Titel: Das neue Bild der Welt · von Florian Rötzer · S. 128
Titel: Das neue Bild der Welt , 1993

Wolf Singer

Wahrnehmen ist das Verifizieren von vorausgeträumten Hypothesen

Im Augenblick steht die Erforschung des Gehirns im Zentrum der Aufmerksamkeit. Man spricht vom letzten dunklen Kontinent, der noch entdeckt werden müßte. Das menschliche Gehirn ist wohl eines der komplexesten natürlichen Systeme. Besteht denn eigentlich berechtigte Hoffnung, daß wir eines Tages hinreichenden Einblick in das Gehirn haben werden, um die wichtigen Funktionen zu erklären?

Das ist schwer zu sagen. In den letzten zwei Jahrzehnten wurden sicher beeindruckende Fortschritte bei dem Versuch erzielt, Hirnfunktionen reduktionistisch zu erklären, d.h. Verhaltensleistungen mit Abläufen im Zentralnervensystem zu korrelieren und letztere bis hinunter zu molekularen Prozessen zu verfolgen. Neu ist in der Geschichte der Neurowissenschaften die Möglichkeit, fast lückenlos Analyseketten zwischen Hirnleistungen und zugrundeliegenden molekularen Prozessen herzustellen.

Sie sprachen gerade von reduktionistischer Erklärung. Ist denn in den Neurowissenschaften akzeptiert, daß man grundsätzlich alle psychischen Phänomene auf ihre biochemischen Grundlagen zurückführen und dadurch ohne Zuhilfenahme anderer Instanzen erklären kann? Ist der Mensch aus der Perspektive der Neurowissenschaft also eine neuronale Maschine?

Ich denke schon, daß die Neurowissenschaftler darin übereinstimmen, daß allen psychischen Phänomenen und Verhaltensleistungen neuronale Prozesse zugrunde liegen, ohne die es jene nicht geben würde. Es trifft sicher auch zu, daß man von dem Moment an, wo sich neuronale Vorgänge direkt auf elektrophysiologischer oder anatomischer Ebene untersuchen lassen, lückenlos nach unten bis zur molekularen und auch atomaren Ebene arbeiten kann, weil sich alle Zugänge innerhalb naturwissenschaftlicher Beschreibungssysteme erschließen. Innerhalb dieser Beschreibungssysteme sind Übergänge von einem Beschreibungssystem zum nächsten lückenlos möglich. Man kann vom anatomischen auf das biochemische Beschreibungssystem übergehen, ohne dabei grundsätzliche Probleme zu vorzufinden. Das ist natürlich bei Beschreibungssystemen für Hirnleistungen wie der Psychologie, der Philosophie, der Erkenntnistheorie oder vielleicht auch der Soziologie anders. Sie beschreiben und analysieren Hirnleistungen, ohne auf das materielle Substrat Bezug zu nehmen. Bei diesem Übergang treten in der Tat Schwierigkeiten auf. Zwischen den geistes- und naturwissenschaftlichen Beschreibungssystemen lassen sich noch keine direkten Brücken schlagen. Zwischen ihnen ist kein lückenloser Übergang konstruierbar. Man begnügt sich hier mit Korrelationen. Man stellt fest, daß ein Verhaltensphänomen, das im Beschreibungssystem der Psychologie dargestellt wurde, auf einer neuronalen Funktion in einer bestimmten Region des Gehirns beruht, untersucht dann die Funktionsabläufe in dieser Region und akkumuliert Evidenzen, die diese Korrelation von verschiedenen Seiten erhärten sollen. Ein besonders aussagekräftiger Ansatz besteht darin, die neuronalen Prozesse zu beeinflussen und dadurch die entsprechende psychische Leistung zu verändern.

Man kann also noch nicht sagen, wenn bestimmte Neuronen aktiv sind oder wenn bestimmte chemische Substanzen ausgeschüttet werden und ein Mensch z.B. gleichzeitig ein bestimmtes Wort ausspricht, daß dann dieses Wort genau diese Neuronenaktivität ist?

So wie Sie dies jetzt dargestellt haben, würde das bedeuten, daß man sagt: Das Aussprechen dieses Wortes ist identisch mit einem bestimmten Vorgang im Gehirn. Das wird wahrscheinlich auch nie möglich sein. Man wird im besten Fall durch die Analyse neuronaler Vorgänge in der Lage sein zu sagen, ob er dieses Wort gesagt hat, auch wenn man es nicht gehört hat. Das heißt dann aber nicht, daß dieses Wort, das einen sozialen Bezug hat, also erst im Diskurs zwischen Gehirnen seine Bedeutung gewinnt, mit dem Prozeß identisch wäre, der in einem Gehirn abläuft. Das Wort ist ein Kommunikationsvehikel, das bestimmte Konnotationen trägt, die ihm durch den Zuhörer verliehen werden. Die Beschreibung von fast allen psychischen Phänomenen ist erst dadurch möglich, daß sich Gehirne gegenseitig abbilden, ein Gehirn über das andere urteilt oder einen Gesichtsausdruck interpretiert. Dadurch entsteht eine zusätzliche Dimension des intercerebralen Diskurses, die man kulturell oder historisch nennen kann und die dem reduktionistischen Ansatz der Neurowissenschaft, die die Prozesse in einem einzelnen Gehirn untersucht, nicht so zugänglich sein wird, daß man von Identität sprechen kann. Phänomene in dieser Dimension können nicht mit Prozessen innerhalb einzelner Gehirne identisch sein. Entsprechend werden sich Brückentheorien immer auf korrelative Ansätze beschränken müssen.

Sie sprachen zuvor von dem Bruch, der zwischen den Beschreibungssystemen der Neurowissenschaft und der Psychologie besteht. Das Gehirn wird meist als sich selbst organisierendes System verstanden. In der Physik oder der Chemie kennt man solche komplexen und dynamischen Systeme, bei denen unter bestimmten Bedingungen ein neues Verhalten emergieren kann. Wäre denn die Theorie solcher chaotischen Systeme ein Ansatz, den Brückenschlag zu realisieren?

