wissen könne, welches denn die Bewusstseinsinhalte der Niere seien. "Gar nichts" ist da die letztlich weiterführende Idee.

Bei den unvermeidlichen Unterbrechungen beispielsweise der Prozedur "Nest- oder Höhlenbau" ist die (manch einem vielleicht als trivial erscheinende) Besonderheit, dass man sich nicht merken muss, wie weit man jeweils vorangekommen ist. Vielmehr erfasst man den Stand der Dinge jedesmal erneut über die Sinnesorgane. Dazu muss das Nest jedoch über die Baupausen hinweg unverändert erhalten bleiben. Prozeduren, für die das nicht zutrifft, wie etwa das Aufheben einer im Dunkeln heruntergefallenen Nuss mit Hilfe von Schall-Ortung, dürfen nicht unterbrochen werden. Andernfalls findet man die Nuss nicht mehr, weil die neuronalen Erregungen vom Plumpsschall verloschen sind, bevor sie die erste gezielte Muskelbewegung starten konnten. "Gewöhnliche" Tiere können das auch nicht. Sie müßten dafür nämlich nun, zusätzlich zum alten, überall eingesetzten "prozeduralen Gedächtnis" das gefährliche "episodisches Gedächtnis" neu einrichten. Bekanntlich kommt dieses mit dem Bewusstsein einher: Man kann sich an jedes bewusstgewordene Ereignis "episodisch" erinnern, wenn auch eventuell nur für eine begrenzte Zeit.

Steht einem dieses neue Verfahren zur Verfügung, dann kann also der Plumpsschall episodisch abgespeichert werden, so dass dieser später, wenn die Nuss aufgehoben werden soll, wieder in einer wirklichkeitsähnlichen Weise abgespielt werden kann, und damit die Aufhebeprozedur fortgesetzt werden kann. Die Gefahr lauert in der Wirklichkeitsähnlichkeit: Man darf nicht im Sommer über das erinnerte Eis auf dem Teich gehen. Kein "gewöhnliches" Tier hat sich einer derartigen Gefahr ausgesetzt. Das heißt aber noch lange nicht, dass es ein schlechtes (prozedurales) Gedächtnis in einem allgemeinen Sinne hätte. Welche entwicklungsgeschichtliche Vorarbeit in dieser Hinsicht die Affen für uns Menschen geleistet haben, steht in den Hirnbriefen 17,31 und 42/43 (alle 2009).

Eine vergangene (d.h. aus einem Speicher geholte) Plumpsschall-Erregung ist der Urtyp eines Symbols, hier also für eine tatsächliche (d.h. direkt vom Hörsinn kommende) Plumpsschall-Erregung. Die entwicklungsgeschichtlich neue Fortsetzungsmöglichkeit für Prozeduren, bei denen die relevanten Umstände in den Pausen nicht erhalten geblieben sind, stellte einen enormen, aber auch gefährlichen Fortschritt dar im Vergleich zu den Zeiten davor, als für alle Prozeduren Einschränkungen galten, andernfalls man sie erneut von vorn hätte starten müssen. Aber die Nuss tut einem wohl nicht den Gefallen, ein zweites Mal herunterzufallen.

Einige grundlegende Prozeduren funktionieren schon, wenn man auf die Welt kommt, andere müssen erlernt werden. Für die nächtlichen Nüsse, mit den ursprünglichen prozeduralen Verfahren allein, lernt man, sich zu beeilen, wenn man den entsprechenden Plumps hört. Freilich, bis man das gelernt hat, gehen erstmal einige Nüsse verloren. Nicht so beim neuen Umgang mit Unterbrechungen: Eine einzige Nuss fällt herunter, man speichert, was man für die Schall-Ortung braucht, und findet damit die Nuss auch noch ein wenig später. Das allein ist schon ein enormer Fortschritt vor allem für den Umgang mit seltenen Vorgängen.

Nun hat das letztere Verfahren eine Besonderheit, die manch einem auch wieder trivial erscheinen mag: Man kann den Speicherinhalt in unveränderter Form mehrmals abrufen. Der Hauptzweck beim nächtlichen Nüssesuchen würde das nicht unbedingt erfordern, zumal diese Situation beim Ur-Beispiel der Prozeduren-Unterbrechung, nämlich den Nest- oder Höhlenbau, gar nicht eintreten kann: Normalerweise wird ja mit jeder Fortsetzung die zugehörige Szene verändert: der Zustand des Nests am 20. Juni um 15 Uhr, als der Bau unterbrochen wurde, ist nach der Fortsetzung um 18 Uhr nicht mehr im früheren 15-Uhr-Zustand vorfindbar.

