Brigitte Falkenburg

Münster, 9. Mai 2012Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de

Analyse des Bewusstseins? 1

1. Naturwissenschaftliche Analyse2. Methoden der Hirnforschung3. Kausalität & Determinismus4. Neuronale Mechanismen5. Phänomene & experimentelle

Methode6. Trügerische Intuitionen

Naturwissenschaftliche Analyse des Bewusstseins?

Intuitionen in der Hirnforschung und wann sie trügen

1. Naturwissenschaftliche Analyse

Brigitte FalkenburgNaturwissenschaftliche Analyse des Bewusstseins? Trügerische Intuitionen in der Hirnforschung

Vorbild: Analytisch-synthetische Methode

Metaphysik seit Descartes Physik seit Galilei & Newton : Mereologischer Aspekt:

Ganzes = Summe seiner Teile: Atomismus!

Kausaler Aspekt: Ursachen/Prinzipien = Kräfte & Atome

(„Schluss auf die beste Erklärung“)

R.Descartes (1596-1650): Discours (1634)Allgemeine Methode der Wissenschaft: 4 Regeln(2) „Analysis“: Zerlegung des Problems

„jedes Problem [...] in so viele Teile zu teilen, wie es angeht und wie es nötig ist, um es leichter zu lösen.“

(3) „Synthesis“: Zusammensetzung der Lösung „[...] mit den einfachsten und am leichtesten zu durch-

schauenden Dingen zu beginnen, um so [...] bis zur Erkenntnis der zusammengesetztesten aufzusteigen“.

2-Substanzen-Lehre!

I.Newton (1643-1727): Opticks (1730)

„ Auf diese Weise können wir in der Analysis vom Zusammengesetzten zum Einfachen, von den Bewegungen zu den sie erzeugenden Kräften fortschreiten; überhaupt von den Wirkungen zu ihren Ursachen, von den besonderen Ursachen zu den allgemeineren, bis der Beweis mit der allgemeinsten Ursache endet. [...] Die Synthesis dagegen besteht darin, dass die entdeckten Ursachen als Prinzipien angenommen werden, von denen ausgehend die Phänomene erklärt und die Erklärungen bewiesen

werden.”

Analysis = „resolutives“ Vorgehen (Dekomposition)

Ganzes Phänomene

Teile/Atome Ursachen/Prinzipien

Synthesis = „kompositives“ Vorgehen (Rekomposition) Münster, 9. Mai 2012

Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins? 6

„top-down“

„bottom-up“

Erste Intuition:Die analytisch-synthetische

Methode ist universell anwendbar.

Physik, Chemie, Biochemie, ..., Hirnforschung:

unbegrenzt anwendbar - AUCH zur Erklärung des

BEWUSSTSEINS ?? Analysis = „resolutives“ Vorgehen

(Dekomposition) Ganzes Phänomene

Teile/Atome

Ursachen/Prinzipien Synthesis = „kompositives“ Vorgehen

(Rekomposition)Münster, 9. Mai 2012

„top-down“

„bottom-up“

2. Methoden der Hirnforschung

top-down: Ganzes Teile; Phänomene Ursachen Gehirn Areale & Neurone (Teile) kognitive Ausfälle Hirnschädigungen (Ursachen) Reaktionen Gehirnaktivität

(Experimente) (bildgebende Verfahren) Gehirnaktivität elektrochemische Prozesse

(bildgebende Verf.) (Signale in Neuronen & an Synapsen)

Mereologisch (Ganzes Teile): Gehirnarchitektur (Neuroanatomie)

Kausal (Phänomene Ursachen): Erklärung kognitiver Leistungen(„Schluss auf die beste Erklärung“)

Analytisch-synthetische Methoden:

bottom-up: mereologische & kausale Erklärung Gehirn Geist/Bewusstsein neuronale Aktivititäten neuropathologische

Symptome Gehirn-Stimulation physische/mentale Reaktionen neuronale Aktivitäten kognitive Leistungen

(Mustererkennung, Lernen, Erinnerung)

Mechanistische Erklärung: Aktivitäten der kausalen Komponenten eines Mechanismus

erklären höherstufige Phänomene. kausale & mereologische

Aspekte! Münster, 9. Mai 2012Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de

Gehirn mentale Phänomene

Neurone neuronale

Aktivitäten Synthesis = „kompositives“ Vorgehen

Zweite Intuition:Neuronale Mechanismen

determinieren das Bewusstsein.

„top-down“

„bottom-up“

3. Kausalität & Determinismus

„Alltagsmetaphysik“ der Kausalität:deterministisch & zeitlich

Wirkung folgt zeitlich & strikt gesetzmäßig auf Ursache

(vorwissenschaftlicher Begriff der Kausalität)

Determinismus ? Kausalität

3. Kausalität & Determinismus

Dritte Intuition:Ursachen sind früher als

Wirkungen & wirken strikt deterministisch.

nicht eindeutig, mehrere Konzepte: Entwicklung eines Systems nach

deterministischen Gesetzen (klassische Mechanik, Elektrodynamik): reversibel & kein Zeitpfeil.

irreversible Prozesse (Thermodynamik, Quantentheorie) entsprechen dem Zeitpfeil, sind aber probabilistisch & indeterministisch.