Ich glaube nicht, denn auch chaotische Systeme unterliegen den Naturgesetzen. Die Definition von Chaos ist auf der Basis physikalischer Beschreibungen entstanden. Zudem ist es unwahrscheinlich, daß sich die Hirnprozesse tatsächlich als chaotisch darstellen lassen. Gemeinhin versteht man unter Chaos einen Prozeß in einem nicht-linearen System, der Naturgesetzen strikt unterworfen ist und der sich lediglich dadurch auszeichnet, daß aufgrund kleiner Veränderungen in den Anfangsbedingungen sehr große und nicht in weite Zukunft hinein berechenbare Bewegungen entstehen können, obgleich alle Zuständsänderungen determiniert sind. Das Gehirn ist als offenes System einer Analyse hinsichtlich seiner chaotischen oder nicht-chaotischen Eigenschaften gar nicht zugänglich. Deterministisches Chaos kann man nur in einem geschlossenen System definieren, was das Gehirn mit aller Wahrscheinlichkeit nicht ist. Das Gehirn befindet sich in fortwährender Interaktion mit seiner Umwelt und verändert sich ständig, indem es lernt. Man kann hingegen sicher sagen, daß es sich beim Gehirn um ein hochkomplexes, nicht-lineares System handelt, das Eigenschaften aufweist, die in manchen Bereichen denen von chaotischen Systemen ähnlich sind, insbesondere, was die Möglichkeit zur Mustergenerierung und was die Nicht-Voraussagbarkeit von Trajektorien über große Zeiträume hinweg anlangt.

Sie sagten, daß man das Gehirn als offenes System beschreiben müßte. Aus der Ecke der sogenannten Biologie der Erkenntnis heraus wurde hingegen behauptet, daß das Gehirn wegen seiner Selbstreferentialität wesentlich als geschlossenes System verstanden werden muß. An diese Hypothese haben sich dann auch die Konstruktivisten angehängt, die betonen, daß das Gehirn keinen direkten Zugang zur Außenwelt hat, sondern daß es diese simuliert. Sind solche Theorien der Geschlossenheit in der Hirnforschung bereits überholt?

In ihrer Radikalität sind sie von der Hirnforschung nie akzeptiert worden. Die Neurobiologen wissen seit langem, daß die Hirnentwicklung zum Zeitpunkt der Geburt nicht abgeschlossen ist und daß sich ganz wesentliche strukturelle Veränderungen bis hinein in die Pubertät unter dem Einfluß von Erfahrung vollziehen. Die Spezifität der Hirnfunktionen beruht ausschließlich auf der Architektur der Verbindungen zwischen Nervenzellen. Das Programm residiert praktisch in dieser Architektur der Verbindungen und in deren Gewichtung, die in Grundzügen genetisch vorgegeben wird. Sie speichert gewissermaßen die während der phylogenetischen Entwicklung gewonnene Erfahrung über das Sosein der Welt. Mit diesem Vorwissen kommt das Gehirn auf die Welt. Bei höheren Wirbeltieren, insbesondere bei den Säugetieren, setzt sich die Strukturentwicklung jedoch extrauterin noch über viele Jahre fort. Nervenverbindungen werden nach funktionellen Kriterien stabilisiert oder vernichtet. Aus den insgesamt angelegten Verbindungen werden nur 30 oder 40 Prozent erhalten bleiben. Das sind diejenigen, die funktionell validiert wurden, d.h., daß sie Funktionen vermitteln, die sich im Kontext des Verhaltens und der vorgefundenen Umwelt als zweckmäßig erwiesen haben. Das betrifft alle Systeme im Gehirn, nicht nur die motorischen. Dort ist ein solcher „Lernvorgang“ unmittelbar einsichtig, da wir alle wissen, wie schwierig es ist, gehen oder fahrradfahren zu lernen. Das Erlernen dieser motorischen Fertigkeiten schlägt sich in Änderungen der Gehirnarchitektur nieder. Aber auch das Wahrnehmen und das Sprechen müssen gelernt werden. Alle diese Lernprozesse erfolgen auf der Basis von Strukturänderungen im Gehirn. Vom nur teilweise vorgefertigten Gehirn wird also eine Vielzahl von Fragen an die Welt gestellt, deren Beantwortung zu Strukturänderungen führt. Es wird in großem Umfang Information aus der Umgebung aufgenommen, um die Gehirnarchitekturen zu optimieren. Deshalb scheint es mir unsinnig zu sein, das Gehirn als geschlossenes System anzusehen, das von vorneherein nur unverrückbare Arbeitshypothesen mitbringt und danach die Erfahrung ordnet. Wie immer, wenn sich Streitigkeiten zwischen Schulen entwickeln, liegt die Wahrheit in der Mitte. Natürlich bringt das Gehirn sehr viel Vorinformation mit, interpretiert ausgehend von diesem genetisch verankertem Vorwissen und stellt präzise Fragen, aber die Überformung der ursprünglichen Architektur hängt von der Verfügbarkeit der Welt und von deren Struktur ab. Wenn man deshalb von einem selbstreferentiellen oder sich selbst organisierenden Prozeß spricht, muß man das soziokulterelle Umfeld mit einbeziehen, in dem sich die Gehirne entwickeln. Dann allerdings ist das System selbstreferentiell, aber es hat dann heutzutage eine nahezu globale Dimension.

Die Hypothese von der Geschlossenheit leitet man auch ab vom Prinzip der undifferenzierten Codierung (Heinz von Foerster) der sensorischen Informationen in den neuronalen Bahnen. Daher steht zwar das Gehirn in Kontakt mit der äußeren Welt, übersetzt aber alles in seine digitale Sprache und erzeugt daraus erst jene Wahrnehmungsleistungen, die uns bewußt sind.

