Jürgen Krüger
Hirnforschung


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Archiv Hirnbriefe ab 2022

Inhalt

1 (2022) Zwei Gedankenstränge

2 (2022) Konstanz


Nr  1 2022

Zwei Gedankenstränge

Zwei hauptsächliche Gedankenstränge habe ich in früheren Hirnbriefen zum Thema "Bewusstsein" angeboten, aber es gelingt mir nicht, diese wirklich zusammenzuführen. Mich treibt die Vorstellung, dass das aber irgendwie möglich ist. Hier stelle ich die beiden Stränge (erneut) vor, und anschließend ein Sammelsurium von Stichpunkten, die vielleicht für den angestrebten Erfolg eine Rolle spielen könnten.
Von diesen Gedankengängen ist einer ("Unt"), den ich vor allem im Hirnbrief 2 (2015) dargestellt habe, dass der Ursprung des Bewusstseins mit der Fähigkeit zur systematischen späteren Fortsetzung neuronaler Prozeduren nach Unterbrechungen zusammenhängt. Es geht dabei nicht um den immer wieder unterbrochenen und immer wieder fortgesetzten Nest- oder Höhlenbau der Tiere, weil man da den unfertigen Zustand jedes Mal mit den Sinnesorganen erfassen kann. Auch kann es sein, dass für solche Elementarfunktionen andere Regeln gelten.
Von Interesse sind vielmehr die Fälle, bei denen die Sinnesorgane nicht zeigen, dass, oder wie man weitermachen muss. Beispielweise kommt der Patient am nächsten Tag erneut zum Arzt, nachdem er am Vortage eine Tablette erhalten hat. Diese Gabe hinterlässt keine am nächsten Tag sensorisch erfassbaren Spuren (ich meine jetzt nicht den möglichen medizinischen Effekt der Tablette). Vielmehr muss (oder sollte) der Arzt sich an die Tablettengabe erinnern. Er muss also ein episodisches Gedächtnis angelegt haben von dem Vorgang. Dieses ruft er am nächsten Tag ab, um die Behandlung fortzusetzen. Die Erinnerung ist erforderlich, damit der Arzt eventuelle Veränderungen im Befinden des Patienten mit der Gabe der Tablette in Zusammenhang bringen kann.
An dieser Geschichte ist zweierlei von Interesse: Erstens wird das Bewusstsein üblicherweise mit dem episodischen Gedächtnis in Zusammenhang gebracht, weil Vorgänge nur dann als bewusst erlebt gelten, wenn man sich an sie erinnern kann. Wenn ich den Autoschlüssel nicht finde, dann bin ich der Ansicht, dass ich ihn unbewusst irgendwo abgelegt habe. Zweitens, wenn man ein solches Unterbrechungs- und Fortsetzungs-Management einmal eingerichtet hat, dann ist der Weg frei für die Entwicklung von Prozeduren von quasi unendlich langer Dauer. Ohne ein solches Management ist eine Unterbrechung immer ein Abbruch; die Entwicklung längerdauernder Prozeduren wird durch irgendwelche dringenden, sich dazwischenschiebenden anderen Prozeduren immer wieder verhindert. Der große Entwicklungsfortschritt liegt darin, dass länger laufende Prozeduren komplexer sein können. Man kann ein solches Verfahren auch umgekehrt als eine Möglichkeit sehen, kleinere Prozeduren (mit Pausen dazwischen) aneinanderzuketten.
Nun wird ja das Bewusstsein üblicherweise mit den höchsten intellektuellen Leistungen in Zusammenhang gebracht (wenn auch mir nicht klar ist, wie man das beweist). Jedenfalls kann man unbewusst keine Mathematik betreiben, womit ich nicht das Ausrechnen von 3 + 4 meine. Der Punkt, auf den es hier ankommt, ist, dass die Entwicklung des genannten Managements ein pauschales Verfahren ist, um zu höheren Hirnleistungen zu kommen. Es ist nicht damit befasst, was bearbeitet werden soll. Dies ist im Gegensatz etwa zu einer direkten Entwicklung von individuell gestalteten Hochleistungsprozeduren. Dieser Teil der Geschichte soll verständlich machen, wieso ein Schimpanse kein Haus bauen kann, obwohl er sicherlich imstande wäre (alles einzeln gemeint), Erze zu finden, Feuer zu machen, Metall zu schmelzen, Steine zu behauen, Kalk zu brennen, Kalk zu löschen, Steine mit Kalk zu Mauern aufschichten und immer so weiter. Nichts ist dabei, was ein Schimpanse nicht ausführen könnte, wenn alle Begleitumstände gegeben sind. Die manchmal zu hörende Anmerkung "das braucht er ja nicht" ist an Dämlichkeit eigentlich nicht zu übertreffen, weil sie die ganze Entwicklungsgeschichte leugnet. Jedenfalls könnte man die kurze Entwicklungszeit von nur ca. 5 Millionen Jahren von schimpansen-ähnlichen Primaten zum Menschen besser verstehen, wenn man annimmt, dass die jetzigen Menschen ein episodisches Gedächtnis, und das Unterbrechungs-Management entwickelt haben. Damit haben sie die Sackgasse überwunden, unterbrochene Prozeduren nicht wieder aufgreifen zu können, und damit zu höheren und langdauernden Hirnleistungen zu kommen.
