11. Ganzheit und top-down Experimente

Transkript

1 Als Hinweis auf Wirkungen einer Ganzheit auf ihre Teile werden sog. top-down Experimente herangezogen. Was sind top-down Experimente und was kann man aus den Resultaten der top-down Experimente und denen der bottom-up Experimente schließen?

2 Der philosophische Edelzwicker In der Literatur finden sich folgende als Selbstverständlichkeiten vorgetragene holistische Thesen: 1 (1) Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile. (2) Das Ganze bestimmt das Verhalten seiner Teile. Definition: Unter 'Ganzes' oder 'Ganzheit' versteht man nach Bertalanffy [3] ein System, Teilsystem oder Mechanismus, das oder der aus Komponenten und deren Relationen besteht und etwas Neues zeigt, das keine der Komponenten besitzt. Dieses Neue kann eine Eigenschaft sein, die Systemeigenschaft, oder ein Verhalten. Das Neue entsteht als Emergenz aus dem kausalen Zusammenwirken der Komponenten. Es ist ein Besitz der Ganzheit, die ihrerseits in einer konstitutiven Relation zu ihren Komponenten steht (konstitutive Ganzheit). In einer Hierarchie von zwei oder mehr Systemebenen befinden sich die Komponenten auf Ebene n-1 und ihre Ganzheit auf der darüber liegenden Ebene n. So ist eine top-down-wirkung ein Einfluss von Systemebene n auf die darunter liegende Ebene n-1. 1 B.O. Küppers, 1986, S. 175; zitiert in [1] S. 36. Siehe auch J. Tautz, 2007, S. 249 in [2].

3 Es ist üblich, eine Ganzheit als reales Objekt zu verstehen. Wir folgen zunächst diesem Gebrauch, um die Argumentation allgemein zu halten. 2 Nur von einem realen Objekt kann man erwarten, dass es mit anderen interagiert, weil Interaktion Begegnung in Raum und Zeit voraussetzt. (Die entscheidende Wende im vorliegenden Text findet aber dann statt, wenn wir die Ganzheit nicht mehr als interaktionsfähiges Objekt betrachten können.) Die genannte kurze Definition von 'Ganzheit' rechtfertigt schon These (1), die auf Aristoteles zurückgeht [4]. 3 Die Rechtfertigung von These (2) ist schwieriger. Hierzu werden sog. top-down Experimente zitiert [e.g. 6, 7]. Deren Signifikanz soll im Folgenden betrachtet werden. Bottom-up (1): In bottom-up Experimenten beeinflusst der Experimentator Komponenten des Systems oder des Mechanismus und beobachtet Änderungen von Systemeigenschaften oder des Systemverhaltens (und damit der konstitutiven Ganzheit). Als einfaches Beispiel wählen wir ein System von Ionenkanälen der Zellmembran, das Aktionspotentiale generiert. Die 2 Siehe aber den Abschnitt Die Ganzheit als Konstrukt, in dem Ganzheiten nicht in der Realität, sondern nur als Teile unseres Weltmodells vorkommen. 3 Zur Geschichte des Begriffs 'Ganzheit' siehe [5].

4 Der philosophische Edelzwicker Ionenkanäle mit ihren Relationen sind die Komponenten, ihre konstitutive Ganzheit ist die Zellmembran, die Emergenz ist das Systemverhalten, hier der Zeitverlauf des Membranpotentials V(t). Nach einer Kontrollperiode blockiert man die Natrium-Kanäle mit Tetrodotoxin und beobachtet, dass V(t), sich dramatisch ändert: Aktionspotentiale werden nicht mehr gebildet. Also hat die Veränderung einer Komponente die konstitutive Ganzheit 'Zellmembran' betroffen, die Membran hat ihre Eigenschaft, elektrisch erregbar zu sein, verloren. Das bottom-up Experiment ist geglückt. Top-down (1): Um in dem genannten System eine top-down Wirkung zu demonstrieren, muss man primär die Ganzheit (hier die Zellmembran) beeinflussen um dann Änderungen an den Komponenten (an den Ionenkanälen mit ihren Relationen oder an anderen Teilen der Membran) zu beobachten. Wir begegnen hier der Schwierigkeit, dass das nicht geht. Wir finden einfach keine Möglichkeit, auf die Zellmembran primär, also ohne Eingriff an ihren Komponenten, einzuwirken. Wenn wir zum Beispiel Ionenkonzentrationen änderten, hätten wir primär die Kausalrelationen der Komponenten beeinflusst. Oder wenn wir im voltage-clamp [8] unterbinden, dass die Ionenströme einzelner Kanäle über das gemeinsame

