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Teil 2


Neurobiologische und naturalistische Vorstellungen zu Bewusstsein

Unser Gehirn – nur ein gewöhnlicher Computer?

Eine sehr eingängige und leicht verständliche Definition zu dem Begriff Bewusstsein liefert der Hirn- und Bewusstseinsforscher G. Tononi:

Textfeld: “Jeder weiß, was Bewusstsein ist: Es ist das, was jede Nacht verschwindet, sobald wir in einen traumlosen Schlaf fallen, und wiederkommt, sobald wir aufwachen oder träumen. So gesehen ist der Begriff Bewusstsein synonym mit Erleben...“ (übersetzt aus Tononi 20128)

Die Ansicht, dass es keine übernatürliche Seele gibt, sondern dass das Bewusstsein des Menschen und dessen Vorstufen bei den Tieren ein rein neurophysiologisches Phänomen ist, vertreten viele Hirnbiologen und naturalistisch eingestellte Philosophen. 

Daniel Dennett5 ist einer der Philosophen des Geistes, die eine konsequent naturalistische Auffassung über mentale Prozesse vertreten. Bewusstsein ist für ihn „nichts weiter als ein Teil unserer biologischen Ausstattung“, darum könne man es auf die gleiche Weise untersuchen wie andere natürliche Phänomene.

Textfeld: „Der bewusste menschliche Geist ist so etwas wie eine sequentielle virtuelle Maschine, die – ineffizient – auf der parallelen Hardware implementiert ist, die uns die Evolution beschert hat.“

Es gibt also nach dieser Auffassung also nur neurobiologische Prozesse, die dem Bewusstsein zugrunde liegen, und somit nach physikalischen und chemischen Gesetzen ablaufen. Diese umfassen natürlich auch die Verarbeitung von Informationen aus der Umwelt, denn ein Gehirn bildet sich in der Komplexität seiner neuralen Vernetzung nicht von allein aus, sondern es bedarf  der Interaktion mit anderen Gehirnen (Gazzaniga, 2012)6, um sich zu einem bewusstseinsfähigen Organ entwickeln zu können, und auch um die Bewusstseinsfähigkeit aufrechterhalten zu können.  

Diese rein biologische Auffassung ist nicht unumstritten: Es gibt einige Philosophen, die in dieser Auffassung einen reduktionistischen Materialismus sehen, in welchem die „Gefahr“ gesehen wird, dass der Mensch und andere Lebewesen zu „Biorobotern” oder Biocomputern „reduziert” werden.

Interessant ist in diesem Zusammenhang aber gerade die streng naturalistische Sichtweise, die besagt, dass es neben neurophysiologischen Prozessen keine davon abgehobene „andere Qualität” gibt, also keine transzendierte Seele oder einen übernatürlichen Geist.

Das menschliche Gehirn wird somit tatsächlich als eine Art Biocomputer verstanden, womit nicht ausgesagt werden soll, dass das Gehirn wie ein konventioneller Computer aufgebaut ist und so funktioniert. Wenn man dieser Auffassung nach ein Gehirn detailgetreu auf “Siliziumbasis” nachbauen könnte, das alle neuralen Schaltkreise und deren Prozesse reproduzieren könnte, dann wäre dies eine hochkomplexe Maschine, aber diese hätte der naturalistischen/materialistischen Auffassung nach genauso ein Bewusstsein und eine Erlebnisfähigkeit wie ein biologisches Gehirn. Denn das Bewusstsein entsteht aus den zugrunde liegenden hochkomplexen neuralen Verschaltungen und deren Prozesse. Ob nun auf Zell-Basis oder synthetischer Silizium- Basis wäre in diesem Fall egal.

So sieht das auch der Mainzer Geistesphilosoph Thomas Metzinger. In seinem Buch „Der Ego-Tunnel“7 weist er darauf hin, dass es „das Selbst“ in Wirklichkeit gar nicht gibt, sondern dass subjektives Erleben, eben der „Ego-Tunnel“, ein biologisches Datenformat ist, welches vom Gehirn erzeugt wird.

Textfeld: „(...) Ich möchte gleich zu Anfang darauf hinweisen, dass unser eigenes Gehirn zwar den Ego-Tunnel erzeugt, es aber trotzdem niemanden gibt, der im wörtlichen Sinn in diesem Tunnel lebt. Wir leben mit ihm und durch ihn, aber es gibt kein kleines Männchen, das alle diese Vorgänge im Gehirn aktiv organisiert und hinter der Bühne die Fäden in der Hand hält. Das Ego und der Tunnel sind in der natürlichen Evolution entstandene repräsentationale Phänomene – ein Produkt automatisch ablaufender, dynamischer Selbstorganisation auf vielen Ebenen. Letztlich ist subjektives Erleben ein biologisches Datenformat, eine innere Form des Gegebenseins, eine hochspezifische Weise der Präsentation von Information über die Welt, bei der diese so erscheint, als wäre sie das Wissen eines Ego. In Wirklichkeit aber existiert so etwas wie „das Selbst“ nicht. Ein biologischer Organismus als solcher ist kein Selbst. Ein Ego ist ebenfalls kein Selbst, sondern lediglich eine Form von repräsentationalem Inhalt – nämlich der Inhalt eines transparenten Selbstmodells, das im Gehirn eines Organismus aktiv ist. (...)“ (aus Einleitung: Thomas Metzinger: Der Ego-Tunnel)7

Das bedeutet, dass das subjektive Bewusstsein aus den Eigenschaften der Materie heraus entsteht. Die Art der Strukturierung und Funktionsweise des zentralen Nervensystems sorgt dafür, dass Repräsentationen von der „Außenwelt“ und des „Egos“ entstehen.