Einstein-Kausalität (Spezielle Relativitätstheorie): Signalübertragung höchstens mit

Lichtgeschwindigkeit. Münster, 9. Mai 2012

Kausalität in der Physik 3. Kausalität & Determinismus

Signalübertragung als kausaler Prozess:Ausbreitung:

deterministisch & reversibel (Elektrodynamik / quantenmechanische Wellenfunktion)

Detektion:irreversibel & indeterministisch(Thermodynamik/ quantenmechanische Messung) Signalübertragung abwechselnd deterministisch & irreversibel! striktes Naturgesetz & Zeitordnung der Kausalität nicht zugleich!

Kausalität in der Physik 3. Kausalität & Determinismus

4. Neuronale Mechanismen

bottom-up: mereologische & kausale Erklärung Gehirn Geist/Bewusstsein neuronale Aktivititäten neuropathologische Symptome Gehirn-Stimulation physische/mentale Reaktionen neuronale Aktivitäten kognitive Leistungen

(Mustererkennung, Lernen, Erinnerung)

Mechanistische Erklärung: Aktivitäten der kausalen Komponenten eines Mechanismus erklären höherstufige Phänomene. kausale & mereologische Aspekte!

Methoden der Hirnforschung4. Neuronale Mechanismen

S: Mechanismus im Ganzen. top: Phänomen bottom: Entitäten Xi , Aktivitäten k

“S’ ing is explained by the organization of entities {X1, X2, …, Xm} and activities {1, 2, …, n}”

“…mechanisms are entities and activities organized

such that they exhibit the explanandum phenomenon.”

Carl F. Craver: Explaining the Brain.

Mechanisms and the mosaic unity of neuroscience. Oxford 2007

Was ist ein Mechanismus?Wirkun

Ursache

Ganzes

Mechanistische bottom-up Erklärung: Aktivitäten der kausalen Komponenten eines Mechanismus erklären höherstufige Phänomene. typisch auch für Neurobiologie!

4. Neuronale MechanismenDeterminismus ? Kausalität

Neuronale Signalübertragung: mechanistisch & deterministisch !?(Schaltkreis-Modell der Neurone neuronale Netze

Gehirn = parallel vernetzter Computer?)

Achtung: Mechanismus = thermodynamische Maschine

- Wirkungsgrad < 1- verbunden mit Entropie-Anstieg(neuro-) biologische Maschine:- fern vom thermodynam. Gleichgewicht- nicht-linear - durchläuft Verzweigungspunkte

Signalübertragung in Neuronen: deterministisch (Schaltkreis-Modell Computer-Analogie)

Signalübertragung an Synapsen:indeterministisch(Wirkungsgrad der Neurotransmitter: 10-20 %)

Neuronales Netz, als Algorithmus: statistisches Näherungsverfahren

(stochastische Grundlagen!) kein neuronaler Determinismus!

Schaltkreis-Modell der Neurone (Hodgkin & Huxley 1945) Computer-Analogie (formal)

Erweiterung: kausale Analogie- „Information“ als Brückenbegriff

Vierte Intuition:Das Gehirn ist ein neuronales

Netz, d.h. es funktioniert wie ein Computer.

Wieviel erklärt die Analogie?

- bloßer Analogieschluss:

Gehirn : Geist = Computer : Information keine mechanistische Erklärung

kognitiver Leistungen!

4. Neuronale MechanismenWieviel erklärt die Analogie?

kausale Analogie Gehirn : Geist = Computer : Information „Information“ als Brückenbegriff: sehr schwache wissenschaftl. Erklärung! Analogieschlüsse: Argumentation des 17. Jahrhunderts! (Newtons Atomismus)Kognitive Neurowissenschaft

keine mechanistische Erklärung kognitiver Leistungen!

Mehrstufige Erklärung:4. Stufe: Brückenbegriff „Information“Gehirn : Geist = Computer : Information

3. Stufe: Brückenbegriff „Information“Gehirn : kognitive Leistung (Lernen etc.)

= Computer : Information

2. Stufe: Computer-Analogie Kortex = neuronales Netz

1. Stufe: Computer-AnalogieNeuron = Schaltkreis (deterministisch) Synapse chemische Neurotransmitter (indeterministisch)

Mehrstufige Erklärung:4. Stufe: kausaler Analogieschluss (nur gestützt auf Brückenbegriff

„Information“)

1. -3. Stufe: formale Computer-Analogie

(natürliches künstliches neuronales Netz)

Problem:Wo sind die Grenzen der

wissenschaftlichen Erklärung?4. Stufe: kausaler Analogieschluss (nur gestützt auf Brückenbegriff „Information“)