So läuft es eben in der Evolution: Ein neues Verfahren, das eine Unzulänglichkeit behebt, bringt zugleich Nebenwirkungen mit sich, die allerdings in den meisten Fällen dermaßen von Nachteil sind, dass die ganze Sache wieder aufgegeben werden muss. Aber eben nicht immer. Die Nebenwirkung im vorliegenden Fall ist, dass man nun die Daten für die Fortsetzung einer begonnenen Prozedur bereithalten kann, irgendeine Fortsetzung starten, und, egal was dabei herauskommt, vom unveränderten Startpunkt erneut starten kann. Freilich haben schon andere Gelehrte gesagt, dass das Bewusstsein erlaube, Handlungen gedanklich risikolos auszuprobieren, aber dieser Satz allein bleibt insofern unverständlich, als der Hinweis fehlt, dass die normale, naturwissenschaftlich verständliche Arbeitsweise eines jeden Organs die Prozedur ist, von der man gedanklich ausgehen muss. Andernfalls könnte man ja durchaus irgendein großes neuronales Netz gleich von vornherein so zusammenstöpseln, dass eine derartige Möglichkeit direkt dabei herauskommt, und man sich dann fragen muss, was das denn mit dem Bewusstsein, und dem Aufscheinen von phänomenalen Gehalten zu tun hat. Auch hat genau derselbe fehlende Hinweis dazu geführt, dass unglückliche Theoretiker, die über neuronale Netzwerke nachdenken und diese simulieren, oftmals von vornherein von einer Möglichkeit episodischer Speicherung ausgehen, einfach nur weil ja ein natürliches Nervennetz in der Tat rein "neurotechnisch" gesehen diese Möglichkeit bietet, und auch, weil verwandte Verfahren in Computern benutzt werden.

Man beginnt also gedanklich nur mit Prozeduren. Eine Vorstellung davon bekommt man ansatzweise, wenn man unter der Dusche viele Minuten lang die jahrelang eingeübte Prozedur des Waschens des Körpers abwickelt, und dabei "mit den Gedanken ganz woanders ist". Wenn man letztere Gedanken wegnimmt, ist es das, was ich meine. Man "weiß" überhaupt nicht, was man tut; das würde sich auch darin äußern, dass, wenn plötzlich das Telefon klingelt und man das Gespräch beginnt, man hinterher nicht weiß, bis wohin man mit dem Waschen gekommen war, es sei denn, man hat sich das schnell noch "episodisch" gemerkt. Tut man das nicht, dann ist man in derselben Situation wie ein "gewöhnliches" Tier: man muss wieder von vorn anfangen, oder aber die Sache ganz aufgeben.

Man kann die verlangte Vorstellung eigentlich gar nicht haben, denn sie beruht ja darauf, dass man ein Bewusstsein hat, auf dessen phänomenalem Niveau diese Vorstellung aufscheint. Es wäre eigentlich nur ein Abrollen von physiologisch sehr komplexen Vorgängen, die auch Lernvorgänge umfassen. Es gäbe dabei nur eine Gegenwart (und wenn es nur diese gibt, dann gibt es eigentlich gar keine Zeit), nämlich diejenige, in der die Vorgänge eben gerade laufen. Freilich hängen diese ab von der Vergangenheit, aber es gibt keinen Extravorgang, der besagt, dass das so ist. Es gibt rein physiologisch gesehen keine Vorstellung davon, dass es einen soeben verflossenen vergangenen Moment gegeben hat, zu dem einiges anders war als es jetzt ist, der aber von derselben Kategorie "Moment" war wie es der jetzige ist. Wohlgemerkt ist diese Aussage auch gültig für Gedächtnisabspeicherungen und -abrufe von jeder denkbaren Art, denn auch diese sind, in dem Moment, in dem sie vollzogen werden, gegenwärtige Prozesse. Es gibt keine Vorstellung von einer sich zeitlich erstreckenden Welt, aber es gibt ein sehr komplexes Zurechtkommen mit der Welt. Dieses Zurechtkommen ist organisiert in Form der Prozeduren.