Man darf (bei heutigen Affen) das fehlende episodische Gedächtnis nicht verwechseln mit einem evtl. hervorragenden prozeduralen Gedächtnis. Mit letzterem kann man etwas (durchaus komplexes) wiedererkennen, die zu erinnernde Sache muss also vorgegeben werden. Hingegen beim Abruf aus dem episodischen Gedächtnis muss man nur ein nicht inhaltstragendes Signal vorgeben, um einen Gedächtnisinhalt hervorzuholen. Das ist zwar ein gefährliches Manöver wegen der Verwechslungsgefahr mit realen Szenen, aber für diesen Punkt haben die Affen schon Vorarbeit geleistet. Einiges dazu steht schon in meinen Hirnbriefen Nr. 17, Nr. 31 un Nr. 42/43 (alle 2009).
Hiermit ist der Gedankenstrang "Unt" in etwa wiedergegeben. In seiner Beschreibung wird zwar das Bewusstsein erwähnt, aber die entscheidende Funktion des episodischen Gedächtnisses ist eine neuronale, d.h. eine per gewöhnliche Naturwissenschaft erfassbare, nämlich ein rein "neurotechnischer" Speicher- und Auslesevorgang, wie er in ähnlicher Form auch bei der Nutzung technischer Speicher vorkommt. Für das Problem des Zusammenführens mit dem anderen Strang "Int" ist das Auftreten einer zu überbrückenden zeitlichen Lücke von besonderer Bedeutung.
Der zweite Strang "Int" betrifft die visuelle Wahrnehmung. Wahrnehmung allgemein ist der sensorische Teil des Bewusstseins; sie ist ebenso wie die Bewusstseinsvorgänge ganz allgemein kein physiologischer Prozess. Vielmehr sind die Wahrnehmungs- ebenso wie die Bewusstseinsinhalte Bedeutungen von physiologischen und vielleicht noch weiteren Prozessen. Diese Bedeutungen bezeichne ich als phänomenale Gehalte. Hierbei ist wichtig, dass die Zuweisung von Bedeutungen kein Teil der Naturwissenschaft ist (aber umgekehrt sind die gesamten Inhalte des Gedankengebäudes "Naturwissenschaft" Bedeutungen von physiologischen Hirnprozessen). Der Punkt, auf den es jetzt ankommt, ist, dass die visuelle Wahrnehmung zeitlich lückenlos ist, wobei mit Abstand die meisten Wahrnehmungsinhalte über lange Zeit als konstant erscheinen. Dabei sind Perspektivenänderungen bereits herausgerechnet: die Häuser an meinem täglichen Weg zur Arbeit erscheinen mir tagelang als völlig konstant, auch während ich gehe, trotz veränderter Perspektive. Stundenlang nehme ich ein Bücherregal gegenüber von meinem Schreibtisch wahr, ohne dass ich darauf Aufmerksamkeit richte. Es erscheint mir trotz häufiger Blickwendungen als konstant.
Nicht einmal ein Laie würde annehmen, dass die Neurone im Gehirn die ganze Zeit damit befasst sind, all diese konstanten Details Millisekunde für Millisekunde zu signalisieren. Vielmehr würde man einen Trick unbekannter Art vermuten. In der Tat verbraucht das Gehirn enorm viel Stoffwechselenergie: man kann feststellen, dass die Energie nur ausreicht, um zeitliche Änderungen zu bearbeiten, und davon auch nur die wichtigsten. Also müsste das von den Neuronen übermittelte Weltbild extrem lückenhaft sein. Die überaus zahlreichen konstanten Anteile würden überhaupt nicht vorkommen. Die beiden vorigen Hirnbriefe von 2021 sind mit diesem Problem befasst. Der vermutete Trick, um nun zu einem zeitlich lückenlosen Weltbild zu kommen, ist, wenn man so will, das Bewusstsein. Dazu muss man "die Zeit" erfinden, denn ohne diese wäre ja gar nicht feststellbar, dass zwischen den Änderungs-Signalen Nr. 22 und Nr. 23 noch etwas sein müsste, nämlich ein konstanter Welt-Anteil. Wohlgemerkt kann der Besitzer des Gehirns den (hier so numerierten) Signalen nicht ansehen, dass sie "Änderungen" von irgendetwas bis dahin Unbekanntem signalisieren; es sind einfach Signale, die hereinkommen.
Wie schon im vorigen Hirnbrief gesagt, ist die Sache für einen "gewöhnlichen" Naturwissenschaftler ganz einfach: Er oder sie bildet ein Zeitintegral über die Änderungssignale, um die konstanten Lücken auszufüllen. Nur ist das Dumme dabei, dass man dazu schon wissen muss, dass es "die Zeit" gibt, und erst dann kann man anfangen, die neuronalen Signale aufzufassen als zeitliche Änderungen von anderen Signalen, die durch die Integration entstehen. In seinem Alltag macht sich der Naturwissenschaftler beim Integrieren keine Gedanken darüber, dass er oder sie damit den Originalsignalen die zusätzliche Rolle zuweist, von einem Zeitpunkt aus auf einen unmittelbar darauffolgenden zu verweisen.
Aus den genannten Hirnbriefen geht auch hervor, dass der Aufbau der ganzen für das vorliegende Gebiet zuständigen Naturwissenschaft diese Situation wiedergibt, weil alle relevanten Grundgleichungen der Naturwissenschaft Differentialgleichungen in der Zeit sind.