5 Membranpotential aufeinander wirken, dann hätten wir wieder die Kausalrelationen der Komponenten beeinflusst. Selbst wenn wir ein Zustandsvariable wie die Temperatur verändern, wirken wir auf die Komponenten ein, in diesem Fall auf jede der Komponenten. Das top-down Experiment scheint nicht möglich zu sein. Top-down in der Literatur: Ist es denn möglich, einen Mechanismus durch direkte Wirkung auf seine konstitutive Ganzheit zu beeinflussen? Nach Carl F. Craver gelingt dies in sog. Aktivierungsexperimenten [6]. Man aktiviert einen Mechanismus durch Interaktion mit seiner Ganzheit (Craver nennt sie S oder das phenomenon explanandum ), triggert oder verstärkt seine Aktivität. Dann detektiert man Änderungen in Eigenschaften oder Aktivitäten von Komponenten. Drei Arten von Beispielen werden angeführt (S. 151, 159 und Graphik auf S. 146). Das Szenario der ersten Beispiele ist die Geist-Gehirn Beziehung mit mentalen Phänomenen auf Systemebene n und neuronalen Phänomenen auf Ebene n-1. (1) Die Versuchsperson beginnt auf ein Zeichen hin mit einer Aufgabe wie Kopfrechnen oder Zählen, während der lokale Metabolismus von Hirnteilen im funktionellen Kernspinn (fmri) gemessen wird.

6 Der philosophische Edelzwicker (2) Ein trainiertes Versuchstier beginnt auf ein Zeichen hin mit einer Aufgabe, während die elektrische Aktivität von Neuronen oder die Neubildung von Proteinen oder die Aktivierung von neuronalen Genen beobachtet wird. Das gegebene Zeichen soll die Aktivierung eines mentalen Prozesses auslösen. Es fällt allerdings auf, dass jedwedes Zeichen über Sinnesorgane aufgenommen wird, also primär im Neuronalen wirkt. Deshalb wäre es besser, kein Zeichen zu geben, sondern im 1. Beispiel den Zeitpunkt der Aktivierung der Versuchsperson zu überlassen. Sie könnte sich zu einem beliebigen Zeitpunkt zum Beginn der vereinbarten Tätigkeit entschließen und dies evtl. durch Betätigung eines Schalters mitteilen. Doch auch nach spontanem Beginn der Tätigkeit müsste man abklären, ob der spontane Trigger nicht im Neuronalen entstand [9]. Verschiedene Möglichkeiten sind zu unterscheiden. Die wichtigste ist, dass der spontane Trigger in der bottom-bottom Richtung zu einer Aktivierung von Komponenten des zu untersuchenden Mechanismus geführt hat, die dann eine bottom-up Wirkung mit sich brachte. Dann hätte man unbeabsichtigt ein bottom-up Experiment durchgeführt. Ohne diese nahe liegende Möglichkeit ausgeschlossen zu haben, kann man nicht von einer nachgewiesenen top-down Aktivierung sprechen.