Wie schon gesagt, muss man sich zu diesem gedanklichen Ausgangspunkt zwingen. Erst dann wird deutlich, dass es etwas Besonderes ist, wenn eine laufende Prozedur unterbrochen wird, oder vielmehr, wenn sie sich, per episodischer Abspeicherung, im Zustand einer Unterbrechung befindet. Dieser Zustand ist im Rahmen der im vorigen Absatz gegebenen Beschreibung gar nicht darstellbar; es laufen keine neuronalen Erregungen im Zusammenhang mit der Prozedur, und dennoch ist es nicht dasselbe wie wenn die Prozedur gar nicht gelaufen wäre, oder wenn sie überhaupt nicht existierte. Nur ist in einem episodischen Speicher etwas Besonderes abgelegt. (Die Situation darf nicht verwechselt werden mit Fällen, bei denen die Prozeduren selbst von vornherein eingebaute Pausen enthalten.)

Es ist diese im genannten Sinne nicht darstellbare Situation, die mit dem Bewusstsein zu tun hat. Nur aus diesem Blickwinkel kann man erfassen, dass das Bewusstsein naturwissenschaftlich unverständlich ist, dass es mit einer besonders organisierten Form des Gedächtnisses zusammenhängt, dass es keine Motorik produzieren kann, weil dazu Erregungen laufen müssen, und dass die implizite Idee "es gibt nur Gegenwart" zusammenbricht. Man darf jedoch keineswegs das Bewusstsein einfach mit der Gesamtheit aller episodischen Speicherinhalte gleichsetzen. Weiteres kann hier nicht ausgeführt werden.

Nun hat ja eine Unterbrechung sozusagen zwei zeitlich getrennte Enden. Beginnt also eine Unterbrechung, dann ist ja damit noch nicht gesagt, dass sie auch irgendwann wieder endet. Vielmehr hat sich in der Evolution sehr schnell die Möglichkeit herausgebildet, statt genau nur die begonnene Prozedur fortzusetzen, an deren Stelle eine andere zum selben Speicherinhalt passende Fortsetzung anzuschließen. Das ergibt dann schließlich das, was ein Mensch als "die Welt" auffasst, die nicht mehr durch die Handlungskonsequenzen definiert ist. Letztlich hat diese Situation dazu geführt, dass eine Vielzahl von ebenfalls unterbrochenen Prozedurstückchen in immer anderen Kombinationen aneinandergesetzt werden konnten. Das klingt phantastisch, ist aber auch gefährlich, denn es muss ja nicht nur möglich sein, sondern auch einen Sinn haben. Da erweist es sich als nützlich, dass ein von den Affen übernommenes Verfahren große Strenge bei den motorischen Ausgangssignalen verlangt, wenn diese von episodischen Speicherinhalten herrührt.

Das Gehirn ist durch diese neuen Möglichkeiten in wenigen Jahrmillionen förmlich explodiert. Die ursprünglich zumeist als Endzweck einer Prozedur erfolgende motorische Aktion wurde schnell zu einem Sonderfall; ein Schüler oder Student kann monate- oder jahrelang symbolische Prozedurstückchen aneinanderhängen, ohne den eigentlichen Zweck, nämlich eine echte Einwirkung auf die Umwelt, zunächst zu vollziehen.

Nun zurück zum kleinen Kind. Es muss über angeborene Prozeduren hinaus viele weitere erlernen. Das Verfahren, mit Unterbrechungen umzugehen, steht sicherlich nicht von Geburt an zur Verfügung, sonst könnte ein ganz kleines Kind ganz andere Dinge leisten. Es muss also eingerichtet werden, und so passiert es in jedem menschlichen Kind.

Zweierlei muss passieren: Erstens die Einrichtung von episodischen Speichern für den Umgang mit dem genannten Typ von Unterbrechungen, bei dem, wie gesagt (und wie beim Nestbau), zunächst keine mehrfache Nutzung desselben Speicherinhalts vorkommt. Zweitens, um ein richtiger Mensch zu werden, der Einsatz wiederholter Abrufe derselben Speicherinhalte in Kombination mit sprachlicher Unterweisung.

Dieser zweite Schritt kann schon vollzogen werden, wenn bei der einjährigen Enkelin Alma die episodischen Speicher noch nicht, oder noch nicht vollständig, betriebsbereit sind, indem sie Signale aus Kinderbüchern entnimmt, die den späteren Gedächtnisabrufen in ihrer Struktur sehr ähnlich sind. Alma beginnt also frühzeitig mit einem wichtigen Schritt zum Aufbau ihres Bewusstseins und ihres phänomenalen Niveaus, indem sie durch ihre Kinderbücher von vornherein Sinneserregungen auslösen lässt, deren zeitliche Abfolgen keine echten Zeitabläufe bedeuten, die nur jeweils eine, und zwar eine statische Perspektive einer Szene bieten, die sehr sparsam sind, die wiederholbar sind, die keine eigenen Aktionen erfordern, und die somit sehr stark den neuronalen episodischen Speicherabrufen bei Erwachsenen ähneln. Sie empfängt sie gepaart mit Sprachsignalen, wie sie es später in der Schule erlebt. Man muss es ihr nicht aufzwingen; an all dem hat sie Freude. "Freude" wiederum bedeutet physiologisch "versuche, die Situation erneut herbeizuführen". Dass Alma die dargebotenen Inhalte versteht, ist zunächst nicht erforderlich und in dem Alter wohl auch kaum möglich.