Immerhin, dass da irgend etwas in dieser Art stattfindet, merkt man an der unaufmerksamen visuellen Wahrnehmung, die den ganzen Tag lang das Mobiliar im Zimmer als konstant wiedergibt, und zwar oftmals auch in Fällen, bei denen sich kleinere Anteile sehr wohl verändert haben. Diese Wahrnehmung würde also rein phänomenal, also nicht neurophysiologisch, durch Integration über die neuronalen Änderungssignale entstehen. Dabei kommt eine intuitive Unverständlichkeit dadurch zustande, dass zu dem Zeitpunkt, zu dem man ein solches zeitkonstantes Detail (unaufmerksam) wahrnimmt, dieses Detail neuronal überhaupt nicht signalisiert wird. Es wird sozusagen nur "gewusst", dass sich dort nichts anderes als nur dieses Detail befinden kann. Das Detail wurde nur zu längst verflossenen Zeiten tatsächlich neuronal signalisiert. Schon in den vorigen Hirnbriefen steht, dass dieses "gewusst" so ähnlich wie 3 + 4 = 7 ist, welches als gültig aufgefasst wird, auch wenn es niemand wirklich ausrechnet. Allerdings muss man im Fall einer Integration auch als "gewusst" auffassen, dass es "Zeit" gibt.
Hiermit ist der Gedankenstrang "Int" in etwa wiedergegeben. Auch hier gibt es zeitliche Lücken, die aber nicht stören in Form einer Unterbrechung, sondern die ausgefüllt werden. Wenn ich mich nun also daran mache, die beiden Stränge "Int" und "Unt" zusammenzuführen, dann lässt sich zumindest mal feststellen, dass ich keine Widersprüche überwinden muss, die zwischen den Strängen bestehen. Vielmehr ist "Unt" eine sozusagen gewöhnliche neuronale Geschichte, die auf naturwissenschaftlicher Grundlage mitsamt dem normalen Zeitbegriff ruht. Hingegen ist "Int" eine Geschichte, die direkt einen Vorschlag enthält, wie Bewusstseinsinhalte (in dem Fall Wahrnehmungsinhalte) entstehen aus neuronalen Prozessen, und vor allem, warum man das Wesen dieser Inhalte naturwissenschaftlich nicht einordnen kann.
Auf jeden Fall hat man es in beiden Fällen mit größeren zeitlichen Lücken zu tun, und immerhin bietet das naturwissenschaftlich orientierte "Unt" einen Hinweis auf das Bewusstsein durch das Auftreten des episodischen Gedächtnisses.
Das Hauptproblem, so scheint es, ist "die Zeit". Diese ist bei "Unt" schon längst erfunden und in die Naturwissenschaft eingeordnet worden, in derselben Weise wie sie auch im Alltag aufgefasst wird. Hingegen muss man bei "Int" regelrecht verlangen, dass "die Zeit" erfunden werden muss, um sie dann als Koordinate zu verwenden, längs derer die Integration durchgeführt wird.
Das Ziel ist, die Stränge "Int" und "Unt" zusammenzuführen. Erstens kann man versuchen, von "Int" nach "Unt" zu kommen, indem man die Idee verfolgt, dass "die Zeit" nur deshalb erfunden wurde, um mit Hilfe des Verfahrens "Unt", dessen wesentliches Element eine Ausdehnung auf der Zeitachse ist, zu höheren Leistungen zu kommen. (Mir ist klar, dass dieser Satz verschiedene gedankliche Ebenen in einer eigentlich unzulässigen Weise vermischt, aber es geht zunächst nur darum, die gedankliche Richtung zu skizzieren.) Oder zweitens kann man die umgekehrte Richtung versuchen, nämlich dass gerade diese Unterbrechungslücke bei "Unt", deren Beschreibung mit der gewöhnlichen Naturwissenschaft verträglich ist, der Ursprung des Auffüllens von konstanten Zeitabschnitten bei "Int" ist, oder zumindest direkt etwas damit zu tun hat. Der Knackpunkt ist, dass irgendwie die Idee entstehen soll, dass neuronale Erregungen nicht einfach nur "etwas signalisieren", sondern dass sie "Änderungen von einer bis dahin unbekannten Variablen signalisieren", wobei zusätzlich geklärt werden muss, längs welcher Koordinate (nämlich der Zeit) diese Änderungen passieren sollen.
Hier endet die Beschreibung der beiden Gedankenstränge. Es folgt nun eine Sammlung von sechs zusätzlichen Punkten, die für eine Zusammenführung der Stränge vielleicht gebraucht werden.
(1) Es kann sein, dass die Zusammenführung nicht klappen kann, ohne dass man Änderungen auch im räumlichen Bereich in ähnlicher Weise einbezieht. Immerhin gibt es ja bei der visuellen Wahrnehmung das Ausfüllen ("Filling-in") von räumlich konstanten Farb- und Helligkeitswerten in Flächen, wobei die Neurone nur den Unterschied außerhalb/innerhalb des Randes der Fläche signalisieren, und auch hier die Wahrnehmung der inneren Gebiete der Fläche durch Integration von den Rändern her zustandekommt. Allerdings ist das Konzept "Raum" anders strukturiert als das der "Zeit", allein schon wegen der 3 Dimensionen, und auch, dass man herumlaufen kann.
(2) Bei der Betrachtung der Wahrnehmung wird zwar viel geredet (wie auch hier) über die Natur der Wahrnehmungsinhalte, aber kaum über die Natur der Entität, die da wahrnimmt. Sicherlich ist das nicht einfach das physiologische Gehirn, allein schon weil dieses ja nicht auf reine phänomenale Gehalte reagieren kann. Es ist vielleicht eher das "Ich", aber dieses ist auch noch subjektiv, d.h. es gibt nur eines, nämlich dasjenige, das ich selbst empfinde. Dass andere Leute ebenfalls eine solche Empfindung haben, ist nicht feststellbar; auch nicht per ausgesandter Luftdruckwellen ("Sprache"), deren Bedeutungen nur ich verstehe. Dass andere sie ebenfalls verstehen, und nicht nur neuronal auf die Luftdruckwellen reagieren, ist nicht feststellbar.