7 Wenn kein Trigger-Zeichen verwendet wird, vergleicht man einfach eine Periode mentaler Aktivität mit einer Periode der Ruhe. Man findet nun, welche Komponenten aktiv waren in der Zeit, für welche die Versuchsperson bestätigt, dass sie mit der mentalen Aufgabe beschäftigt war. Dass hier eine vielleicht interne top-down Aktivierung stattfand, ist nicht zu begründen. Man beachte, dass in den genannten Beispielen die Korrelation von mentaler Aktivität und der Aktivität von gewissen neuronalen Komponenten gefunden wird unabhängig davon, ob die Aktivierung des neuronalen Mechanismus bottom-up oder vielleicht top-down erfolgte. (3) Das letzte Beispiel für ein top-down Effekt ähnelt unserem oben erwähnten Beispiel für einen bottom-up Effekt: eine Zellmembran, die Ionenkanäle enthält, die fortgeleitete Aktionspotentiale generieren [6]. Im Sinne von Carl Craver könnten wir wie folgt argumentieren: Das emergierende Systemverhalten ist die elektrische Erregbarkeit, ablesbar am Zeitverhalten des Membranpotentials V, das den Zeitverlauf eines Aktionspotentials zeigt. Wenn wir nun diesen Zeitverlauf ändern (durch Einschalten der voltage clamp [8]), dann ist unser Angriffspunkt die kg auf Ebene n. Die synchronen Änderungen auf Ebene n-1 (Änderungen der Ionenströme durch die Kanäle) müssen top-down erfolgt sein. Deshalb ist dies ein erfolgreiches top-down Experiment.

8 Der philosophische Edelzwicker Diese Argumentation ist jedoch fehlerhaft. Man kann einen Zeitverlauf nicht direkt verändern. Der Angriffspunkt einer Interaktion müssen Objekte sein, in diesem Fall Komponenten. So ändert ja auch eine voltage clamp nicht primär die Spannung, sondern den Strom. Der Strom wird durch Rückkopplung so eingestellt, dass die Spannung den gewünschten Wert annimmt. Wir können also nicht V(t) verändern ohne an Komponenten anzugreifen. Weiterhin, wenn wir mit der voltage clamp V konstant halten, entkoppeln wir die Ströme durch individuelle Kanäle von einander. Das ist ein massiver Eingriff in die Kausalrelationen der Komponenten. Der Mechanismus, der untersucht werden soll, existiert nicht, solange die voltage clamp eingeschaltet bleibt. In der Summe haben wir keinen Weg gefunden, mit der kg eines Mechanismus zu interferieren, ohne primär-interaktiv an seinen Komponenten anzugreifen. Das ist nicht nur unbequem, sondern es ist hoch-signifikant. Und man hätte es erwarten können wegen der abhängigen Existenz einer konstitutiven Ganzheit von ihren Komponenten. Bottom-up (2): Im Folgenden setzen wir voraus, dass mentale Eigenschaften und mentales Verhalten Emergenzen sind,

9 die auf neuronalen Mechanismen beruhen. Diese Voraussetzung ist kompatibel mit dem bekannten Prinzip der Supervenienz (Abhängigkeit) mentaler Eigenschaften über neuronale Eigenschaften [10]. Auch in diesem Fall sind die Emergenzen im Besitz von konstitutiven Ganzheiten. Diese wären mentale Objekte, etwa bewusste Repräsentationen eines realen Objektes oder bewusste Repräsentationen eines Gedächtnisinhaltes, über die eine Versuchsperson berichten kann. Um nun eine bottom-up Wirkung hervor zu rufen, muss man mit den Komponenten des neuronalen Mechanismus interferieren, etwa mit einigen der vielen Neuronen, die Komponenten des Mechanismus sind. Das gelingt auf einfache Weise. Das Einatmen von Lachgas, der Konsum von Alkohol oder z.b. die Injektion von Stresshormon wirkt auf Neurone. Schon an einzelnen, isolierten Neuronen kann man ja zeigen, dass ihre Funktion durch die genannten Stoffe verändert wird. Das Resultat ist aus dem täglichen Leben bekannt. Der Bericht der Versuchsperson, etwa über ihre Gedächtnisinhalte, ändert sich unter dem Einfluss der Drogen und Wirkstoffe. Die mentalen Repräsentationen der Gedächtnisinhalte müssen sich geändert haben. Das bottom-up Experiment ist gelungen.

