Die Analyse der Funktionsweise des menschlichen Gehirns macht deutlich, dass die Vernetzung verschiedener Wissenschaften eine notwendige Voraussetzung dafür ist, Einblick in die Weise seiner Informationsverarbeitung zu gewinnen. Die Interdisziplinarität der Neurowissenschaften zeigt sich darin, dass Themen, Thesen, Theorien und Techniken der Biologie, der Psychologie, der Informatik und weiterer Disziplinen aufgenommen und einbezogen werden.
Um die Informationsverarbeitung und die Grundlagen der kommunikativen Prozesse in lebenden Systemen zu verstehen, ist es sinnvoll, eine entwicklungsgeschichtliche Position einzunehmen. Alle Funktionen, so auch die psychischen Funktionen, die Grundlage des kommunikativen Verhaltens sind, entstanden durch evolutionäre Selektionsprozesse. Funktionen werden durch neuronale Programme im Gehirn bereitgestellt. Die Verfügbarkeit psychischer Funktionen ist also an die Integrität neuronaler Strukturen gebunden. Im erkenntnistheoretischen Sinne nehme ich im Hinblick auf das Leib-Seele-Problem somit eine monistische Position ein; die wesentliche Annahme dieses empirischen Realismus ist, dass Psychisches außerhalb des Gehirns nicht vorfindbar ist. Pragmatisch ist diese Position insofern, als sich zeigen läßt, dass alle psychischen Funktionen aufgrund von Störungen im Gehirn selektiv verloren gehen können. Durch solche selektiven Ausfälle, die mit interindividueller Konstanz auftreten können, liefert die Natur gleichsam einen Existenzbeweis dieser Funktionen, denn hiermit wird unmittelbar die Kopplung von Struktur und psychischer Funktion gezeigt.
Wieviele Zellen benötigt das Gehirn für seine verschiedenen Aufgaben? Im menschlichen Gehirn gibt es etwa 100 Milliarden Nervenzellen; vielleicht sind es sogar 1 Billion. Wie wird Information in diesem neuronalen Netzwerk verarbeitet? Zur Beantwortung dieser Grundfrage muss man zunächst auf die Verbindungsmöglichkeiten zwischen Nervenzellen, also auf die Architektur des Gehirns, hinweisen. Jede Nervenzelle hat Kontakt mit vielen anderen; man vermutet, dass mindestens 10 000 Nervenzellen mit jeder Nervenzelle in Kontakt stehen. Diese Kontaktaufnahme bedeutet, dass 10 000 Nervenzellen von einer Nervenzelle beeinflusst werden (Prinzip der Divergenz), und dass jede Nervenzelle von 10 000 Nervenzellen beeinflusst wird (Prinzip der Konvergenz). Diese Kontaktaufnahme kann erregend (Prinzip der Exzitation) oder hemmend (Prinzip der Inhibition) sein. Für Erregung und Hemmung sind unterschiedliche chemische Botenstoffe, sogenannte Transmitter, verantwortlich. Mit den strukturellen Prinzipien von Divergenz und Konvergenz und den funktionellen Prinzipien von Exzitation und Inhibition sind jene grundlegenden Mechanismen angesprochen, die für alle Gehirne, also nicht nur das menschliche, gelten.
Obwohl es sehr viele Nervenzellen im Gehirn gibt, sind seine Verarbeitungsmechanismen aber durch "das starke Gesetz der kleinen Zahl" gekennzeichnet, das sich in funktioneller Nähe von Nervenzellen äußert. Jede Nervenzelle ist nicht weiter als maximal vier Umschaltstationen von jeder anderen Nervenzelle im Gehirn entfernt. Diese strukturell bedingte funktionelle Nähe bedeutet in der Sprache der Datenverarbeitung, dass das Gehirn durch «massivste Parallelität» ausgezeichnet ist: Alles ist mit allem offenbar engstens verbunden.