(3) In "Unt" wird das (neuronale) episodische Gedächtnis erwähnt. So lange sein Betrieb ein rein neurophysiologischer Prozess ist, spielt immer nur eine Rolle, was gerade in der jeweiligen Gegenwart passiert (Einspeicherung zu einem Moment, Auslesevorgang zu einem anderen), und es gibt keinerlei Bedeutungen. Hingegen mit dem Bewusstsein kommen Bedeutungen ins Spiel. Davon die entscheidende ist, dass eine gegenwärtige Erregungsverteilung (erzeugt von einer Speicher-Auslesung) eine andere Erregungsverteilung, nämlich eine vergangene, bedeutet. Da muss zunächst einmal keine Rede sein von Außenwelt-Bedeutungen, wie z.B. einem Apfel. Allerdings kann eine derartige reine Zeitbedeutung ohne eine zusätzliche inhaltliche Außenweltbedeutung im Bewusstsein nicht aufscheinen, d.h. man kann sie nicht empfinden. So etwas würde bedeuten, dass ich eine Prozedur (z.B. Suppe mit dem Löffel essen) völlig unbewusst abwickle (was durchaus möglich ist), aber wenn die Abwicklung der Prozedur unterbrochen wird, mir im Moment der Fortsetzung völlig isoliert nur der vergangene Zeitpunkt des Abbruchs bewusst wird. Generell kann man sich keinen reinen vergangenen Zeitpunkt ohne irgendein zugehöriges Ereignis denken. Dieses geht nur für den gegenwärtigen Moment. Es ist das "jetzt"-Gefühl, das man ständig zusätzlich, aber ohne Bezug zu den gerade laufenden Ereignissen hat. Für einen "nicht-jetzt"-Moment gibt keine derartige Empfindung. Das gegenwärtige Jetzt-Gefühl umfasst keine Inhalte, sondern bestenfalls die Empfindung, dass die Zeit vorangeht. Auch dieses Vorangehen kann ich für zeitlich weitab liegende Momente nicht empfinden. "Jetzt" ist sozusagen eine zeitliche Differentialempfindung: sie betrifft den gegenwärtigen und den infinitesimal späteren Moment.
(4) Vielleicht muss man die letztgenannten zeitlichen Aspekte mehr dem "Ich" zuordnen als der Welt. Das "Ich" scheint es in gewisser Weise nur in der Gegenwart zu geben; damit ist diese Unikums-Empfindung gemeint, die mich selbst von innen erleben lässt. Für vergangene Momente gibt es eher Erinnerungen, in der mein Körper und meine Handlungen erscheinen.
Das "Ich" überlappt sich vermutlich mit dem Begriff des Beobachters in der Physik. Auf jeden Fall ist der Beobachter in der Physik irgendwie eingeklemmt zwischen den zwei widersprüchlichen Anforderungen, einerseits eine völlig ungestörte Welt zu beobachten, d.h. sie durch die Beobachtung nicht zu stören, andererseits aber ist diese Welt unvollständig, eben weil von ihr der Beobachter abgespalten wurde und nicht mitbeobachtet wird. Da ist es zunächst einmal nicht verwunderlich, wenn auch unverständlich, dass dieser Beobachter, oder auch das "Ich", irgendwie in einer phänomenalen nichtmateriellen Welt angesiedelt ist. Damit versackt man allerdings im Rückbezüglichkeitsdilemma, denn die ganze Welt existiert ja ohnehin nur in Form phänomenaler Gehalte, die Bedeutungen (für wen?) von neuronalen Prozessen sind, wobei auch die neuronalen Prozesse zu dieser Welt gehören.
(5) Konsequenterweise  müsste in "Unt" ein Abruf aus einen episodischen Speicher eine Änderung von etwas anderem signalisieren, und genau so ist der Inhalt ja auch abgespeichert worden. Hier müsste man genauer überlegen, wie eine Erkennung einer Änderung von Steuersignalen (siehe Punkt 6) von einer Änderung von Signalen innerhalb einer Prozedur unterschieden wird.
(6) Wie sieht eine Unterbrechung aus, wenn man die beteiligten Neurone anschaut? Zunächst einmal ist es einem Neuron egal, was für Signalverteilungen an seinen Synapsen eintreffen; es verarbeitet diese in allen Fällen nach den Regeln, denen dieses Neuron gehorcht. Die beim Neuron eintreffenden Signale können zu einer bestimmten Prozedur gehören (dann produziert das Neuron ein bestimmtes Ausgangssignal). Wenn aber eine Unterbrechung stattfindet, kommen andere Eingangs-Signalverteilungen, die zu einer anderen Prozedur gehören, und das Neuron produziert ein anderes Ausgangssignal. "Andere Ausgangssignale" können aber auch innerhalb derselben Prozedur vorkommen. Man kann also mit dieser einfachen Betrachtung eine Unterbrechung nicht unterscheiden von Änderungen, die im Ablauf derselben Prozedur vorkommen.
Nun muss eine jede Prozedur mit einer Vielzahl kleiner Varianten in den Eingangssignalen zurechtkommen (kleine Haltungs- und Bewegungs-Unterschiede beim Essen mit dem Löffel), die aber alle (mit kleinen Variationen) das Ziel der Prozedur erreichen. Deshalb braucht man eine übergeordnete Betrachtungsebene, um zu sehen, wodurch sich eine fortlaufende Prozedur von einer Unterbrechung unterscheidet.