1. -3. Stufe: formale Computer-Analogie(natürliches künstliches neuronales Netz)

5. Phänomene & experimentelle

Methode

1. Abstraktion von nicht-messbaren Eigenschaften

2. Idealisierung (mathematische Beschreibung) 3. Analyse und Synthese (Zerlegung top-down &

Zusammensetzung bottom-up) 4. Isolation (Abschirmung gegen Störeinflüsse) 5. Reproduzierbarkeit der Versuchsergebnisse

(stabile Phänomene) 6. Variation der Versuchsbedingungen

(funktionale Abhängigkeit der Messgrößen, mathematische Gesetze)

5. Phänomene & experimentelle Methode

Experimentelle Methode:

bewusster Impuls Entscheidung

Zeitpunkt neuronaler Impuls

Synthesis = „kompositives“ Vorgehen (Rekomposition) Münster, 9. Mai 2012

Fünfte Intuition:Die experimentelle Methode ist

anwendbar auf das Bewusstsein.

„top-down“

„bottom-up“

Libet-Experiment:

- nicht experimentell isolierbar

- Zusammensetzung nicht analysierbar- kausal relevante Faktoren bleiben unklar

Das Libet-Experiment hat keine Bedeutung für die Willensfreiheit !!

Grenzen: Mentale Phänomene

6. Trügerische Intuitionen

Bewusstsein mentale Phänomene

? ? Komponenten neuronale

Erste Intuition:Die analytisch-synthetische

Methode ist universell anwendbar.

„top-down“

„bottom-up“

Bewusstsein mentale Phänomene

? ? Komponenten neuronale

Trügerisch:Gehirn und Bewusstsein stehen nicht in Teile-Ganzes-Beziehung.

„top-down“

„bottom-up“

? Neurone neuronale

„top-down“

„bottom-up“

? Neurone neuronale

„top-down“

„bottom-up“

Trügerisch:In welchem Sinne

„determinieren“ neuronale Mechanismen etwas?

Dritte Intuition:Ursachen sind früher als

Wirkungen & wirken strikt deterministisch.

Trügerisch:Ursachen wirken entweder nicht

zeitlich oder nicht strikt deterministisch

Signalübertragung in Neuronen: deterministisch

(Schaltkreis-Modell Computer-Analogie)

Neuronale Mechanismen6. Trügerische Intuitionen

Neuronales Netz, als Algorithmus: statistisches Näherungsverfahren

(stochastische Grundlagen!) kein neuronaler Determinismus!

Trügerisch:Neuronale Mechanismen

verlaufen nicht strikt mechanistisch.

6. Trügerische IntuitionenNeuronale Mechanismen

Vierte Intuition:Das Gehirn ist ein neuronales

Netz, d.h. es funktioniert wie ein Computer.

6. Trügerische IntuitionenWieviel erklärt die Analogie?

Trügerisch:Die Analogie liefert keine

(mechanistische oder sonstige) Erklärung des Bewusstseins!

6. Trügerische IntuitionenWieviel erklärt die Analogie?

? Zeitpunkt neuronaler

Impuls Synthesis = „kompositives“ Vorgehen

Fünfte Intuition:Die experimentelle Methode ist

anwendbar auf das Bewusstsein.

„top-down“

„bottom-up“

Libet-Experiment:6. Trügerische Intuitionen

? Zeitpunkt neuronaler

Impuls Synthesis = „kompositives“ Vorgehen

„top-down“

„bottom-up“

Libet-Experiment:6. Trügerische Intuitionen

Trügerisch:Mentale Phänomene sind nicht gut experimentell analysierbar.

I. Die analytischen Methoden der Naturwissenschaften sind nur begrenzt auf das Bewusstsein anwendbar.

II. Die Rede vom „neuronalen Determinismus“ ist unscharf.III. Kausalbeziehungen sind entweder zeitlich gerichtet oder strikt

deterministisch, aber nie beides zugleich.

IV. Neuronale Mechanismen leisten weniger als oft behauptet: (i) sie sind nicht deterministisch, sondern stochastisch; (ii) sie erklären kognitive Leistungen nur per Analogieschluss.

V. Mentale Phänomene sind nicht gut experimentell analysierbar.

Seien Sie misstrauisch gegen vorschnelle Schlüsse aus der Hirnforschung!

Schlussfolgerungen:6. Trügerische Intuitionen

Brigitte Falkenburg

Naturwissenschaftliche Analyse des Bewusstseins?

Intuitionen in der Hirnforschung und wann sie trügenInhaltsverzeichnis:1. Streit um Gehirn und Geist2. Das Buch der Natur entziffern3. Befunde der Hirnforschung4. Das Bewusstsein im Versuchslabor5. Das Rätsel Zeit6. Ursachen und was sie erklären7. Wieviel erklärt uns die Hirnforschung?8. Naturverständnis und Menschenbild

Brigitte Falkenburg

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