In einem eher "naturbelassenen" Kindheit müßte sie hingegen warten, bis sich ihre neuronalen Speicher schließlich füllen durch natürliche Sinneseindrücke, denen die meisten der genannten Charakteristika fehlen, auch wenn sie sprachlich viel Erklärendes (aber wegen der wechselhaften natürlichen Umstände viel Variableres) hört. Symbolische sparsame neuronale Darstellungen würde sie dann erst später an Hand von Abrufen dieser Speicher kennenlernen.

Natürlich ist die hier und dem vorangegangenen Hirnbrief wiedergegebene Geschichte nicht die einzige, die bei der geistigen Entwicklung eines Kindes eine Rolle spielt. Aber ich glaube nicht, dass sie gar keine Rolle spielt. Im Vergleich zu den Lernvorgängen, die im Leben eines Tieres ablaufen, ist die schulische Unterrichtung extrem naturfern, aber eben in ziemlich der gleichen Weise wie ein Kinderbuch.

Vielleicht ist es ja doch nützlich, mal zu schauen, was diejenigen Kinder, die in der Schule Schwierigkeiten haben, in ihrem ersten Lebensjahr erlebt haben.

    Nr  2 2013

Kind 1

Enkelin Alma, ein halbes Jahr alt, wird ins Bett gebracht. Die "kindgerecht" bedruckte Gardine wird zugezogen. Man sieht darauf Palmen und den Nil, und eine etwas alberne Krokodilfamilie, die Dame mit einem Hütchen auf dem Kopf und rotlackierten Krallen, der Herr mit einem Häslein auf dem Rücken. Auf dem Arm der Mutter oder Großmutter getragen, schaut Alma diese Gardine oft an und man kommentiert, was es da zu sehen gibt.

Alma liegt aber noch einen Moment zusammen mit den Eltern auf dem weichen Teppich. Es wird, wie schon mehrfach geschehen, ein Tier-Bilderbuch angeschaut, und Alma zeigt sich interessiert. Die Mutter kommentiert: "Schau, hier, ein Krokodil. Es hat spitze Zähne ....". Alma kann in diesem Alter vermutlich weder das Bild noch die Sprache wirklich verstehen.

Und nun wendet Alma von allein den Blick vom Bilderbuch auf die Gardine.

Was ist denn für Alma ein Krokodil? Ein echtes Krokodil hat sie noch nie gesehen, und sie wird es wohl alsbald nicht zu sehen bekommen. Es besteht für sie in den beiden Fällen aus einer grünlich gefärbten komplizierten Fläche in nur zwei Dimensionen. Zudem tritt dieser Eindruck gemeinsam auf mit der hier in Buchstabenform wiedergegebenen sprachlichen Luftdruckwelle "Krokodil". Und zwar wiederholt. Der Vorgang "Gardine-Zuziehen" hingegen scheint für Alma nicht "Krokodil" genannt zu werden; schließlich versteht sie ja schon den Vorgang "mit dem Finger auf etwas zeigen", und kann spätestens mit 8 Monaten selbst auf etwas zeigen.

So nähert sich Alma von mehreren Seiten dem Begriff "Krokodil" und vielen anderen an. Ein Jahr später kann sie in einem "Wimmel"-Kinderbuch auf den Dieb zeigen, wenn man sie fragt, wo dieser sei. Später sagt sie: "Kind weint" und zeigt im Bilderbuch darauf (weil diesem das Eis heruntergefallen ist). Dieses Kind, und auch das Eis, ist je ein platter bunt strukturierter bewegungsloser Fleck auf Papier.

Für Alma gibt es diesen Dieb, das Krokodil und das heruntergefallene Eis ganz ohne die jeweils zugehörige wirklich echte Szenen, die Alma allesamt noch nie erlebt hat. Die Kinderbücher erzeugen eine symbolische Welt von durchaus komplexen Zusammenhängen, die allesamt auf flachem Papier verhältnismäßig klein, völlig unbeweglich, häufig in unnatürlicher Weise von karikaturhaft verzerrten bunten Tieren dargestellt werden. Diese Dinge befinden sich stets in ungefähr der gleichen Entfernung vom Auge;  auf den Moment ihrer Darbietung kommt es nicht an, denn sie sind auch nach Wochen noch unverändert und wiederholt vorfindbar. Eigene Reaktionen sind nicht erforderlich. Die wesentliche Besonderheit ist, dass all dieses zumeist gemeinsam mit recht ähnlich wiederholter sprachlicher Kommentierung einhergeht.