Dazu muss man verstehen, wodurch sich eine Prozedur von einer anderen unterscheidet, unter der Annahme (wie sie für das Gehirn ganz allgemein zutrifft), dass weitgehend dieselben Neurone an deutlich verschiedenen Prozeduren beteiligt sind. Nur laufen die Signale über unterschiedliche Synapsen großenteils derselben Neurone. Man kann sich vorstellen, dass es darüberhinaus für eine jede Prozedur je eine Steuereinheit gibt, die vielleicht nur aus wenigen Neuronen besteht. Diese ist aktiv, so lange die Prozedur an der Arbeit ist. Sie sendet ihre Fasern derart ins allgemeine neuronale Gewebe, dass gerade die Neurone, die zur Prozedur gehören, eine Art Vor-Aktivierung bekommen, so dass zur Erzeugung von Ausgangssignalen viel weniger von der eigentlichen, die Prozedur kennzeichnenden Erregung gebraucht wird als ohne diese Vor-Aktivierung. Es ist, als ob die zu einer Prozedur gehörigen Neurone "aufgewärmt" würden. Das müssen nicht unbedingt immer genau dieselben Neurone sein. Jedenfalls ist das das allgemeine Verfahren, wie das Gehirn den Beschluss umsetzt, dass eine bestimmte Prozedur laufen soll, andere aber nicht, obwohl in vielen Fällen zum großen Teil dieselben Neurone beteiligt sind. Die Vor-Aktivierung bestimmt also, welche Prozedur laufen soll (da stehen allerlei Entscheidungsprozesse dahinter), während die Neurone, die diese Aktivierung empfangen, dafür zuständig sind, "wie es gemacht wird".
Dass die Neurone der Steuereinheit so lange aktiv sein sollen wie die Prozedur läuft, ist allerdings fraglich, denn es kommt im Gehirn eigentlich nirgends vor, dass die neuronale Entsprechung einer dauerhaften Situation eine konstante Dauer-Erregung ist. Dadurch müssten sehr viele Neurone über längere Zeit aktiv sein, ohne dass da besonders viel neue Information drinsteckte. Das Gehirn hat ein enormes Energieproblem; die Neurone können deshalb nur Änderungen, und davon auch nur die wichtigsten und die deutlichsten, bearbeiten.
Das ist eine allgemein gültige Regel. Sie bedeutet allerdings, dass das Gehirn sozusagen "nichts weiß" von dauerhaften Situationen aller Art. Nochmal mit Nachdruck: das Gehirn "weiß nicht", dass konstante Abschnitte überhaupt existieren. Zwischen zwei Änderungen ist Pause, und niemand weiß, wie lang diese eigentlich ist. Wenn ein Wissenschaftler ein solches Gehirn beobachtet, d.h. diese Änderungserregungen erscheinen im Bewusstsein des Wissenschaftlers als Wahrnehmungsinhalte, dann würde der Wissenschaftler zu dem Schluss kommen, dass das untersuchte Gehirn ein zeitlich sehr lückenhaftes Bild herstellt. In diesem sind für zeitkonstante Abschnitte keinerlei Daten vorhanden.
In "Unt" muss man also den Fall einer Unterbrechung einer Prozedur aus der Perspektive "nur Änderungen werden neuronal signalisiert" betrachten. Das ist insofern sehr schwierig, weil es dann keine "Zeit" gibt; diese entsteht ja erst dadurch, dass irgendwie gewusst wird, dass es konstante Perioden gibt, und wie lang diese sind. Behelfsweise muss man sich die Änderungen numeriert vorstellen: nach Nr. 22 kommt Nr. 23, aber es gibt keine Angabe darüber, wann Nr. 23 kommt. (In Wirklichkeit kann die Frage nach einem "wann" gar nicht gestellt werden.) Umgekehrt, wenn "die Zeit" schon erfunden worden wäre, und nur ein zeitlicher Abstand zwischen zwei Änderungssignalen bekannt wäre, dann wäre man schon zufrieden. Man würde keine inhaltlichen Daten von den konstanten Perioden benötigen, denn diese ergäben sich aus dem jeweils letzten Änderungssignal, das man ab diesem Schritt allerdings erstmals auffassen müsste als eine Änderung von etwas anderem.
Hier endet die Geschichte einstweilen; sie kommt mir vor wie ein winziger Teil eines riesenhaften Problems, das man niemals lösen wird. Anfrage an Radio Eriwan: "Kann man eine Lösung finden für diese Geschichte?" - Antwort von Radio Eriwan: "Im Prinzip nein, aber es wird immer wieder versucht". Auch ich will es immer wieder versuchen.

Nr 2 2022

Konstanz

Was soll man sich als Hirnforscher denken, wenn man mit der Vielzahl von räumlich oder zeitlich konstanten Erscheinungen zu tun hat? Im räumlichen Bereich gibt es das Schwerefeld an der Erdoberfläche, vielleicht auch noch Magnetfelder, wenn man nur in kleinere Entfernungen schaut, und beispielsweise Steine, Papierblätter oder Drähte, deren Materialeigenschaften (oder zumindest einige) längs dreier, zweier oder einer Dimensionen zwischen ihren Berandungen als konstant angenommen werden. Im zeitlichen Bereich gelten die meisten als "Gegenstände" bezeichneten Dinge, und viele ihrer Eigenschaften, für recht lange Zeiten als konstant. Sogar individuelle Lebewesen können in gewisser Weise als konstant angesehen werden, erkennbar daran, dass sie vielleicht einen Namen haben. Innerhalb dieser konstanten gedanklichen "Hülle" kann es jedoch Variabilitäten geben. In der Physik gelten Himmelskörper weitgehend als konstant, Elementarteilchen wie Elektronen, Neutronen, Mesonen oder andere werden sogar auch dann noch als "Teilchen", d.h. als Gegenstände aufgefasst, wenn sie nach extrem kurzer Zeit wieder zerfallen. Das ist insofern kurios, als niemand bei der Betrachtung eines schwingenden Pendels einen momentanen Bewegungszustand als "zwar extrem kurzzeitig, aber doch konstant während dieser kurzen Zeit" ansehen würde.