Das grenzt an eine Trivialität. Das Gehirn kann natürlich nur die Signale aus der Umwelt aufnehmen, für die es Sinnessysteme hat. Seit wir in der Lage sind, Teleskope und Mikroskope zu bauen, können wir deswegen sehr viel mehr Phänomene beobachten, als sie unseren Primärerfahrungen zugänglich sind. Aber selbst bei Zuhilfenahme solcher Instrumente nehmen wir Welt nur durch die Filter von Sinnessystemen wahr, und das Sosein dieser Systeme ist durch die phylogenetische Entwicklung determiniert. Auf der Basis dieser sehr eingeschränkten Wahrnehmungsleistungen entstehen Modelle von der Welt, die keineswegs mit ihr identisch sind, die aber erweitert werden können durch wissenschaftliches und experimentelles Vorgehen. Das Spektrum der wahrnehmbaren Modalitäten kann überdies eben durch technische Hilfsmittel erweitert werden, aber wir sind letztlich auf die Kenntnisnahme dessen angewiesen, was durch unsere Sinnessysteme vermittelt wird.

Die Frage dabei ist wohl letztlich, ob die Sinnessysteme abbilden oder simulieren.

Das Gehirn interpretiert. Es wäre sicher falsch, Wahrnehmung als einen passiven Abbildungsprozeß zu verstehen. Wir wissen, daß der Wahrnehmungsvorgang ein aktiver Prozeß ist, wobei die Interpretationsregeln in der Architektur des Gehirns verankert sind. Die Art, wie wir Welt sehen, ist determiniert durch die Struktur unserer Gehirne, die vermutlich auch anders hätte ausfallen können. Wir hätten vielleicht nie nach kausalen Wechselwirkungen in der Umwelt oder nach dem Fluß der Zeit gesucht, wenn unsere Gehirne anders wären. Bei der Gewinnung von Erkenntnis bewegen wir uns in einem System, das immer nur auf der Basis von Informationen die Welt beschreiben kann, die durch unsere Sinnesorgane vermittelt sind. Wir sind gefangen im Regelwerk unseres Gehirns, das Relationen zwischen Ereignissen herstellt. Erkennen beruht immer darauf, daß man Bezüge zwischen Phänomenen erzeugt, die zunächst isoliert und ungeordnet sind. Daß wir das gerade so tun, wie wir dies tun, hängt mit der Architektur des Gehirns zusammen, die ist, wie sie ist. Und daß sie so ist, hat Gründe, die man zum Teil verstehen kann, wenn man darwinistischen Überlegungen folgt. So läßt sich z.B. der Mechanismus angehen, der bewirkt, daß wir gleichzeitig auftretende Ereignisse versuchen, miteinander in Verbindung zu bringen. Aber es können auch andere Ordnungsprinzipien existieren, die wir bislang noch nicht erfaßt haben.

Dann gäbe es aber doch wieder eine Art der Geschlossenheit, die sich insbesondere auf die Hirnforschung auswirken würde, also wenn Hirne sich selber untersuchen und gefangen sind in Ordnungsbildungen, mit denen sie fast apriorisch sich selbst zu erklären suchen. Gibt es denn, wenn man dies einmal akzeptiert, auch Überlegungen in der Hirnforschung, wie man eventuell solche blinden Flecke entdecken und ausschalten kann?

Es gilt nicht nur für die Hirnforschung, sondern für die Wissenschaften im allgemeinen, daß wir gefangen sind in den Beschreibungssystemen, in denen wir unsere Theorien und Modelle abbilden. Das war immer schon so, und das wird auch in alle Zukunft so sein. Nachdem wir physikalische Wechselwirkungen in der unbelebten Umwelt und die Prozesse im Gehirn mit den gleichen Verfahren untersuchen, unterliegen die Neurowissenschaften genau den gleichen erkenntnistheoretischen Einschränkungen wie die anderen Wissenschaftsdisziplinen. Wir beschreiben im Rahmen von Beschreibungssystemen, wir modifizieren sie, wenn wir auf Inkonsistenzen stoßen, aber wir können nicht für uns in Anspruch nehmen, daß wir damit Wahrheit im philosophischen Sinne zutage befördern. Wenn das so wäre, müßte es Zweige in der Wissenschaft geben, die abgeschlossen sind. Wir stellen hingegen aber fest, daß wir immer wieder Paradigmenwechsel durchmachen, unsere Beschreibungssysteme modifizieren und oft auch sehen, daß uns unsere Primärerfahrung getäuscht hat. Aber auch die Evidenz dieser Täuschungen erlangen wir natürlich wieder mit Hilfe von Geräten, die wir entwickelt und unseren Sinnessystemen angepaßt haben, um Zugang zu Phänomenen zu bekommen. Wir sind in diesem zirkulären Prozeß gefangen und werden uns auch durch „Fortschritt“ nicht aus diesem befreien können.

Die Hirnforschung ist auch deshalb so interessant, weil in ihr alle Wissenschaften zusammenlaufen. Man könnte vermuten, daß aus der Hirnforschung neue Erkenntnisse zu gewinnen wären, wie wir Theorien erzeugen und welche Einschränkungen dabei Gehirne haben, um dadurch anderen Wissenschaften Anstöße zu geben. Die Erkenntnis des Zirkels wäre ja eine solche Einsicht.

Wir sind hinsichtlich der Erkenntnisfähigkeit absoluter Wahrheiten eingeschlossen. Ich halte es für wenig wahrscheinlich, daß Erkenntnisse über unser „Erkenntniswerkzeug“ daran Grundsätzliches ändern können. Dennoch wird vermehrtes Wissen über Hirnfunktionen zu Paradigmenwechsel führen, zur Beantwortung von erkenntnistheoretischen Teilfragen. Natürlich wird das wachsende Verständnis von Hirnprozessen auch auf anderer Ebene Wissenschaften befruchten können. Wir lernen gegenwärtig, wie kognitive Systeme im Gehirn organisiert sind, wie kognitive Prozesse und Wahrnehmungsvorgänge ablaufen, und wir können dieses Wissen nutzen, um technische Geräte nachzubauen, die nach ähnlichen Organisationsprinzipien konzipiert sind und etwa Mustererkennung wesentlich besser leisten können als konventionelle Rechensysteme. Letztere müssen solche Probleme algorithmisch lösen, was sich als außerordentlich schwierig erweist. Wir werden sicher in der Lage sein, eine ganze Reihe von Servicefunktionen, wenn ich sie einmal so nennen darf, die in unseren Gehirnen ablaufen, um die Welt zu ordnen, in technischen Systemen zu implementieren.