Den zu alledem einigermaßen passenden Szenen und Zusammenhängen im wirklichen Leben begegnet Alma hingegen erst einige Jahre später. Diese Szenen sind bewegt, in unterschiedlicher Entfernung, nicht (oder selten) wiederholbar, und erfordern oftmals eigene Reaktionen. Sie werden nicht unbedingt sprachlich kommentiert, oder zumindest nicht in dieser gleichförmig wiederholenden Weise.

Ein Kind kann aber, unter eher "naturbelassenen" Umständen, auch ganz ohne diese Kinderbücher aufwachsen, durchaus sehr liebevoll, aber mit Sprache, die sich nur auf tatsächliche Szenen oder Empfindungen bezieht, oder aber auf Melodien beim Singen von Kinderliedern, oder auf Sprechrhythmen und Reimen in Kindersprüchen. Freilich kann da ab und zu gesagt werden, dass diese Kartoffel wie ein kleines Männchen aussieht, oder auch ein Holzstückchen, das dann wenigstens die Möglichkeit bietet, mehrfach in derselben Weise kommentiert zu werden.

In beiden Varianten des Aufwachsens kommt das Spielen des Kindes hinzu, d.h. das Erkennen der Einflüsse auf die Welt durch die eigene Motorik. Auch dieses kann zwar sprachlich kommentiert werden, wohl aber kaum im Alter von ½ Jahr, und schon gar nicht streng wiederholbar, denn das Spielverhalten ist veränderlich und wird Fortschritte machen. Hingegen im selben Bilderbuch, Wochen später erneut angeschaut, haben die dargestellten Szenen keine Fortschritte gemacht.

Unter noch anderen Umständen könnten dem Kind häufig Fernseh- oder Videodarbietungen gezeigt werden, die in mancher, vor allem zeitlicher Hinsicht den Vorgängen in der echten Welt schon mehr ähneln. Allerdings ist in diesem Fall die gehörte Sprache nicht eine, die den gesehenen Vorgang schon im Alter von ½ Jahr wiederholt kommentiert, sondern es ist die zur Handlung gehörige Sprache aus dem Lautsprecher, zusammen mit anderen Lauten. Mit all dem kann ein sechs Monate altes Kind vermutlich noch wenig anfangen. Auch hängt ein Kind ab von der Autorität der Eltern, was die Bedeutsamkeit des Gesprochenen betrifft. Es gelangen ja viele Geräusche, auch anderweitig Gesprochenes, an sein Ohr. Diesen Anspruch kann ein Lautsprecher sicherlich nicht erheben.

Betrachtet man nun die Anforderungen der heutigen Zeit an größere Kinder und junge Erwachsene, so fällt auf, dass die symbolische Natur dessen, was in der Schule und der Universität unterrichtet wird, dominiert. Tatsächliche Vorgänge in der Wirklichkeit kommen nahezu überhaupt nicht vor. Kaum etwas wird angefasst. Geografie, Geschichte, Biologie, Mathematik, Sprachen ohnehin, später Maschinenbau, Elektrizität, Jura, Elektronik und Informatik kommen weitestgehend in Form von Sprache, Schrift und Abbildungen daher. In Echtzeit abrollende Vorgänge kommen nicht vor. Alles kann wiederholt werden; eine Einbettung der Darbietungen in momentane zeitliche Umgebungsvorgänge (z.B. die Raumtemperatur) spielt keine Rolle. Einen echten Dieb bekommt der Jurastudent nicht zu sehen (und selbst dieser wäre auch nur ein Symbol für den Echtzeitvorgang des Diebstahls). Echtzeitreaktionen der Schüler auf unterrichtete Inhalte sind nicht erforderlich und auch nicht möglich; die Motorik des Schülers dient nur zur Erzeugung von symbolischen Sachverhalten, zumeist Texten. Die meistem wirklich in echt (nicht als Experiment oder Übung) ausgeführten zugehörigen Vorgänge, mitsamt echter Entscheidung, Auswahl, Verantwortung und fehlender Wiederholbarkeit, kommen erst danach, wenn das Erlernte angewendet wird.

