1. Methoden der Hirnforschung 2. Mechanistische Erklärung 3. Neuronale Mechanismen 4. Erklärung des Bewusstseins?

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1 1. Methoden der Hirnforschung 2. Mechanistische Erklärung 3. Neuronale Mechanismen 4. Erklärung des Bewusstseins? Brigitte Falkenburg 1

2 1. Methoden der Hirnforschung 2

3 top-down down/analytisch: Atomistisch ( mereologisch mereologisch ): ):Ganzes Teile Physik & Chemie: Chemische Stoffe Moleküle Moleküle Atome Atome Elektronen & Atomkerne Atomkerne Protonen & Neutronen Quarks Biologie: Vorgehen aller Naturwissenschaften! Organismus Organstruktur Zellen DNS Moleküle Gehirn Gehirnareale Neurone 3

4 top-down/analytisch: Kausal: Phänomene Ursachen Physik & Chemie: Chemische Reaktionen Moleküle & physikalische Prozesse Physikalische Prozesse Kräfte & Felder & Atome subatomare Wechselwirkungen Biologie: Vorgehen aller Naturwissenschaften! Organstruktur Zellbiologie biochemische Prozesse kognitive Leistungen des Gehirns neuronale Aktivitäten 4

5 top-down/analytisch: Kausal: Phänomene Ursachen kognitive Leistungen des Gehirns neuronale Aktivitäten Mentale Ausfälle Hirnschädigungen Reiz-Reaktions Reaktions-Experimente: mentale/physische Reaktionen Gehirnaktivität Gehirnaktivität elektro-chemische Prozesse (bildgebende (Signalübertragung Verfahren) in Neuronen & an Synapsen) Vorgehen aller Naturwissenschaften! 5

6 top-down/analytisch: Vorgehen aller Naturwissenschaften! Atomistischer Aspekt: Ganzes Teile Gehirnarchitektur (Neuroanatomie) KausalerAspekt: Phänomene Ursachen Ursachen kognitiver Leistungen ( Schluss auf die beste Erklärung ) 6

7 top-down/analytisch: Vorgehen aller Naturwissenschaften! Atomistischer Aspekt: Ganzes Teile Gehirnarchitektur (Neuroanatomie) KausalerAspekt: Phänomene Ursachen Ursachen kognitiver Leistungen ( Schluss auf die beste Erklärung ) BeideAspekte Mechanistische Erklärung 7

8 2. Mechanistische Erklärung 8

9 Vorgehen aller Naturwissenschaften! bottom-up up/synthetisch: Wirkung Ursache Ganzes Teile Aktivitätender kausalen Komponenten eines Mechanismus erklären höherstufige Phänomene. Carl F. Craver (2007): Explaining the Brain. Mechanisms and the mosaic unity of neuroscience. 9

10 Vorgehen aller Naturwissenschaften! bottom-up/ up/synthetisch synthetisch: Wirkung Ursache Ganzes Teile Aktivitätender kausalen Komponenten eines Mechanismus erklären höherstufige Phänomene. Zahnräder im Uhrwerk Anzeige der Uhrzeit 10

11 Vorgehen aller Naturwissenschaften! bottom-up up/synthetisch: Wirkung Ursache Ganzes Teile Aktivitätender kausalen Komponenten eines Mechanismus erklären höherstufige Phänomene. Himmelskörper & Schwerkraft Sonnensystem 11

12 Vorgehen aller Naturwissenschaften! bottom-up up/synthetisch: Wirkung Ursache Ganzes Teile Aktivitätender kausalen Komponenten eines Mechanismus erklären höherstufige Phänomene. Atom-und Kristallstruktur Beschaffenheit eines Minerals 12

13 Vorgehen aller Naturwissenschaften! bottom-up/ up/synthetisch: Wirkung Ursache Ganzes Teile Aktivitätender kausalen Komponenten eines Mechanismus erklären höherstufige Phänomene. Typisch auch für Neurobiologie! (Craver 2007) 13

14 Vorgehen aller Naturwissenschaften! bottom-up/ up/synthetisch: Wirkung Ursache Ganzes Teile Aktivitätender kausalen Komponenten eines Mechanismus erklären höherstufige Phänomene. Neurone & Synapsen neuronales Netz im Kortex 14

15 bottom-up/ up/synthetisch:?? Wirkung Ursache Ganzes Teile Kausalen Aktivitätender Neurone: Erklären sie auch mentale Phänomene/Erleben/Bewusstsein? neuronales Netz im Kortex???? Bewusstsein 15

16 bottom-up/ up/synthetisch: atomistische & kausale Erklärungserfolge: neuronale Aktivititäten neuropathologische Symptome Gehirn-Stimulation physische/mentale Reaktionen neuronale Aktivitäten kognitive Leistungen (Mustererkennung, Lernen, Erinnerung) ZIEL der Erklärung ist: Gehirn Geist/Bewusstsein Vorgehen aller Naturwissenschaften!?? Wieviel leistet die mechanistische Erklärung? 16