10 Der philosophische Edelzwicker Top-down (2): Das Vorhaben eines mentalen top-down Experimentes bringt uns wieder in Schwierigkeiten. Wir möchten eine direkte Wirkung auf die konstitutive Ganzheit ausüben, so wie es in der Graphik aus S.146 von [6] angegeben wird. Aber wie sollen wir die konstitutive Ganzheit, hier ein mentales Objekt, etwa die Repräsentation eines Gedächtnisinhaltes, ändern ohne primär neuronale Komponenten zu beeinflussen? Die oben angeführten Experimente zeigen, dass dies in der Praxis nicht gelingt. Im Folgenden werden wir ableiten, dass top-down Wirkungen theoretisch nicht möglich sind. Wir formulieren dazu das Prinzip des Enthalten-Seins, das die Konsequenzen einer konstitutiven Relation zusammenfasst. Das Prinzip des Enthalten-Seins: (a) Konstitution: die Komponenten (K) sind in ihrer konstitutiven Ganzheit (kg) enthalten. (b) Konstitutive Änderungen von kg und K sind synchron (gleichzeitig). Formulierungen wie Das Ganze beeinflusst seine Teile sind irreführend. Nicht ganz treffend sind auch Formulierungen wie die Teile ändern das Ganze. Richtig ist: Der externe Einfluss XY wirkt auf die Komponente K x und ändert K x und kg gleichzeitig (s. Punkt (d)). (c) Abhängigkeit: die kg hat von K abhängige Eigenschaften und eine von K abhängige Existenz. Denn Komponenten

11 existieren als Objekte weiter, wenn die Ganzheit aufgelöst wird, aber die kg existiert nicht weiter. 4 Die Abhängigkeit ist einseitig, permanent, synchron, vollständig und exklusiv. Ausschließlich die Komponenten konstituieren die Ganzheit. Jede Änderung einer kg erfordert also die Änderung einer K. 5 (d) Von außen kommende Interaktionen haben als Angriffspunkt eine Komponente. Die kg kann wegen ihrer exklusiv abhängigen Existenz kein Angriffspunkt sein. Eine 'wechselseitige Manipulierbarkeit' 6 ist nicht gegeben, denn Intervention an der kg ist nicht möglich. Somit ist auch die top-down Aktivierung eines Mechanismus nicht möglich. (e) bottom-up: Die Richtungsbezeichnung bottom-up ist (trotzt der synchronen Änderung von K und kg) dann gerechtfertigt, wenn der Angriffspunkt der experimentellen Intervention eine Komponente ist. Dies kann an der isolierten Komponente nachgewiesen werden. (f) top-down: Die Richtungsbezeichnung top-down wäre dann gerechtfertigt, wenn der Angriffspunkt der experimentellen Intervention an der kg erfolgt und nicht an einer K. Einen solchen Angriffspunkt kann es jedoch wegen der exklusiv abhängigen Existenz von kg nicht geben (Punkt (d)). (g) Kausal-Interaktionen zwischen kg und K sind bottom-up und auch top-down wegen fehlender Begegnung unmöglich. 4 Ylikoski, P., Constitutive counterfactuals and explanation, in What if? So what! Interdisciplinary Approaches to Counterfactual Reasoning. 2007: Faculty of Philosophy, Erasmus University Rotterdam) 5 Vgl. die Mereologische Supervenienz nach Jaegwon Kim [11]. 6 Siehe Seite 159 in Craver (2007).