Eine Simulation menschlichen Denkens ist in weiter FerneDas Gehirn ist somit prinzipiell anders aufgebaut als jeder Computer, und auch die Verarbeitungsprinzipien sind grundsätzlich von Algorithmen und deren Implementierung als Programme in Computern verschieden. Eine Simulation oder explizite Modellierung von menschlichem Denken, Wahrnehmen, Fühlen, Entscheiden, Erinnern oder Handeln ist in weiter Ferne, sollte es überhaupt je erreicht werden. Allein aus der Architektur des Gehirns leitet sich die Feststellung ab, dass ein Wahrnehmen ohne ein gleichzeitiges Erinnern und gefühlsmäßiges Bewerten, oder ein Erinnern ohne ein gefühlsmäßiges Bewerten und Wahrnehmen, oder ein Gefühl ohne einen Erinnerungsbezug und eine wahrnehmungsmäßige Repräsentation, nicht möglich ist. Erst in der retrospektiven Reflektion "entdecken" oder "erfinden" wir vermeintlich unabhängige phänomenale Bereiche, indem wir Begriffe einsetzen wie Wahrnehmung, Erinnerung oder Gefühl. Im gegenwärtigen Vollzug des Erlebens und in der unmittelbaren Handlung gibt es diese Trennung nicht.
Ein weiterer Befund der modernen Neurowissenschaften verdient besondere Aufmerksamkeit wegen seiner potentiellen Bedeutung für andere Bereiche. Bei Geburt sind wir mit einem Überangebot möglicher Verbindungen von Nervenzellen ausgestattet. Diese genetisch vorgegebene Potentialität wird aber erst lebenswirksam, wenn in den frühen Phasen der Biographie, also in den ersten Lebensjahren, die zahlreichen Verbände von Nervenzellen und ihre genetisch angebotenen Verknüpfungen auch tatsächlich genutzt werden. Erst durch Gebrauch in der lokalen Informationsverarbeitung wird die genetische Potentialität zur Faktizität, und damit langfristig verhaltenswirksam und lebensbestimmend. Durch die funktionelle Bestätigung der Verbindungen wird die detallierte Struktur des Gehirns überhaupt erst festgelegt. Was nicht genutzt wird, das wird endgültig abgeschaltet, das heißt. potenzielle Verbindungen zwischen Nervenzellen bleiben nicht das ganze Leben erhalten. Anstrengungsloses Lernen – zum Beispiel das Lernen von mehreren Sprachen in der frühen Kindheit – ist später nicht mehr möglich, da die Lernprozesse dann in bereits festgelegten Hirnstrukturen ablaufen.
Das Gehirn ist kein passiver Filter, sondern konstruiert seine WeltWenn wir das cartesische Modell der Informationsverarbeitung, das als "Außen-Innen-Prinzip" bezeichnet werden kann, zugrundelegen, dann heißt dies, dass Informationen aus den verschiedenen Sinneswelten – also etwa aus der visuellen, auditiven oder taktilen – jeweils von entsprechenden Sinneszellen umgewandelt, gleichsam als «Hirnsprache» verfügbar gemacht werden, und dass uns auf dieser Grundlage ein Bild der Welt vermittelt wird. In einem solchen Modell der Welterfahrung sind wir der Welt als passive Rezipienten ausgeliefert. Die Wirklichkeit unseres Erlebens ist jedoch alles andere als nur passive Rezeption: Wir konstruieren – besser re-konstruieren – die Welt. Das Gehirn mit seinen informationsverarbeitenden Systemen ist nicht ein passiver "Filter" für Reize, die von außen aufgenommen werden, sondern das Gehirn hat gestaltende Kraft.
Ein bekannter Beleg hierfür sind doppeldeutige Figuren, bei denen man je nach Einstellung verschiedene Dinge sehen kann, etwa zwei Gesichter, die sich anschauen, oder eine Vase; man kann nie beides gleichzeitig sehen, aber willentlich zwischen den beiden Sehweisen hin und her wechseln und sich das jeweils Alternative sichtbar machen. Der Wahrnehmungsgegenstand ist nicht eindeutig determiniert durch gegebene Reizkonfiguration, und dies gilt für alle Sinnessysteme, nicht nur für das Sehen. Was jeweils gesehen, gehört oder empfunden wird, ist wesentlich mitbestimmt durch vorangehende Aktivitäten.