Der normale wissenschaftliche Weg der Erklärung ist ja, komplexe Systeme in ihre Elemente zu zerlegen und dann zu versuchen, aus diesen und ihren Wechselwirkungen wieder das Verhalten des komplexen Systems zu rekonstruieren. Sie haben in Ihren jüngsten Arbeiten berichtet, daß im visuellen System die Nervenzellen rhythmisch synchron feuern, die auf denselben Gegenstand reagieren. Lassen sich solche Synchronizitätsphänomene mit den Vorstellungen der Synergetik vergleichen, wo angenommen wird, daß in komplexen Systemen durch wechselseitige Beeinflussung der Teile „Ordner“ entstehen, die das chaotische Stimmengewirr, womit gelegentlich die Aktivität der Nervenzellen verglichen wird, „versklaven“ und so eine Struktur zeitweise herausgehoben wird?

Ich muß ein bißchen ausholen, um dieses Problem schärfer zu fassen. Ein großes Problem der Hirnforschung ist die Frage der Integration der vielen im Gehirn parallel ablaufenden Prozesse. Bis vor nicht allzu langer Zeit dachte man noch, daß es irgendwo im Gehirn einen Ort geben müsse, an dem alle Informationen zusammenlaufen und an dem ein interpretierendes Agens residiert, einem Homunculus ähnlich, der sich der alles anschaut.

Also so etwas wie die zentrale Recheneinheit im Computer?

Ja, so etwas. Auf der Spitze einer informationsverarbeitenden Pyramide vermutete man ein Agens, das über alles Bescheid weiß, alles zusammenfaßt, interpretiert und dann gewisse Inhalte ins Bewußtsein, was immer dieses auch sein möge, transportiert. Wenn man Hirne untersucht, stellt man fest, daß es dieses integrierende Zentrum nicht gibt, daß z.B. visuelle Signale auf eine Vielzahl von Hirnrindenarealen verteilt werden, die sich alle mit Teilaspekten des Bildes auf der Netzhaut beschäftigen – mit Farbe, Bewegung, Form, Orientierung, Entfernung etc. -, aber man nirgendwo einen Ort findet, wo all diese Informationsfragmente wieder zusammengeführt werden könnten. Es entstehen also Bindungsprobleme, die es zu lösen gilt. Das Problem etwa, welche Merkmale mit welchen anderen Merkmalen verbunden werden müssen, um eine Figur zu ergeben. Das Problem hat man auch, wenn man in einer komplexen Szene wie in diesem Raum umherblickt. Dann muß man, bevor man ein bestimmtes Objekt identifizieren kann, sich erst darüber klarwerden, welche Elemente eigentlich zu diesem Objekt gehören. Ich muß Sie beispielsweise vom Stuhl abtrennen, um Sie als Individuum erkennen zu können. Man muß also Bindungen zwischen Merkmalen herstellen und erkennen, daß sie eine Einheit konstituieren. Dieses Bindungsproblem stellt sich auf allen Ebenen der neuronalen Verarbeitung. Der klassische Ansatz zur Lösung des Bindungsproblems, der immer noch von vielen vertreten wird, geht davon aus, daß es doch einzelne Neuronen gibt, wenn schon der Homunculus nicht existiert, auf welche die Signale von merkmalsselektiven Neuronen konvergieren und die nur dann ansprechen, wenn das Objekt mit der entsprechenden Merkmalskombination vorhanden ist.

Die sogenannten Großmutterzellen also, die man mit platonischen Ideen vergleichen könnte?

Ja, aber diese Kodierungsstrategie läßt sich nur für die Repräsentation ganz weniger Muster realisieren, etwa für solche, die eine sehr schnelle Verhaltensreaktion erfordern und die wenig Vieldeutigkeit enthalten. Für die Repräsentation beliebiger Objekte oder Inhalte ist sie aber nicht tauglich, denn es sind im Gehirn nicht genügend Neuronen vorhanden, um alle möglichen unterscheidbaren Muster darzustellen. Zudem müßte eine riesige Zahl von Nervenzellen für neue, noch zu erzeugende Objekte reserviert werden. Aufgrund seiner geringen Flexibilität und der daraus resultierenden kombinatorischen Explosion benötigter Schaltelemente erscheint diese Kodierungsstrategie für die Repräsentation allgemeiner Muster ungeeignet. Deshalb hat man überlegt, ob nicht genau so, wie ein bestimmtes Merkmal konstituierend für viele verschiedene Objekte sein kann, auch eine Nervenzelle, die eines dieser Merkmale repräsentiert, für die Repräsentation ganz verschiedener Objekte genutzt werden kann, indem man viele Nervenzellen zu einem Ensemble zusammenspannt. Das Ensemble, nicht die einzelne Zelle, würde dann das Objekt repräsentieren. So könnte dann eine Nervenzelle zu verschiedenen Zeitpunkten an verschiedenen Ensembles teilnehmen. Auf diese Weise erhält man eine viel größere Flexibilität und spart Nervenzellen ein. Aber dann muß man die Antworten einzelner Nervenzellen so markieren, daß sie in ihrer Gesamtheit als zusammengehörig erkannt werden können. Der klassische Vorschlag ist, daß man einfach all die Nervenzellen, die sich mit einem bestimmten Objekt befassen, dadurch kennzeichnet, daß man sie stärker aktiv macht als alle anderen. Bald hat sich herausgestellt, daß diese Codierungsweise scheitert, wenn man mehrere Objekte gleichzeitig repräsentieren will, weil dann zu viele Neurone gleichzeitig verstärkt aktiv sind und man wieder nicht weiß, welche welches Objekt codieren. Deshalb der Vorschlag, den von der Malsburg wahrscheinlich als erster klar formuliert hat, daß die Markierung der Zugehörigkeit im Zeitbereich vorzunehmen ist. Die Entladungen von Neuronen, die sich an der Codierung eines umschriebenen Objekts beteiligen, würden demnach dadurch ausgezeichnet, daß sie zeitlich synchron sind. Die Einzelantworten sollten also eine zeitliche Struktur besitzen. Die strenge Synchronisation dieser Aktivitäten im Millisekundenbereich könnte, so die Hypothese, benutzt werden, um die Neuronen auszuzeichnen, die ad hoc zusammengehören. Der Code ist daher relational, die Information über das Vorhandensein eines bestimmten Musters oder Objekts liegt in der Konstellation der jeweils synchron aktiven Neuronen.