Woher kommt die Idee der Konstanz? Da wird ja nicht etwa der ganze räumliche bzw. zeitliche Bereich Punkt für Punkt lückenlos getestet, sondern es werden isolierte Proben genommen, und diese gelten dann für den ganzen konstanten Bereich. Es muss einen Mechanismus geben, der dann auf "Konstanz" schließt, und der dabei eine gewisse Toleranz gelten lässt.
Im räumlichen Bereich ist die Abfolge bei den Tests folgendermaßen: die Ergebnisse punktueller Tests werden unverzüglich wahrgenommen und auch neuronal gespeichert, so dass man sich an sie erinnern kann. Zumeist werden die Tests aus praktischen Gründen nacheinander (an verschiedenen Stellen) durchgeführt, aber im Prinzip könnten auch alle gleichzeitig ausgeführt werden. Dabei muss auf jeden Fall auf Wiederholungen der Tests Wert gelegt werden, um die die Verallgemeinerung auf das gesamte betrachtete Gebiet zu stützen. Diese Ausdehnung wird dann eher als intellektueller Akt angesehen. Bemerkenswert ist, dass auch bei gleichzeitig ausgeführten Tests deren Ergebnisse letztendlich nur nacheinander geprüft werden können, weil schließlich alles bei nur einem Untersucher zusammmenlaufen soll.
Ein Aspekt wird dabei so gut wie niemals erwähnt (außer in meinem Hirnbrief Nr. 3; 2009), dass nämlich an den getesteten Stellen niemals eine neuronale Erregung stattfindet. Denn die getesteten Stellen befinden sich außerhalb des Gehirns des Untersuchers. Deshalb müssen die neuronalen Prozesse, die den Test abzuwickeln ermöglichen, irgendwie die Bedeutung von Ortsangaben erhalten, und noch einiges mehr.
Rein visuelle Tests von konstanten ein- oder zweidimensionalen Objekten laufen anders ab: Neurone können an einer Grenzlinie feststellen "links schwarz, rechts rot". Wenn dann weiter nach rechts hin keine Meldung eines anderen Wechsels kommt, dann gilt "rot" weiter, bis schließlich noch weiter rechts eine andere Grenzlinie signalisiert wird. Das Besondere an diesen Fällen ist, dass der Detektor, also das visuelle System, im Prinzip das ganze betreffende Gebiet im Blick hat, aber wo keine Änderung festgestellt wird, gibt es keine neuronale Reaktion. Nur so kann eine ganze Fläche rot aussehen, obwohl die Neurone nur an den Rändern reagiert haben. Auch hier muss gesagt werden, dass an keiner Stelle im Inneren des tatsächlichen visuellen Reizes eine neuronale Erregung stattfindet, oder genauer gesagt, es mögen vielleicht welche stattfinden, aber sie werden nicht genutzt, und sind für diesen Zweck auch nicht geeignet.
Ein derartiges Verfahren, das von der Oberfläche ausgeht, lässt sich nicht anwenden, wenn man das Innere eines Steines als räumlich konstant erkennen will. Dafür fehlt ein geeigneter Detektor. Diesen gibt es ebensowenig für den gleichzeitigen Nachweis eines Schwerefeldes in einem großen Gebiet. Für das Innere des Steins fehlt er in zweierlei Weise: Erstens müsste man nicht Eigenschaften, sondern Änderungen von Eigenschaften punktuell messen, und zweitens fehlt einem möglichen Detektor ein "röntgenartiger" Überblick über den ganzen Stein. Für das Schwerefeld und das Magnetfeld hat man nur das erstgenannte Problem. Für das Schwerefeld kommt hinzu, dass es kein gutes Beispiel ist, da es praktisch nur einen einzigen Wert gibt.
Im zeitlichen Bereich sieht einiges anders aus. Als erstes fällt auf: es gibt eine riesige Menge von konstanten Objekten oder zumindest von konstanten Eigenschaften, und auch andere konstante Sachverhalte wie beispielsweise den dauerhaften Zusammenhalt von Gegenständen. Eine Apfelsine zwischen Blättern am Baum zu erkennen, ist leichter, wenn man dazu die Farbe heranzieht, weil diese unabhängig ist vom Grad der Verdeckung durch Blätter. Hingegen das Erkennen anhand der Form ist erschwert durch unterschiedliche Verdeckungen.
Was jetzt kommt, ist sprachlich schwierig auszudrücken: Es gilt nämlich zunächst derselbe Satz wie der obige für den Fall räumlicher visueller Analyse von ein- oder zweidimensionalen Objekten: "Der Detektor hat im Prinzip das ganze betreffende Gebiet im Blick, aber wo keine Änderung festgestellt wird, gibt es keine neuronale Reaktion." Nur ist jetzt mit dem "Gebiet" ein zeitlicher Bereich gemeint, und "der Detektor" tastet das "Gebiet" nacheinander ab (wobei aber hier die Besonderheit ist, dass "nicht gewusst" wird, was "nacheinander" heißen soll). Wenn es einen Einschaltvorgang gab, von der Art "erst dunkel, dann rot", dann wird der Reiz, sofern er nicht ausgeschaltet wird, nacheinander in jedem weiteren Moment als "rot" wahrgenommen. In jedem dieser Momente scheint der Reiz in der Wahrnehmung genau nur für jeweils diesen einen Moment auf ("jetzt ist diese Fläche rot"); es gibt keine gleichzeitige Wahrnehmung für ein größeres zeitliches Gebiet. Bestenfalls ist die Wahrnehmung begleitet von einer in jedem Moment verfügbaren Allzweck-Konstanzmeldung, d.h. sie meldet nicht "rot", sondern dass das Wahrgenommene, was auch immer es sei, konstant sei.