Wie genau vielleicht Bewusstsein bzw. Erleben in einem neuralen, aber theoretisch auch durchaus anders gearteten informationsverarbeitenden Netzwerk (Computer) entstehen könnte, liefert G. Tononi mit seiner Theorie des Bewusstseins als Integrierte Information8-14:

Giulio Tononi, ein Psychiater und Bewusstseinsforscher von der Universität Wisconsin, hat eine Theorie aufgestellt, nach der Bewusstsein dann entsteht, wenn ausreichend „integrierte Information“ vorliegt. Es muss genügend Information in einem biologischen oder auch nicht-biologischen System (z.B. Computer) vorhanden sein- und diese Informationsfülle muss integriert sein. Daher heißt seine Theorie:

(Integrated Theory of Conciousness, IIT)

Dazu folgt nun ein Exkurs zu Tononis fundamentalen Grundbegriffen von Information und Integration:

Die Photodiode und der Mensch – der Unterschied im Hinblick auf die Informationsfülle:

Tononi führt zur Erklärung, was mit Information im Hinblick auf bewusstes Erleben gemeint ist, den Vergleich zwischen einer Photodiode und einem menschlichen Betrachter an: Beide werden vor einen Bildschirm platziert, der abwechselnd durchgehend hell aufleuchtet und wieder ausgeht, d.h. ein durchgehend dunkles Bild zeigt. Warum nimmt der Mensch die beiden unterschiedlichen Zustände bewusst wahr, während die Photodiode dies aller Wahrscheinlichkeit nach nicht tut? Tononi sieht die entscheidende Eigenschaft darin, wie viel Information jeweils bei der Hell-Dunkel-Unterscheidung erzeugt wird. Der elektronische Mechanismus der Photodiode kann hierbei nur zwei Alternativen unterscheiden: hoher Stromfluss ab einem bestimmten Schwellenwert bei hoher Lichtintensität (‚hell’) und niedriger bzw. gar kein Stromfluss bei geringerem bzw. fehlendem Lichteinfall (‚dunkel’). In diesem Fall wird nämlich nur 1 Bit an Information erzeugt.

Ein Mensch nimmt den Zustand ‚hell’ aber deswegen bewusst wahr, da Prozesse in seinem Gehirn auf eine besondere Weise zwischen einer ungemein größeren Anzahl an Alternativen unterscheiden können: ‚Hell’ wird nicht nur von ‚dunkel’ unterschieden, sondern von z.B. einem roten Bildschirm, einem grünen Bildschirm, einem Filmeinzelbild, von einem  Geräusch, einem anderen Geräusch, einem Gedanken, einem anderen Gedanken usw. Die menschliche Wahrnehmung von ‚hell’ ist daher beträchtlich gehaltvoller, da in diesem Augenblick eine ungeheure Anzahl von Alternativen zwar ausgeschlossen werden, diese aber im Repertoire dennoch mit vorhanden sind. Wenn man diese anderen Alternativen Schritt für Schritt eliminieren würde (z.B. durch Zerstörung/Inaktivierung spezieller Neuronengruppen), würde die Wahrnehmung von ‚hell’ immer weniger gehaltvoll werden, bis sie nur noch bei der Zwei-Wege-Unterscheidung analog zum Photodiodenmechanismus angelangt ist. Der Mensch nimmt ‚hell’ also deswegen bewusst(er) wahr, weil er nicht nur wie der Mechanismus der Photodiode zwei Alternativen zur Auswahl hat, sondern Trillionen von anderen Möglichkeiten. Für das bewusste Wahrnehmen müssen also eine ungeheure Anzahl an Alternativen zur Verfügung stehen, aus denen dann eine ausgewählt wird und die anderen ausgeschlossen werden (Informationserhalt ist die Reduktion von Unbestimmtheit).

Diese Informationsfülle muss nicht nur ausreichend groß sein, sie muss auch integriert sein. Zur Verdeutlichung des dazugehörigen Begriffs Integration führt Tononi das Gedankenexperiment mit der Digitalkamera an8:

Die Digitalkamera: eine Fülle von Informationen – hat sie deswegen bewusstes Erleben?