Wie kommt dann eigentlich eine Kontinuität des Wahrnehmenden und des Wahrgenommenen zustande? Man hat doch den Eindruck, daß man als identische Person etwa einen Raum als ganzen einigermaßen überblickt, auch wenn man mit seinen Augenbewegungen nur dieses und dann jenes herauspickt. Wie werden denn diese momentanten Flashs wiederum in der Zeit gebündelt?

Es muß Integrationsmechanismen geben, die auf verschiedenen Zeitskalen arbeiten. Auf einer sehr hochauflösenden Zeitskala, also im Millisekundenbereich, muß es Segmentierungs- und Bindungsprozesse geben, welche die visuelle Welt in einzelne, voneinander getrennte Objekte ordnen. Dazu werden die üblichen Gestaltkriterien benutzt, wie Kontinuität, Entfernung, Farbe oder kohärente Bewegung. Wenn diese Segmentierung erfolgt ist, dann müssen bei der Repräsentation von komplexeren Szenen die einzelnen Objekte einander zugeordnet und aufeinander bezogen werden. Das muß auf einer langsameren Zeitskala erfolgen und Speicherprozesse miteinbeziehen. Auch hier treten wieder Bindungsprobleme auf, denn die Objekte müssen mit den richtigen Partnern in Zusammenhang gebracht werden, damit klar wird, daß das Glas auf dem Tisch steht und nicht irgendwo in der Luft hängt. Ich vermute, daß dies auf der Basis zunehmend gröber gerasterter Zeitskalen erfolgt, wahrscheinlich auch wieder über die Synchronisierung von Aktivitäten. Erst auf einer Verarbeitungsstufe, wo alle Vieldeutigkeiten und Bindungsprobleme beseitigt sind und nur noch der aktuelle Wahrnehmungsinhalt repräsentiert wird, kann auf den zeitlichen Code verzichtet werden. Ob auf diesen höheren Verarbeitungsstufen noch weiter periodisch moduliert werden muß, um dann in der Motorik entsprechende Muster wachzurufen, oder ob dies auch durch zeitlich unstrukturiertes An-Sein bewirkt werden kann, ist nicht bekannt.

Eine Frage etwas nebenbei: Im Augenblick werden die sogenannten Mind Machines entwickelt und auch schon mit großen Versprechungen verkauft, mit denen man versucht, die Impulse von Hirnfeldern direkt elektronisch zu stimulieren und durch Feedback in gewissem Ausmaß steuern zu können. Ist es denn auch denkbar, solche Maschinen zu entwickeln, mit denen man ganz gezielt bestimmte Hirnareale stimulieren könnte, um komplexe Wahrnehmungen, vielleicht im Sinne eines Mind-Cinema, zu erzeugen?

Letzteres halte ich für wenig wahrscheinlich, aber was die „Mind Machines“ anbelangt, so ist das Verfahren ja nichts Neues. Seit der Mensch angefangen hat, zu singen und Musik zu machen, nutzt er die Möglichkeit, durch das Erzeugen von Rhythmen auf dynamische Hirnprozesse einzuwirken. Das Gehör wurde ursprünglich dazu benutzt, Freunde und Feinde zu erkennen und soziale Signale zu empfangen, aber man kann das Gehör genauso wie die anderen Sinnesorgane auch dazu benutzen, um durch strukturierte Reize ganz bestimmte Zustände im Gehirn auszulösen. Komponisten und Lyriker nutzen diese Möglichkeit. Jeder kennt auch die Effekte, die monotoner Rhythmus oder stroboskopisches Licht auslösen; man weiß sogar, daß letzteres in bestimmten Frequenzen epileptogen ist, also zu Krampfanfällen führen kann. Bei jeder Reizung werden über die Sinnessysteme elektrische Impulse in Nervenzellen erzeugt, die dann in der gehirneigenen Sprache weiter verwendet werden. Ich sehe nicht, was an den Mind Machines besonders neu sein soll.

Neu wäre, daß die Tendenz dahin geht, keine äußeren Objekte oder Rhythmen mehr zu schaffen, sondern direkt auf die Hirnprozesse einzuwirken. Der Umweg über Artefakte oder „Kunstwerke“ wäre dann nicht mehr notwendig.

Abgesehen von der Tatsache, daß es schwierig sein dürfte, durch solche globalen Techniken subtil geordnete Zustände im Gehirn zu erzeugen, sehe ich nicht, daß die Musik einen größeren Umweg macht als diese hypothetisch direkten Verfahren. Es werden Tonfolgen und Rhythmen erzeugt, die man nicht in Bilder oder in rationale Sprache übersetzen kann und die über das Ohr direkt in Erregungszustände von Nervenzellen umgesetzt werden. Bei den Mind Machines werden die Sinnesorgane auch gar nicht umgangen. Man geht den ganz konventionellen Weg, indem man Blitzlichter und Minimal music einsetzt. Was anderes wäre es, wenn man durch das Anbringen von Elektroden direkt im Gehirn bestimmte Rhythmen erzeugte. Wenn man bestimmte Gehirnzentren elektrisch mit den richtigen zeitlichen Parametern reizt, dann kann dies zur Betäubung von Schmerzen oder zu Wohlbefinden, aber auch zu Schmerz oder Angst führen. Ähnliches aber läßt sich auch durch Reizung der Sinnesorgane bewirken, die ja nichts anderes tun, als Sinnesreize in elektrische Aktivität umzusetzen, die zeitlich und räumlich strukturiert ist.

Aus dieser Perspektive ließe sich Kunst als das Herstellen von Objekten oder Ereignissen verstehen, mit denen sich das Gehirn selbst stimuliert, um in bestimmte Zustände zu gelangen.