17 3. Neuronale Mechanismen 17

18 Neuronale Signalübertragung: In Analogie zur Computerwissenschaft! mechanistisch & (schwach) deterministisch Schaltkreis-Modell der Neurone neuronale Netze Gehirn = parallel vernetzter Computer? (Hodgkin & Huxley 1945) 18

19 Signalübertragung in Neuronen: näherungsweise deterministisch (Computer-Analogie) Signalübertragung an Synapsen: indeterministisch (Wirkungsgrad der Neurotransmitter z.t. nur %) Neuronales Netz, als Algorithmus: In Analogie zur Computerwissenschaft! statistisches Näherungsverfahren (stochastische stochastischegrundlagen!) kein strikter neuronaler Determinismus! 19

20 In Analogie zur Computerwissenschaft! Schaltkreis-Modell der Neurone Computer-Analogie (formal) Erweiterung: begriffliche Analogie - Information als Brückenbegriff 20

21 Schaltkreis-Modell der Neurone Computer-Analogie (formal) Erweiterung: begriffliche Analogie - Information als Brückenbegriff -bloßer Analogieschluss: Gehirn : Geist Computer : Information keine mechanistische Erklärung kognitiver Leistungen! 21

22 Mehrstufige Erklärung: 4. Stufe: Brückenbegriff Information Gehirn : Geist Computer : Information 3. Stufe: Brückenbegriff Information Gehirn : kognitive Leistung (Lernen etc.) Computer : Information 2. Stufe: formale Computer-Analogie Kortex = neuronales Netz 1. Stufe: formale Computer-Analogie Neuron = Schaltkreis (deterministisch) Synapse chemische Neurotransmitter (indeterministisch) 22

23 Problem: Wo sind die Grenzender wissenschaftlichen Erklärung? 3. & 4. Stufe: bloßer Analogieschluss (nur gestützt auf Brückenbegriff Information ; sehr schwacher Typ wissenschaftlicher Erklärung!) 1. & 2. Stufe: mechanistische Erklärung (formale Computer-Analogie: natürliches künstliches neuronales Netz) 23

24 Physische Phänomene: Gehirn Neurone Elektrochemie - top-down & bottom-up up-methoden funktionieren bestens - atomistische & kausale Aspekte mechanistische Erklärung - Kausale Komponenten eines Mechanismus erklären höherstufige Phänomene - Aber: Funktion des Gehirns durch den Informationsbegriff gedeutet Vorgehen aller Naturwissenschaften! 24

25 Mentale Phänomene/Bewusstsein: Kognitive Fähigkeiten? neuronales Netz - top-down & bottom-up -Methoden funktionieren nicht mehr In Analogie zur Computerwissenschaft!? - Keine mechanistische Erklärung kausale Komponenten des Geschehens? mechanistische Erklärung - Teile-Ganzes Ganzes-Beziehung Gehirn???? Geist - kausale Analyse Ursachen der Bewusstseinsinhalte 25

26 4. Erklärung des Bewusstseins? 26

27 Grenzen der analytisch- synthetischen Methode! Bewusstseinsinhalte: Kognitive Fähigkeiten? neuronales Netz - Funktion des Gehirns durch den Informationsbegriff gedeutet - top-down & bottom-up up-methoden funktionieren nicht mehr - keinemechanistische Erklärung? atomistische & kausale Aspekte unklar - Kausale Komponenten eines Mechanismus, der Bewusstsein erklärt, völlig unbekannt! 27

28 Grenzen der analytisch- synthetischen Methode! I. Bewusstseinsinhalte lassen sich nicht mit den üblichen top-down und bottom-up -Verfahren analysieren. Computer- Information Libet- Experiment???? kausal relevante Faktoren unserer Entscheidungen II. Kognitive Leistungen werden nicht durch kausale Mechanismen erklärt, sondern durch die Analogie mit der Computer-Information.???? Information, die wir verstehen 28

29 Grenzen der analytisch- synthetischen Methode! III. Für Gehirn & Geist gibt es keine gemeinsamen Messgrößen, anders als für die bottom-up Modelle der Physik & Chemie. synchrones Feuern der Neurone???? Entstehung von Bewusstsein ist kein Phasenübergang! IV. Das Bewusstsein ist kein Teil, sondern eine Funktion des Gehirns. Bewusstsein hat Kognitive keine störanfälligen Ausfälle???? Komponenten! 29

30 Grenzen der analytisch- synthetischen Methode! V. Es gibt bisher keine strikte (oder gar deterministische) kausale/mechanistische Erklärung des Bewusstseins. VI. Bewusstsein & kognitive Funktionen des Gehirns können nur durch lose heuristische Kausalbeziehungen aus ihren neuronalen Grundlagen erklärt werden. Notwendige Bedingungen für kognitive Funktionen (top-down)???? Hinreichende Bedingungen für Entstehung von Bewusstsein (bottom-up up) Wir wissen nicht, was das Bewusstsein ist! 30