Wenn nun ein Chip einer Digitalkamera 1 Million Photodioden enthält, von denen jede jeweils zwei Zustände (ein und aus) einnehmen kann, würde dies eine Informationsfülle von 21000000 möglichen unterschiedlichen Zuständen ergeben, gleichbedeutend mit 1 Million Bits an Information. Könnte man der Digitalkamera nun ein Bewusstsein zusprechen? Bei genauerer Betrachtung ist ein solcher Chip nur eine Ansammlung von für sich unabhängigen Photodioden mit jeweils nur einem Repertoire von 1 Bit an unterschiedlichen In- und Outputs, er ist kein in sich verflochtenes System, also keine integrierte Einheit. Ein menschliches Gehirn fällt nach Tononis Theorie dagegen Unterscheidungen innerhalb eines breiten Repertoires an Alternativen als ein einziges, integriertes System, welches nicht in Einzelkomponenten mit jeweiligen eigenen separatem Repertoire zerlegt werden kann. Jede bewusste Erfahrung ist daher ein integriertes Ganzes. Beispielsweise kann man die bewusste Wahrnehmung eines roten Apfels nicht auf separate Empfindungen seiner Farbe und seiner Form reduzieren.

Φ (Phi)

Tononi legt also dar, dass zur Entstehung von bewusstem Erleben sowohl ausreichend Information wie auch Integration vorhanden sein muss. Er konstruierte eine mathematische Variable, Φ (Phi), die das Ausmaß an integrierter Information darstellt:

Je höher der Wert von Φ, desto größer ist das Ausmaß an integrierter Information, und desto höher ist damit das Ausmaß von Bewusstsein.

Integrierte Information bei einem neuralen System oder anders gearteten Netzwerk-System liegt dann vor, wenn der Informationsgehalt des Gesamtsystems höher ist als der seiner Einzelkomponenten (jede unabhängig für sich allein betrachtet) zusammen. Das bedeutet: Erst wenn gegenseitige Interaktionen zwischen den Einzelkomponenten untereinander erfolgen, also informationsverabeitende Einzelkomponenten miteinander konnektiert sind, dann entsteht im Gesamtsystem ‚Integrierte Information’.

Wenn alle Einzelkomponenten unabhängig voneinander arbeiten bzw. nur wenige gegenseitige Beeinflussung untereinander erfolgt, dann ist der Wert Φ (Phi) = 0 bzw. relativ gering.

Tononi veranschaulicht den Unterschied zwischen einem System, das sowohl aus hochdifferenzierten Einzelkomponenten besteht, und diese untereinander stark integriert sind, und einem System, das zwar hoch differenzierte Einzelkomponenten aufweist, die aber wenig untereinander integriert sind, mit der Darlegung des Unterschiedes zwischen Großhirn und Kleinhirn:

Unterschied zwischen Großhirn und Kleinhirn im Hinblick auf Bewusstsein:

Hoch integrierte Information benötigt ein Netzwerk, das funktionelle Spezialisierung mit funktioneller Integration verbindet: Diese Art der Architektur ist im Thalamokortikalen System (Großhirnrinden-Thalamus-Netzwerk) bei Säugetieren verwirklicht, denn in einem solchen sind verschiedene Teile der Hirnrinde auf verschiedene Funktionen spezialisiert, und gleichzeitig existiert daneben ein breites Netzwerk von Verbindungen („Superhighways“), welches diesen spezialisierten Teilen erlaubt, miteinander zu interagieren. Dagegen ist der Wert für Integrierte Information Φ im Kleinhirn niedrig, da dessen neurales System auf kleinen, quasi-unabhängigen Modulen aufgebaut ist. Deshalb trägt es auch trotz seiner immensen Anzahl an Neuronen (mehr als Großhirn!) kaum etwas zur Bewusstseinsentstehung bei. Eine Schädigung des Großhirns bzw. allein schon die Störung seiner Elektrodynamik (Stromschlag, starkes magnetisches Feld) führt zu Bewusstseinsverlust9.

Reentry und Dynamic-Core-Hypothese:

Tononi beschreibt diese integrierenden Verschaltungsprozesse zwischen spezialisierten neuronalen Gruppen im Thalamokortikalen System (Großhirnrinden-Thalamus-Netzwerk) als sog. Reentry-Prozesse, welche in kürzester Zeit einen kurzfristigen global kohärenten Prozess zu etablieren vermögen. Ein solcher Prozess von Integrierter Information wird von Tononi an anderer Stelle flexibles oder dynamisches Kerngefüge (dynamic core) genannt: Die Aktivität einer Neuronengruppe trägt dann zum Entstehen bewussten Erlebens bei, „wenn diese Teil eines funktionalen Clusters und über den Zeitraum von einigen hundert Millisekunden durch starke gegenseitige Wechselwirkung mit einer Reihe anderer neuronalen Gruppen gekennzeichnet ist …“

Dabei muss ein solcher Cluster hoch differenziert sein, und bei sich ständig ändernder (deswegen „dynamisch“!) Zusammensetzung integriert sein 10.

Ein bewusster Moment entsteht also dadurch, dass im zentralen Nervensystem ein räumliches Kerngefüge von neuronalen Gruppen gebildet wird, welches hochdifferenziert (Informationsbildung) und miteinander – durch die erwähnten Reentry-Mechanismen – integriert ist.

Erwähnenswert hierzu sind auch Hypothesen, die besagen, dass Bewusstsein als ein elektromagnetisches Phänomen verstanden werden kann:

Susan Pockett schreibt in ihrer Arbeit (The Nature of Consciousness)19:

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