Sicher, Kunst ist eine Sprache, die die Möglichkeit nutzt, über die vorhandenen Sinnessysteme Zustände im Gehirn zu beeinflussen. Das ist bei der Musik am einsichtigsten, aber das gilt genauso für die darstellenden Künste. Ganz offensichtlich gibt es dabei auch interindividuelle Konsistenzkriterien, weil sich sonst die Kunstprodukte in bestimmten Epochen nicht so ähnlich wären. Ob es ästhetische Universalien gibt, läßt sich vermutlich gegenwärtig noch nicht angeben.

Wenn Gehirne sich permanent verändern und neuen Bedingungen anpassen, könnten solche Universalien doch nur höchst allgemein sein.

Ja, unsere Gehirne entwickeln sich nach der Geburt noch sehr stark weiter und bilden ihre kognitiven Strukturen unter dem Einfluß der Umwelt aus, so daß ein Gehirn, das von Geburt an mit abendländischer Musik konfrontiert ist, andere kognitive Kriterien für Musik entwickeln wird als ein Gehirn, das mit asiatischer Musik aufwächst. Dennoch läßt sich am Beispiel der verschiedenen Weltsprachen zeigen, daß diesen trotz aller Unterschiede eine gemeinsame Tiefenstruktur zugrunde liegt.

Paul Feyerabend hat einmal eine Analogie zwischen Wissenschafts- und Kunststilen gezogen, weil wir uns ästhetisch und kognitiv immer in den Welten bewegen, die wir erzeugen und in denen wir uns durch Traditionen vorgeprägt vorfinden. Weil uns Objektivität in der Erkenntnis nicht zugänglich ist, wären Wissenschaften ähnliche Welterzeuger wie die Bilder der Künste.

Ja, das sehe ich auch so. Der kreative Prozeß in der Wissenschaft ist derselbe wie in der Kunst. Der Erkenntnisprozeß in der Wissenschaft fängt mit dem Generieren von Hypothesen an, die zunächst intuitiv erfaßt werden, wobei sehr oft ästhetische Konsistenzkriterien zugrunde gelegt werden, die oft gar nicht rationalisierbar sind. Man sucht offenbar nach ganz ähnlichen Kriterien wie der Künstler: nach Stimmigkeit oder Geschlossenheit. Sehr vieles in der Wissenschaft wird von der Ästhetik dominiert. Eine wissenschaftliche Theorie wird dann vom Kreis der Eingeweihten als gültig angesehen, wenn sie erstens widerspruchsfrei mit vorhandener Evidenz ist, und zweitens, wenn sie schön ist. Sie muß einfach sein und befriedigen. Ganz ähnlich geht der Künstler vor; nur der Stoff, mit dem er umgeht, ist ein anderer. Auch der Künstler bildet Welt ab, wie er sie interpretiert, also innerhalb eines Beschreibungssystems, er schafft neue Wirklichkeiten, neue Interpretationen, was der Wissenschaftler auch tut, wenn er ein Modell des Erfahrbaren erzeugt. Natürlich ist der Vorwurf und das Handwerk anders, aber die zugrundeliegenden Prozesse scheinen mir bei Wissenschaft und Kunst sehr ähnlich zu sein.

Wir haben viel von Wahrnehmung und Informationsverarbeitung gesprochen. Dazu gehört auch die Möglichkeit, daß wir unsere Wahrnehmung durch Aufmerksamkeit steuern können, um so bestimmte Ausschnitte der erfahrbaren Welt herauszuheben. Wie erklärt man denn neurowissenschaftlich diese Möglichkeit, durch Aufmerksamkeit Wahrnehmung zu steuern? Und wodurch wird die Aufmerksamkeit erregt? Offenbar schleift sich unsere Wahrnehmung ab und braucht immer den Reiz des Neuen.

Darüber ist noch nicht allzuviel bekannt. Man weiß, daß die Aufmersamkeitssysteme distributiv organisiert sind. Zu ihnen gehören die relativ unspezifisch organisierten Strukturen, die etwa den Schlaf- und Wachrhythmus regulieren, die das Hirn aufwecken, wenn es plötzlich laut wird. Aber es gibt auch innerhalb der einzelnen kognitiven Systeme Vorgänge, die dazu dienen, aus der Fülle der Reize, die ständig auf uns einströmen, nur die herauszupicken, die einer weiteren Verarbeitung zugeführt werden sollen. Diesen Prozeß der selektiven Aufmerksamkeit kann man sehr gut untersuchen und stellt dabei fest, daß bestimmte Reize sozusagen die Aufmerksamkeit auf sich ziehen. Wenn ein neuer Reiz im Gesichtsfeld auftaucht, führt das zu stärkeren Reaktionen, weil die Neuronen, die sich mit Vorhandenem beschäftigen, sich bereits adaptiert haben. Neuronale Antworten auf neue Reize ragen sozusagen wie Gipfel aus dem Wolkenmeer adaptiver Antworten und fallen dadurch auf. Das sind dann auch die Antworten, die mit größerer Wahrscheinlichkeit weitergeleitet werden und somit per se schon Aufmerksamkeit auf sich ziehen. Dann gibt es aber auch den Prozeß, der von oben nach unten abläuft, der wahrscheinlich über Erwartungswerte gesteuert wird und der wie ein Suchprozeß wirken kann. Dabei werden ganz bestimmte Neuronengruppen in der Peripherie gefördert, die jetzt gerade gebrauchte Inhalte vermitteln. Die verschiedenen Sinnesorgane befinden sich in ständiger Konkurrenz untereinander. Man kann nicht alle gleichzeitig verarbeiten. Wenn sich dann auf höheren Verarbeitungsstufen ein Zustand eingeschwungen hat, der einigermaßen konsistent ist und zu seiner Vervollständigung z.B. noch zusätzlicher verbaler Informationen bedürfte, dann kann das System durch einen „Top-down“-Prozeß, einen vom Zentrum nach der Peripherie gerichteten Prozeß, das akustische System besonders erregbar machen, vor allem die Sprachregionen und, wenn man sich in England befindet, sogar die Sprachregionen, in denen die englische Sprache niedergelegt ist, um eventuell vorhandene Informationen begünstigt durchzulassen. So stellt man sich das Regulieren selektiver Aufmerksamkeit vor. Wenn man einer Versuchsperson durch einen Vorreiz ankündigt, in welchem Bereich des Gesichtsfeldes in Kürze ein Reiz auftauchen wird, dann sind dort die Schwellen für die Reizweiterleitung deutlich niedriger. Das kann man messen. Dieser Prozeß kann aber überspielt werden, wenn man plötzlich woanders etwas aufscheinen läßt, was sehr hell ist und sich sehr schnell bewegt. Dann wird dieser neue Reiz über den intern generierten Suchprozeß gewinnen und die Aufmerksamkeit auf diese Reize gelenkt.