Und so erscheinen Almas Erlebnisse mit den Kinderbüchern, mal abgesehen von den vermittelten Inhalten als ziemlich genaue Vorläufer dessen, was das Kind später erwartet, wenn es sich intellektuell betätigen will.

Es wäre wohl zu spät, wenn man die Weichen in dieser Richtung erst im Alter von 2 Jahren stellte.

Dabei geht es nicht um Inhalte, sondern vor allem um den organisatorischen Aufbau des Einstroms von Sinnessignalen in ein kleines Kind. Wie man sieht, kann dieser Aufbau demjenigen von intellektuell ausgerichteten jungen Erwachsenen sehr ähnlich sein, oder aber auch weit davon entfernt, je nach Erziehungsprinzipien.

Viele Eltern mögen sich fragen, ob es wünschenswert sei, zuerst eine künstliche symbolische Version der Welt kennenzulernen, und erst viel später die zugehörige tatsächliche Welt, auf die man dann schließlich auch selbst einwirken kann. Es liegt aber gerade in der Natur des Menschen, diese Möglichkeit überhaupt zu haben, in Form der phänomenalen Gehalte des Bewusstseins, und vor allem in Form der Sprache, die von symbolischer Natur ist, und  die damit im Gegensatz steht etwa zu einem Tierlaut, dessen Bedeutung man als Mensch z.B. mit "verschwinde von hier" auffassen mag, der aber für die Tiere überhaupt keine Bedeutung hat, sondern einfach nur eine wohlstrukturierte physikalisch/physiologische Wirkung per Schallausbreitung von einem Gehirn auf ein anderes ist, woraufhin dann dort, abhängig von weiteren Umständen, vielleicht ein Ensemble bestimmter Reaktion erfolgt (ggf. auch Erbleichen einschließend), nicht viel anders als eine neuronale Wirkung eines Hirngebiets auf ein anderes im selben Gehirn, oder als die Wirkung der Muskelaktivität auf die Lungentätigkeit. "Gestern verschwand sie von hier" kann man damit nicht ausdrücken.

Es ist das besondere Merkmal des Menschen, wie das Zelluloseverdauen der Kuh, mit einer symbolischen Welt umgehen zu können, die wiederholbar, aus zeitkonstanten Elementen zusammengesetzt, und sehr viel sparsamer und konzentrierter als die tatsächliche Welt gestaltet ist, die man gefahrlos auch schrittweise kennenlernen, und zunächst nur halb verstehen kann, ohne von der Notwendigkeit, sogleich auf die Situation reagieren zu müssen, in Gefahr gebracht zu werden.

Ein junges Tier hingegen, konfrontiert ausschließlich mit echten Situationen (dazu gehört auch Spielen), muss reagieren, auch wenn sein Gehirn noch nicht die ganze Lebenstüchtigkeit zur Verfügung stellt, notfalls eben mit vorläufigen groben Verfahren. Nur ein menschliches Kind kann sinnvoll in symbolischer Form, in der Regel mit Hilfe der Sprache, einer Situation ausgesetzt werden, die es überhaupt noch nicht verstehen kann, an der es aber weiterbauen kann, ohne zwischenzeitlich unbrauchbare Reaktionen produzieren zu müssen. Damit kann ein Mensch während seiner Lebensdauer Zusammenhänge erlernen, für deren Erlernen ein Tier, wegen der viel zu seltenen echten Fälle, eine um ein riesiges Vielfaches längere Lebensdauer benötigen würde.

Dies ist die Rolle des Bewusstseins. Auf dem phänomenalen Niveau des Bewusstseins steht eine symbolische Welt in Form von Bedeutungen neuronaler Prozesse zur Verfügung. Freilich ist der naturwissenschaftliche Status des Bewusstseins unklar, wie aus den meisten meiner Hirnbriefe hervorgeht.

In den Hirnbriefen 42/43,44 (2009), 5/6 (2010) und 11/12, 15/16 (2011) habe ich dargelegt, dass das Bewusstsein, auch wenn man es nicht wirklich versteht, etwas zu tun hat mit einem entwicklungsgeschichtlich neuartigen Umgang mit Unterbrechungen von Prozeduren. Dieser Zusammenhang, und dessen besondere Bedeutung für ein ganz kleines Kind, soll im nächsten Hirnbrief "Kind 2" näher erläutert werden.
 