12 Der philosophische Edelzwicker Denn K kann kg nicht begegnen, wenn es in ihm enthalten ist. 7 (h) Eine auf die bottom-up Wirkung folgende, wie auch immer geartete top-down Wirkung würde einen funktionellen Zirkel schließen. Fazit: Das Prinzip des Enthalten-Seins mit dem Prinzip der exklusiv abhängigen Existenz von Ganzheiten zeigt, dass top-down Wirkungen von einer konstitutiven Ganzheit auf ihre Komponenten theoretisch nicht möglich sind. Dazu müsste ja zunächst kg durch einen Fremdeinfluss geändert werden können. Kein Wunder, also, dass top-down Wirkungen empirisch nicht überzeugend nachgewiesen werden konnten. Sie sind, wegen der nahe liegenden Möglichkeit von bottom-bottom Wirkungen, auch nicht zwingend zu erwarten. Von den eingangs genannten Thesen ist die zweite also nicht gerechtfertigt, das Ganze bestimmt nicht top-down das Verhalten seiner Teile. 7 vgl. S. 552 in [7].

13 Ausblick: Als Konsequenz der exklusiv abhängigen Existenz von Ganzheiten sind diese keine interaktionsfähigen Objekte und topdown Wirkungen von einer Ganzheit auf ihre Teile sind nicht möglich. In den folgenden Kapiteln werden wir den Begriff der Ganzheit neu fassen. Da Ganzheiten nicht interaktionsfähig sind, vermuten wir, dass sie nicht real sind, in der Realität garnicht vorkommen. 8 Ganzheiten sind zwar Teile unseres alltäglichen Weltmodells, jedoch wegen ihrer 'abhängigen Existenz' ohne direkte Entsprechung in der Welt. Als Konstrukte eines neuronalen 'konstitutiven Prozesses' werden sie in vorgestellten Konstruktionsebenen angeordnet und nehmen an vorgestellten Interaktionen teil. Allein die unterste Ebene des neuen Systemmodells, die sog. Nullebene, kann reale, interagierende Objekte enthalten. Diese sind unseren Sinnesorganen nicht zugänglich. Nur ihre makroskopischen Konsequenzen werden von uns beobachtet und begrifflich strukturiert. 8 Siehe die Abschnitte Die Ganzheit als Konstrukt und Das Mentale.

14 Der philosophische Edelzwicker Bibliographie 1. Dettmann, U., Der radikale Konstruktivismus: Anspruch und Wirklichkeit: eine Theorie. Die Einheit der Gesellschaftswissenschaften. 1999, Tübingen: Mohr Siebeck. 286 Seiten. 2. Tautz, J., Phänomen Honigbiene. 2007, München: Elsevier Spektrum. 278 Seiten. 3. Bertalanffy, L.v., General System Theory. 1969, New York: George Braziller. 296 pages. 4. Aristoteles, Metaphysik. Vol. VII 10, 1041 b. ca. 330 B.C. 5. Harrington, A., Die Suche nach Ganzheit. 2002, Reinbek: Rowohlt Tb. 496 Seiten. 6. Craver, C.F., Explaining the brain. Mechanisms and the mosaic unity of neuroscience 2007, New York: Oxford University Press. 308 pages. 7. Craver, C.F. and W. Bechtel, Top-down causation without top-down causes. Biology and Philosophy, : p Hodgkin, A.L. and A.F. Huxley, A quantitative description of membrane current and its application to conduction and excitation in nerve. J. Physiol., : p Libet, B., et al., Time of conscious intention to act in relation to onset of cerebral activity (readiness potential). The unconscious initiation of a freely voluntary act. Brain, (3): p Davidson, D., Mental Events. Reprinted in Essays on Actions and Events ed. 1970, Oxford: Clarendon Press. 11. Kim, J., Supervenience, in A Companion to the philosophy of mind, S. Guttenplan, Editor. 1994, Blackwell: Oxford. p

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