Gibt es denn neurowissenschaftlich darauf Hinweise, wie unser Gehirn Wahrnehmungen von Objekten und solche von Bildern unterscheidet?

Dafür gibt es, glaube ich, keine geschlossenen Theorien. Das System hat natürlich Zugang zu allen Informationen, und wenn es vor Bildern steht, sieht es, daß es sich um ein zweidimensionales Gebilde handelt, wenn es sich nicht um ein perfekt konstruiertes perspektivisches Bild handelt, welches das visuelle System täuscht. Wenn ich auf einer Fläche einen Stuhl sehe, dann kann ich durch eine leichte Verschiebung meines Kopfes feststellen, ob die bei dreidimensionalen Gegenständen zu erwartenden Parallaxenbewegungen eintreten. Tun sie das nicht, dann weiß ich, daß es sich um ein Bild handelt.

Wenn man den Cyberspace oder die Virtuelle Realität weiter perfektioniert, wo man sich in einer dreidimensionalen Szene wie in einer Umwelt bewegen kann und der Vergleich von Bild und Umwelt nicht mehr möglich ist, weil man einen sogenannten Datenhelm aufhat, dann wäre doch für das visuelle System eine Differenzierung nicht mehr möglich?

Man kann das System natürlich täuschen. Ich habe selber in Flugsimulatoren gesessen. Wenn man sich dort längere Zeit aufhält und handeln muß, man nicht reflektieren kann, daß man sich in einer vorgespiegelten Welt befindet, dann wird die Illusion zur erlebten Wirklichkeit. Das erfordert allerdings, daß keine Widersprüche eintreten, daß innerhalb der Sinnessysteme ein konsistentes Bild entsteht. Wenn die Scheinwelt aber der „Wirklichkeit“ entspricht, dann gibt es für das System keine Möglichkeit, sich vor dieser Täuschung zu retten.

Tritt denn die Simulationskrankheit dann auf, wenn solche Widersprüche zwischen verschiedenen Sinneskanälen bestehen?

Ja, die Seekrankheit ist dafür ein Beispiel. Wenn man Sie beispielsweise in einen Zylinder setzt, dessen Innenwände mit vertikalen Streifen bemalt sind und der sich langsam um Sie herum bewegt, dann wird Ihr Gehirn ziemlich bald davon ausgehen, daß Sie sich selbst rotierend bewegen und nicht die Umwelt. Der Grund ist, daß es sehr viel wahrscheinlicher ist, daß Sie sich bewegen, als daß sich alles gleichförmig um sie herum bewegt. Von diesem Moment an interpretiert das Nervensystem alle weiteren Eindrücke auf der Basis dieser Arbeitshypothese. Wenn Sie jetzt den Kopf neigen, dann antizipiert Ihr System eine Signalfolge aus Ihrem Gleichgewichtsorgan, die bei Eigenrotation zu erwarten wäre. Es kommt aber etwas ganz anderes. Das führt dann sehr schnell zu Übelkeit. Dasselbe geschieht bei der Simulatorkrankheit und in der Schwerelosigkeit, wo es zu Widersprüchen zwischen den vermittelten Sinnessignalen und dem daraus synthetisierten Konzept kommt. Warum das zur Übelkeit führt, weiß man nicht. Vielleicht ist es ein guter Schutzmechanismus, dann nichts mehr zu tun und sich gewissermaßen totzustellen. Ein verwandtes, unaufgelöstes und hoch interessantes Phänomen ist, wie das Gehirn überhaupt weiß, daß die Bilder, die es sich von der Welt macht, tatsächlich als Folge von äußeren Aktivitäten entstehen und nicht ausschließlich selbst generiert sind, wie das bei Halluzinationen und Träumen ja der Fall ist. Beides illustriert übrigens, wie aktiv, synthetisierend und interpretierend das System vorgeht. Wahrnehmen ist, so könnte man sagen, das Verifizieren von vorausgeträumten Hypothesen. Die Sinnessysteme sind nur ganz lose in die verarbeitenden Strukturen eingekoppelt, bedingen dort Symmetriebrechungen und modulieren Aktivitätszustände, aber das System ist von sich aus ständig aktiv und auf der Suche nach Kohärenz. Wenn man zu lange dem System von außen keine stimmigen Signale gibt, wie man das bei sensorischer Deprivation beobachten kann, dann beginnt man zu halluzinieren, weil das System dann von sich aus irgendwelche Interpretationen in der festen Annahme liefert, daß irgendetwas da sein muß. Der Übergang von der Wahrnehmung zum Traum ist fließend, wie man aus den vielen Wahrnehmungstäuschungen weiß.

Das Gehirn halluziniert sich also seine Umwelt, wenn es keine Außenreize erhält. Gibt es, um dem entgegenzuwirken, auch ein Bedürfnis, solche eindeutigen äußeren Reize zu erhalten, die diesen Mechanismus unterbrechen und sozusagen wieder in die Realität führen?