Freilich entspringen auch im räumlichen Fall die Meldungen von "Abwesenheit von Änderung" an lauter Einzelpunkten im Gesichtsfeld. Im räumlichen Fall werden sie von vielen Einzelpunkten "zusammengeholt", um im "Ich", von dem es nur eines gibt, den Eindruck zu erzeugen, dass es sich um eine Konstanz in einem größeren Gebiet handelt. Hingegen im zeitlichen Fall werden die Einzelpunkte in unbeeinflussbarer Weise "durch das Ich geschoben" (d.h. indem die Zeit vorangeht). Auf diesem Niveau gibt es noch einen weiteren deutlichen Unterschied zwischen dem räumlichen und dem zeitlichen Fall: im letzteren liegt das "Ich" innerhalb des betreffenden zeitlichen Bereichs, oder vielmehr am "gegenwärtigen" Ende dieses Bereichs: das Licht ist dauerhaft konstant an seit einer Weile bis hin zum gegenwärtigen Moment. Diese Hausmauer ist grau seit langer Zeit, und ist es auch jetzt noch. Hingegen im räumlichen Fall liegt das "Ich" immer außerhalb des betreffenden Bereichs.
Nun sind von anderen Gelehrten viele Texte geschrieben worden über die sogenannte vorhersagende Kodierung ("predictive coding") in Nervensystemen: Das Nervensystem hat einige öfter vorkommende (zumeist Außenwelt-)Reize zu erkennen gelernt (mit Hilfe kleiner neuronaler Prozeduren; manche davon sind auch geerbt), und wenn es zur erneuten Erkennung eines dieser Reize kommt, wird (über eine Rückkopplung) die neuronale Reaktion auf diesen Reiz unterdrückt. Nur wenn es ein anderer als einer der bisher gelernten Reize ist, gibt es eine neuronale Reaktion. So wahnsinnig vorhersagend finde ich das allerdings nicht. Wie auch immer: der hier betrachtete Fall der zeitlichen Konstanz ist der häufigste und auch einfachste Fall einer solchen Kodierung. Da besteht das als häufig vorkommend Gelernte über kommende Reize einfach aus der Idee, dass derselbe Reiz unverändert fortgesetzt wird, woraufhin es entsprechend der vorhersagenden Kodierung keine Reaktion gibt.
Ein Einwand zu dieser Darlegung ist, dass nach dem Prinzip "vorhersagende Kodierung" die Erregung zunächst Moment-für-Moment vorliegen muss, um dann in einem nachfolgenden Prozess weggehemmt zu werden, was Zweifel an der energetischen Sparsamkeit erweckt. Hingegen wird im Fall des Sehens gleich von vornherein nur eine kurzzeitige Erregung produziert, wenn sich etwas geändert hat, und wenn sich nichts ändert, gibt es keine Erregung.
Das eigentliche hier interessierende Problem liegt aber woanders. Es mag ja sein, dass ein Nervensystem aus energetischen Gründen seine Erregungen nur in den allerwichtigsten Fällen zum Einsatz bringt, meinetwegen durch vorhersagende Kodierung, und damit sparsam und effektiv das Verhalten des Lebewesens steuern kann. Nur: wie kommt denn dann die visuelle Wahrnehmung zustande, bei der ja gerade der ganze Reichtum wieder hervorgeholt wird? D.h. die unterdrückten Reize sind komplett zu sehen. Die visuelle Wahrnehmung besteht ja zum allergrößten Teil aus diesen langzeit-konstanten Anteilen. Aus den drei vorangehenden Hirnbriefen, und noch einigen früheren, geht hervor, dass man die Wahrnehmung eines langanhaltenden Reizes auffassen kann als ein zeitliches Integral über den (kurzzeitigen) Erregungsverlauf beim Einschalten. Die Integralbildung muss aber ein irgendwie virtueller nicht-materieller Vorgang sein; auf keinen Fall darf sie eine neuronale Erregung sein, die den ganzen Integrationsprozess begleitet, denn dann wäre das Bemühen um Energie-Ersparnis umsonst.
Wenn es aber so ist, dass das Lebewesen verhaltensmäßig bestens zurechtkommt mit den Ergebnissen von derartiger energiesparender Kodierung, wozu braucht es denn dann die Kenntnis all derer Details, die es gerade neuronal unterdrückt (aber phänomenal behalten) hat? Wozu werden denn die phänomenalen Gehalte des Bewusstseins gebraucht, wo sie doch so verschieden sind von den zugrundeliegenden neuronalen Erregungen? Auf jeden Fall erscheinen mir die Ergebnisse der oben angeführten Tests als phänomenale Gehalte; ich nehme sie bewusst zur Kenntnis. Im Prinzip müssten die dahintersteckenden Erregungen viel sparsamer sein und vor allem keine zeitkonstanten Erregungsverläufe haben. Die zeitlichen Abfolgen von Erregungen im Vergleich zu denen der Wahrnehmungsinhalte sind also das Problem.