Aus zahlreichen Experimenten dieser Art über Wahrnehmungs- und Denkprozesse läßt sich als allgemeines Gesetz festhalten: Das Wahrgenommene oder das Gedachte, die Entscheidung oder das Urteil ist jeweils eine Bestätigung oder Zurückweisung einer Hypothese (eines "Vor-Urteils") innerhalb eines mentalen Bezugssystems, das in einem gegebenen Augenblick besteht. Solche Hypothesen, die unser Wahrnehmen und unser Denken bestimmen, bestehen in jedem Augenblick. Hier liegt eine Automatik von Hirnprozessen vor, der sich keiner entziehen kann. In diesem Mechanismus, dem "Innen-Außen-Prinzip", drückt sich das Ökonomieprinzip menschlichen Wahrnehmens und Denkens aus. Normalerweise ist es nicht notwendig, in jedem Augenblick die wahrgenommene Welt neu zu konstituieren, denn aufgrund von Hystereseeffekten kann man von einer gegebenen Kontinuität und Homogenität von Weltzuständen ausgehen. An diese Kontinuität und Homogenität hat sich das Gehirn in der Evolution angepasst, ist dann aber in seiner Informationsverarbeitung häufig überfordert, wenn Unerwartetes auftritt oder ein Urteil in einem nicht etablierten Bezugssystem zu fällen ist.
Elementare Funktionen im Gehirn sind lokal repräsentiert.Ausgehend von der Beobachtung, dass unser Erleben in einem Nervensystem implementiert ist, dass durch hochgradige Vernetzung der Nervenzellen gekennzeichnet ist, so sind wir dennoch auf einer höheren Abstraktionsebene herausgefordert, die verschiedenen phänomenalen Bereiche zu kategorisieren und begrifflich zu fassen. Auf dieser Ebene läßt sich das Repertoire des Psychischen durch vier Funktionsbereiche beschreiben, nämlich die Funktionen der Wahrnehmungen (der Reizaufnahme), des Lernens und Gedächtnisses (der Reizbearbeitung), der Gefühle (der Reizbewertung) sowie der Handlungen, Aktionen oder Reaktionen, die spontan oder auf Reize hin auftreten. Als wesentlicher Befund der Hirnforschung läßt sich festhalten, dass elementare Funktionen im Gehirn lokal repräsentiert sind. Die Verfügbarkeit bestimmter neuronaler Programme, die üblicherweise an einem bestimmten Ort im Gehirn repräsentiert sind, ist Voraussetzung für das psychische Repertoire. Die vier bezeichneten Funktionsbereiche, deren Partialfunktionen modulär im Gehirn repräsentiert sind, kennzeichnen das Repertoire des Psychischen. Damit Inhalte subjektiv verfügbar sein können, wir also bewusst erleben können, bedarf es weiterer Funktionen, die man als logistische Funktionen bezeichnen könnte.
Bei den logistischen Funktionen sind im Prinzip zwei Bereiche zu unterscheiden: Einmal bedarf es einer Aktivation (gleichsam einer "Stromversorgung"), damit Psychisches verfügbar wird, zum anderen ist zeitliche Koordination der räumlich verteilten Funktionen im Gehirn erforderlich. Um den logistischen Bereich der zeitlichen Koordination verständlich zu machen, muss ein weiterer Sachverhalt über die Arbeitsweise des Gehirns verdeutlicht werden. Jeder psychische Zustand – wenn wir also Information verarbeiten, nachdenken, handeln, sprechen - ist dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig an verschiedenen Stellen des Gehirns Nervenzellen stärker aktiv sind. Die gleichzeitige Aktivität an verschiedenen Orten wirft ein Problem der Verarbeitung auf, wie es nämlich aufgrund verteilter Aktivität von Nervenzellen zu einem einheitlichen Erlebnis kommen kann, denn jeder psychische Akt ist ja durch seine Geschlossenheit, seine Ganzheit gekennzeichnet.