Da gibt es ein während der Phylogenese erworbenes Organisationsprinzip, das bewirkt, daß das Gehirn in aller Regel das, was draußen passiert, ernst nimmt. Letztlich ist das Nervensystem ja dafür entwickelt worden, den Organismus, der es trägt, solange heil über alle Widrigkeiten zu bringen, bis er sich dann endlich fortgepflanzt hat. Die Fähigkeit des Gehirns, prädiktive Modelle von noch ausstehenden Ereignissen zu bilden, um sich schneller anpassen zu können, ist relativ rezent. Aber wenn es einmal ein System gibt, das auf der Basis von Erfahrung solche prädiktiven Modelle entwickeln kann, was die Speicherung von Erfahrungsinhalten voraussetzt, dann muß es kombinatorisch spielen können. Was als Repräsentation internalisiert wurde, muß in verschiedene Bezüge gestellt werden, um prüfen zu können, was alles passieren könnte. Damit sich das Gehirn die Mühe macht, dieses kombinatorische Spiel zu spielen, muß es belohnt, also von internen Bewertungszentren als angenehm dargestellt werden. Das ist auch offensichtlich so. Wir sehen das bei Kindern, die nichts anderes tun, als mit den zum Teil angeborenen und zum Teil erworbenen Repräsentationen Planspiele durchzuführen. Zusätzlich muß es ein internes Bewertungssystem geben, von dem wir noch wenig wissen, welches die jeweils gefundenen Konstellationen bewertet und die passenden von den unpassenden trennt. Das ist auch das, was ein Wissenschaftler macht, wenn er Theorien bildet, und was ein Künstler macht, wenn er etwas herstellt. Irgendwann weiß er, daß es jetzt paßt. Was der Künstler und der Wissenschaftler machen, ist nichts anderes, als der Neugierde und dem Verlangen nach dem kombinatorischen Spiel nachzugeben und, losgelöst vom utilitaristischen Alltagsgeschäft des Lebens, dieses kombinatorische Spiel weiter zu spielen. Dadurch entstehen Modelle der Welt. Dieses Spiel ist offenbar so tief in der Architektur des Gehirns verankert, daß es gespielt werden muß, wenn das System überhaupt sinnvoll zum Lösen von Alltagsproblemen eingesetzt werden soll. Manche spielen das sehr gut, manche weniger, aber alle spielen. Insofern ist jeder, der wahrnimmt, in einem gewissen Sinne ein Künstler, weil er Modelle von der Welt erzeugt, interpretiert und selber seine Stimmigkeitskriterien generiert.

Vermutlich gibt es bestimmte biologische Randbedingungen, innerhalb deren nur etwas erkannt werden kann. Wenn man das Beispiel des bewegten Bildes nimmt, dann kann man sehen, daß hier die Geschwindigkeit immer weiter forciert wird, die Szenen immer schneller wechseln, wir aber trotzdem in der Lage sind, uns diesem Beschleunigungsprozeß anzupassen, was Menschen vielleicht vor 100 Jahren noch nicht gelungen wäre. Ein gutes Beispiel sind die Musikvideos. Können sich denn die Verpackungsgeschwindigkeiten, mit denen die Gehirne Informationen bündeln, verändern, oder gibt es hier eine Schallgrenze? Das Sich-Aussetzen dieser offenbar in gewissem Rahmen plastischen Grenze muß von den Menschen wohl auch als lustvoll empfunden werden.

Es ist schwer zu sagen, wo die Grenze liegt. Aber es gibt sicher eine, weil die Verabeitungsgeschwindigkeit im Gehirn durch physikalische Randbedingungen begrenzt ist. Ob wir diese Grenze mit den Videoclips erreicht haben, weiß ich nicht. Was mich allerdings persönlich anbetrifft, ist die Grenze erreicht. Ich kann dem nicht folgen, mich verwirrt das, und es bereitet mir auch kein Lustgefühl. Wir wissen aus der Klinik, von Drogenproblemen und von der Lust an der Gefahr, daß das Anfluten von Reizen für das Gehirn zumindest vorübergehend mit Lust verbunden ist. Sicher kann man insgesamt lernen, schneller zu werden und Reaktionszeiten zu verringern. Das Hirn hat ja auch trainiert werden können, differenzierte Sprachen oder die Mathematik zu lernen, aber ich glaube, wir müssen diesen Anpassungsprozeß mit großer Aufmerksamkeit verfolgen. Wenn wir beispielsweise unsere Kinder trainieren, die Aufmerksamkeitsspanne auf so kurze Segmente zu reduzieren, wie sie jetzt in Videoclips gefordert werden, und man ihnen wie beim Fernsehen die Möglichkeit nimmt, ihre selektive Aufmerksamkeit von innen heraus zu lenken und über beliebig lange Zeitläufte auf Objekte zu konzentrieren, die verarbeitet werden wollen, dann überfordern wir möglicherweise die Mechanismen, die die selektive Aufmerksamkeit steuern, und lassen sie dadurch verkümmern. Aufmerksamkeitsspannen über lange Zeit aufrechtzuhalten, ist zwar anstrengend, aber notwendig, um zum Beispiel komplexe gesprochene Sprache zu verstehen. Hier muß man auch oft die Klammer aufmachen und dann sehr lange offenlassen, bevor man sie wieder schließen kann. Wenn man diese Fähigkeit nicht trainiert, indem man zu kurze semantische Blöcke anbietet, die in sich geschlossen sind, und wenn man nicht selbst auswählen kann, wohin man blickt, was beim Fernsehen in extremer Weise der Fall ist, weil der Kameramann den Blick lenkt, dann geht möglicherweise eine Funktion verloren, die zur Durchdringung komplexerer Zusammenhänge sehr wichtig ist.

Wolf Singer, geb. 1943, studierte Medizin und anschließend Neurophysiologie.Seit 1981 ist Singer Direktor des Max-Planck- Instituts für Hirnforschung in Frankfurt. Forschungsschwerpunkte:Großhirnrinde, Wahrnehmungsprozesse, Entwicklungsneurobiologie und neuronale Plastizität. Er entdeckte mit seinen Mitarbeitern, daß bei bestimmten visuellen Reizen bestimmte Neuronennetze sich rhythmisch einschwingen. Buchveröffentlichungen: Neurobiology of Neurocortex (Hrsg. Mit P. Rakic), John Willy and Sons, Chichester 1988; Gehirn und Kognition (Hrsg.), Heidelberg 1990.