Eigentlich müsste man folgern, dass wirklich alles, was das Nervensystem in objektiv feststellbarer Weise leistet, ausschließlich auf der Grundlage dieser Änderungssignale zustandekommt. Dazu würde auch die Produktion strukturierter Luftdruckwellen ("Sprache") gehören, beispielsweise wenn ich über die Langzeit-Konstanz eines bestimmten Hauses rede. Allerdings, was ich da objektiv ("naturwissenschaftlich") feststellen kann, ist nur die physikalische Schallfolge der Äußerung, nicht aber, was diese bedeutet. Man kann sich noch einigermaßen vorstellen, dass sprachliche Bedeutungen durch das Erlernen eines Massen-Konsenses entstehen, d.h. ein(e) jede(r) in einer größeren Gesellschaft lernt, mit welchen objektiv beobachtbaren Situationen bestimmte Schallfolgen zusammenhängen. Das bliebe jedoch weiterhin eine rein neuronale Affäre; "Bedeutungen", die man "weiß", die also im Bewusstsein aufscheinen, kämen nicht vor. Und ebenso bliebe weiterhin unverständlich, dass in der visuellen Wahrnehmung all die neuronal nicht Moment-für-Moment-dargestellten konstanten Dinge erscheinen.
Ich glaube, dass ein wesentlicher Punkt bei diesen Problemen ist, dass auch "das Vorangehen der Zeit" kein im Nervensystem objektiv feststellbarer Vorgang ist, sondern eine phänomenale Erscheinung im Bewusstsein. Es ist schwierig, genau zu beschreiben, was gemeint ist. Auf jeden Fall ist damit nicht gemeint, dass es periodische, oder auch anders zeitabhängige physiologische Vorgänge gibt. Vielmehr, wenn beispielsweise ein Herzschlag passiert, ist die Frage, was es denn bedeuten soll, dass ein weiterer Herzschlag danach kommt, und zwar ohne dass ich schon vorher weiß, was mit "danach" gemeint ist. Freilich sagen die Physiker schnell mal, dass "Zeit" sehr wohl "objektiv" sei, weil man sie ja messen könne, zB. mit einer Pendeluhr. Aber das geht nur, wenn man schon weiß, was es heißen soll, wenn man sagt, dass die Pendelschwingungen "zeitlich nacheinander" kommen.
Das Problem scheint schon angelegt zu sein in der Aussage, dass Neurone nur auf Änderungen reagieren. Zunächst einmal ist da in einem Moment einfach eine Erregung. Diese soll nun also als die Änderung einer anderen Variablen aufgefasst werden. Es ist so, wie wenn neuronale Erregungen zu vergleichen wären mit der Variablen "Geschwindigkeit"; das ganze neuronale System arbeitet nur mit dieser Variablen. Und nun soll auf einmal die Idee entstehen, dass diese Variable aufzufassen sei als "Änderung eines Ortes". Das System "weiß" aber zunächst nicht, was "Ort" ist; es hatte bis dahin niemals damit zu tun. Hinzu kommt, dass sogleich gesagt werden muss, längs welcher Koordinate diese Änderung passieren soll.
So unklar wie diese Geschichte ist, gibt es doch zwei Anmerkungen dazu zu machen. Die eine ist, dass der Übergang von "Erregung" zu "Änderung einer anderen Variablen längs einer neuen Koordinate" die Möglichkeit der Integration umfasst, d.h., wenn ich jetzt mal wieder das Wort "Zeit" statt "neue Koordinate" benutze, dass ich ein Integral über die Zeit bilde, um von der neuronalen Änderungsdarstellung zur Darstellung mit allen konstanten Partien zu kommen. Der Punkt dabei ist, dass man dann auch eine Anfangsbedingung benötigt, die ggf. in grauer Vorzeit liegt, und die unzulänglich bleibt, wenn ich da herangehe mit einem Apparat "Nervensystem", der immer nur in der Gegenwart arbeitet. Ich denke, dass die "Qualia", die notorisch als unzugänglich gelten, Anfangsbedingungen sind. Aber was noch alles zu diesen gehört, bleibt unklar.
Die zweite Anmerkung ist, dass alle für die hier betrachteten Sachverhalte bedeutsamen physikalischen Grundgleichungen "Differentialgleichungen in der Zeit" sind. Die Aufgabe des Wissenschaftlers ist normalerweise, eine dieser Gleichungen zu "lösen" für einen vorliegenden Fall, wobei die Lösung normalerweise ein Integral über die Zeit umfasst. Die Frage nach den dann erforderlichen Anfangsbedingungen wird von den Physikern oftmals pragmatisch beantwortet, nämlich dass die Annahme bestimmter Anfangsbedingungen zu erfolgreichen Lösungen führt.
Vielleicht beruht die gesamte Einrichtung "Bewusstsein" auf solchen pragmatischen (d.h. nicht durch Gesetzmäßigkeiten erzwungenen) Anfangsbedingungen, und genau damit wird mein Nervensystem befähigt, unter anderem die hier vorgebrachten Überlegungen anzustellen, die ja nicht unbewusst durchgeführt werden können. Hier landet man wieder beim gedanklichen Kreisverkehr, auch Circulus Vitiosus oder Rückbezüglichkeitsdilemma genannt, den oder das ich schon oft erwähnt habe, aber zugegebenermaßen gelingt es mir nicht, dieses wirklich genau und scharf zu beschreiben.
Der Plan ist als nächstes, von den Physikern eine formale Beschreibung zu erhalten, wie man von einigen isolierten Tests mit immer wieder gleichen Ergebnissen den Schluss zieht, dass die gemessenen Eigenschaften auch zwischen den Tests vorhanden sind, also eine dauerhafte zeitliche Konstanz vorliegt. Dabei muss ich darauf achten, dass keine Volksweisheiten einfließen wie z.B. "ich weiß doch, was "Zeit" ist, und dass sie vorangeht".
So sieht eines der Hauptprobleme der Hirnforschung aus, aber so manch ein Hirnforscher hat das noch gar nicht bemerkt.