Einem neuen Konzept zufolge gibt es einen zeitlichen Organisationsmechanismus, gleichsam eine Uhr, der wie ein Dirigent den Takt vorgibt und der dadurch eine zeitliche Koordination zwischen den verteilten Aktivitäten ermöglicht. Kern dieser Hypothese ist, dass die zeitliche Koordination durch oszillatorische Prozesse in Neuronenpopulationen ermöglicht wird. Die Periode dieser Oszillationen liegt bei etwa 30 Millisekunden (ms). Diese oszillatorischen Prozesse stellen Systemzustände bereit, innerhalb derer vom Gehirn Elementarereignisse definiert werden können, da Geschehnisse innerhalb einer Periode als kotemporal behandelt werden. Die Zeit im Gehirn läuft somit nicht kontinuierlich ab, sondern Zeitquanten im Bereich von etwa 30 ms folgen aufeinander. Fehlen diese oszillatorischen Prozesse, zum Beispiel in der Narkose, sind damit auch nicht mehr die Voraussetzungen für eine Ereignisdefinition vorhanden, und es kommt dadurch zu einem absoluten Verlust subjektiver Zeiterfahrung.
Wie ist es nun aber auf der Grundlage isoliert definierter Ereignisse möglich, dass in unserem Erleben so etwas wie erlebte Kontinuität entsteht? Es stellt sich also die Frage nach der zeitlichen Integration aufeinanderfolgender Ereignisse. Diese beruht auf einem weiteren neuralen Mechanismus. Im Prinzip gibt es zwei Möglichkeiten, wie eine Integration nacheinander definierter Ereignisse ablaufen könnte. Eine Möglichkeit wäre – und die wird von manchen Vertretern der Informatik vertreten, dass die Integration von Ereignissen semantisch abläuft. Semantische Integration setzt ein intern repräsentiertes Schema voraus, mit dem die jeweils aufgenommene Information verglichen wird. Bestätigt die Information das interne Schema, ist damit der Prozess der zeitlichen Integration abgeschlossen. Neben einer semantischen Integration ohne Zeitbegrenzungen ist jedoch auch eine präsemantische Integration denkbar, die unabhängig von einem internen Schema und vorgegebenen Reizen, die am Schema überprüft werden, abläuft. Eine solche automatische Integration im Gehirn wird durch zahlreiche Beobachtungen tatsächlich nahegelegt.
Der Eindruck der "Gegenwärtigkeit" dauert nur drei Sekunden
Es wird beobachtet, dass unser Gehirn einzelne mentale Ereignisse bis zu wenigen Sekunden automatisch aneinandergekettet, ohne dass wir es offenbar verhindern können. Eine Vielzahl von Experimenten hat ergeben, dass zeitliche Integration von Ereignissen bis zu etwa drei Sekunden erfolgt. Ein einfaches und anschauliches Beispiel für diesen Integrationsprozess ergibt sich aus auditiven und visuellen Kippfiguren. Betrachtet man eine visuelle Kippfigur, bei der man zwei Interpretationen mit gleicher Wahrscheinlichkeit sehen kann, erfolgt nach ungefähr drei Sekunden ein automatischer Umkipp-Vorgang, so dass die jeweils andere Perspektive in den Vordergrund des Bewusstseins geschoben wird. Eine ähnliche zeitliche Segmentierung beobachtet man bei intentionalen Handlungen, wenn also eine geplante Bewegung ausgeführt wird. Wenn etwa jemand die Hand reicht, einem zuwinkt oder betastend etwas untersucht, beobachtet man, dass diese Handlungsweisen eingebettet sind in ein etwa drei Sekunden dauerndes Zeitfenster.
Wir haben es hier mit einem universellen Prinzip zu tun, dass bei sich entsprechenden Verhaltensweisen in verschiedensten Kulturen festgestellt wurde. Die zeitlichen Segmentierungen der Informationsaufnahme führt zu voneinander getrennten funktionellen Zeitfenstern, innerhalb derer ein Akt der Wahrnehmung, des Denkens oder des Handelns repräsentiert ist. Diese zeitlichen "Fenster" von etwa drei Sekunden Dauer sind subjektiv durch den Eindruck der "Gegenwärtigkeit" gekennzeichnet. Ich schlage vor, diese Arbeitsplattformen von drei Sekunden als logistische Voraussetzung des jeweiligen Zustandes "bewusst" zu bezeichnen. Die Folge dieser einzelnen Zustände kann dann durch den Begriff "Bewusstsein" beschrieben werden. Es könnte nützlich sein, die Befunde bei der Analyse der menschlichen Denkwerkzeuge noch stärker bei der Implementierung technischer Systeme in der Informations- und Kommunikationstechnik zu nutzen.