    Nr  1 2013

Dauerhaftigkeit des Gedächtnisses

Weil es zunehmend schwieriger wird, nach allem schon Gesagten, wenigstens einen kleinen Gesichtspunkt zum Problem des Bewusstseins aus der Perspektive der Naturwissenschaft hinzuzufügen, kommen meine Hirnbriefe zunehmend seltener. Auch spielt dabei eine Rolle, dass andere Gelehrte, wenn sie bereits reichlich Gehör in der "Szene" gefunden haben, dieses Gehörtwerden schon gleich mal bei ihren Äußerungen zu 80% in die Waagschale werfen, so dass sie nur noch zu 20% überhaupt noch Bedeutsames sagen müssen. Und diese 20% lassen sich leicht ausfüllen mit einem einfachen Lamento über Widersprüchliches in den Äußerungen noch wieder anderer Gelehrter, die natürlich ebenfalls in der 20%-Liga angesiedelt sind. Ein wohliger Schauer der Endlich-sagts-mal-eine(r)-Zustimmung rinnt alle halbe Jahre aufs Neue über die sich altersfältenden Rücken der Ich-interessiere-mich-für-Philosophie-Zuhörer, wenn man ihnen vorträgt, dass andere 20%-Leute mentale Erscheinungen als grundsätzlich anders als physische Erscheinungen ansehen, und es demzufolge ein Widerspruch sei, dass die mentale Erscheinung "Freier Wille" einen Muskel in Bewegung setzen könne.

Eine derartige Philosophie in der Nachbarschaft der Naturwissenschaft ist "leicht". Deshalb können so viele Leute da mitreden, aber nur, weil alle Widersprüche erhalten bleiben dürfen (denn deren Komponenten werden ja gestützt vom 80%-Gewicht ihrer Autoren), um weiterhin als Meckergrundlage zu dienen. Aber voran geht es damit nicht.

Zum Glück gehöre ich nicht zu denjenigen, die Gehör in der "Szene" haben. Eigentlich war ich mit zwei Hirnbrief-Texten befasst, zum einen über das schon angesprochene Problem einer nicht mehr zugänglichen vieldimensionalen Integrationskonstante im Zusammenhang mit phänomenalen Gehalten des Bewusstseins, und zum anderen mit der Frage, ausgelöst durch die Arbeit eines anderen Wissenschaftlers, was es bedeutet, Mathematik zu verstehen, und welche Rolle es dabei spielt, dass mehrere Individuen beteiligt sind. Dabei entstand der hier vorliegende Text, der zunächst als eine Nebenbemerkung gedacht war, der dann aber immer länger wurde.

Es gibt die Vorstellung, dass synaptische Kontakte zwischen Neuronen sich verändern gemäß der Hebb'schen Regel, die besagt, dass die Fähigkeit der synaptischen Übertragung verstärkt wird immer dann, wenn sowohl das präsynaptische als auch das postsynaptische Neuron mehr oder weniger gleichzeitig erregt werden. Freilich gibt es in Wirklichkeit eine Vielzahl von Varianten dieser Regel, einschließlich der Möglichkeit, dass sich Fähigkeiten abschwächen, und der Möglichkeit, dass entweder die prä- oder die postsynaptische Erregung an sehr vielen Neuronen zugleich vorliegt, die jeweils andere aber nur an sehr wenigen. Im Prinzip arbeitet die Hebb'sche Regel das ganze Leben lang, d.h. die Konnektivität verändert sich ständig. Für die Vorstellung von der Dauerhaftigkeit von Gedächtnisinhalten bringt dies jedoch gedankliche Schwierigkeiten mit sich.

Was ich hier zu sagen habe, ist eine Erweiterung zum Hirnbrief 52;2009. Es geht um Gedächtnisinhalte, die zumeist völlig unveränderlich auf dem phänomenalen Niveau des Bewusstseins erscheinen. Hingegen stellt das Alltagsleben nur die Anforderung, dass eine gedächtnisabhängige Leistung wie Fahrradfahren, oder die Wiedererkennung eines Gebäudes, gerade so gut ausgeführt wird, dass eine noch weiter erhöhte Qualität der abgerufenen Inhalte keine Verbesserung des Ergebnisses mehr bringen würde. Und oftmals kommt man mit einer erstaunlich geringen Qualitätsanforderung hinreichend gut zurecht. Die Verschaltung eines Gehirns dürfte sich deshalb zwischen zwei Erinnerungen an denselben Gegenstand durchaus im selben Ausmaß ändern wie die Verschaltungsdetails zweier Gehirne sich voneinander unterscheiden, die doch beide imstande sind, alle von außen feststellbaren Spuren einer solchen Erinnerung zu produzieren.

Die Idee, dass Synapsen konstant bleiben, um eine konstante Erinnerung zu gewährleisten, ist allein schon deshalb wenig glaubwürdig, als eine jede Synapse, wenn man sie auf dem molekularen Niveau anschaut, eher so aussieht wie beim Rugbyspiel ein durch mehrere Spieler gebildetes "offenes Gedränge (ruck)" oder ein "Paket (maul)", oder wie das Mechanikergetümmel bei einem Boxenstopp beim Formel-1-Autorennen, oder auch wie ein auf einem Baum gelandeter Bienenschwarm: es herrscht ein ständiges Gewimmel, weil die zahlreichen Proteinbausteine der Synapse laufend ausgetauscht werden. Es ist also eine besondere Eigenart des phänomenalen Niveaus des Bewusstseins, sozusagen per Dekret für die Empfindung einer Identität zu sorgen, obwohl ein jeder von mehreren Abrufen "desselben" Speichers immer wieder andere (einander gerade mal ausreichend ähnliche) Erregungen auswirft. Man muss bedenken, dass man selbst keinerlei Möglichkeit hat, zu überprüfen, ob ein erinnerter Inhalt identisch ist mit demjenigen einer vorangegangenen Erinnerung an denselben Sachverhalt. Auch im Rahmen der Mathematik kann ich nicht beweisen, wenn ich wiederholt an die Zahl "4" denke, dass das zugrundeliegende Konzept wirklich jedes Mal identisch ist. Aber auf meinem phänomenalen Niveau erscheint die Anordnung, der ich mich nicht entziehen kann, dass dies der Fall sei.

Man kann die "angeordnete" oder "dekretierte" phänomenale Identität nicht einfach als völlig unmaßgeblich für jeden tatsächlichen Vorgang in der Welt vom Tisch wischen, denn das phänomenale Bild der Welt, das ich habe, und in das ich die Naturwissenschaft eingliedere, enthält diese Identität als ein ganz wesentliches Element. Beispielsweise beruht die Idee des Partikels oder Teilchens in der Physik darauf, dass diesem eine zeitliche Identität zukommt. In anderen Worten: wenn phänomenale Identitäten in völlig veränderter Weise dekretiert würden, dann würde ich ein verändertes Weltbild, und auch eine andere Naturwissenschaft haben. Diesen Sachverhalt bezeichne ich als phänomenale Kausalität, in dem Sinne, dass zwar phänomenale Gehalte keine matieriellen Auswirkungen in der "gewöhnlichen" Welt haben (wie es manche Leute gern für den Freien Willen hätten), aber dass es vom Aufbau der phänomenalen Gehalte abhängt, wie ich die Welt verstehe. Wohlgemerkt kann ich mich diesem Verständnis nicht entziehen (beispielsweise indem ich mir einfach einzureden versuche, dass es die Konzepte "Gegenstand" oder "Zeit" nicht gäbe). Das ist ein wenig so wie wenn ich als Entwicklungshelfer und Rinder-Experte meine Handlungen danach ausrichte, dass ich die Tierhaltungsbedingungen als verbesserungswürdig erkenne (gewöhnliche Kausalität), oder aber entdecke, dass die Rinder in erster Linie eine Währung bei der Heirats-Mitgift sind, und es vor allem darum gehen muss, in welchem Ausmaß neben den Heiratsparteien auch der Klanchef bei einer Heirats-Transaktion mitberücksichtigt werden muss in Form einer Heiratssteuer. Dies ist eher eine Frage allgemeiner Werte; eine Kuh ist in diesem Sinne "umso mehr eine Kuh", je mehr Wert man ihr in der Gesellschaft beimisst, obwohl sie sich dadurch physisch nicht verändert (phänomenale Kausalität).

In einem ähnlichen Sinne ist es durchaus denkbar, dass ich die Quantentheorie oder die Thermodynamik intuitiv nicht verstehe, weil meine phänomenalen Gehalte nicht in einer dafür geeigneten Weise aufgebaut sind, und vielleicht ist es von diesen sogar nur die Komponente "Identität", von der ich irgendetwas im atomaren Bereich nicht richtig verstehe.

Na ja, wie man denn nun eine als konstant erscheinende Erinnerung wirklich versteht, ist damit nicht gesagt. Als nächstes muss ich mich der oben schon genannten Frage des Mathematik-Verstehens zuwenden, weil es dort Ideen gibt, wie man mit der schon oft angesprochenen argumentativen Rückbezüglichkeit umgeht. Dabei gibt es aber auch die Besonderheit, dass es in der Mathematik keine Echtzeit gibt. Wie diese Sachpunkte miteinander zusammenhängen, ist mir noch nicht klar. Wie auch immer: es wird vorangehen, aber langsam.