Was ist Bewusstsein? Ja eigentlich alles. Es ist eine Melodie, die im Kopf steckt, die Süße einer Tafel Schokolade, der pochende Schmerz von Zahnschmerzen, wilde Liebe, das Wissen, dass alle Gefühle jemals verblassen werden. Der Ursprung und die Natur dieser Erfahrungen, manchmal auch Qualia genannt, waren von den frühesten Tagen der Antike bis heute ein Rätsel. Viele moderne Philosophen, die den Geist analysieren, einschließlich Daniel Dennett von der Tufts University, betrachten die Existenz des Bewusstseins als eine so offensichtliche Beleidigung eines bedeutungslosen Universums aus Materie und Leere, dass sie es als Illusion deklarieren. Das heißt, sie leugnen entweder die Existenz von Qualia oder argumentieren, dass die Wissenschaft sie niemals verstehen wird.
Wenn diese Aussage wahr wäre, hätten wir nichts zu besprechen. Krishtof Koch, der diesen Aufsatz geschrieben hat, muss nur erklärt werden, warum Sie, ich und alle anderen fest davon überzeugt sind, dass wir Gefühle haben. Der Glaube, dass Schmerz eine Illusion ist, wird diesen Schmerz jedoch nicht verringern. Es muss also eine andere Lösung für das Problem von Körper und Geist geben. Weiter - von der ersten Person.
Die meisten Wissenschaftler halten das Bewusstsein für selbstverständlich und bemühen sich, seinen Zusammenhang mit der von der Wissenschaft beschriebenen objektiven Welt zu verstehen. Vor mehr als einem Vierteljahrhundert haben Francis Crick und ich beschlossen, die philosophischen Diskussionen über das Bewusstsein, die Wissenschaftler seit Aristoteles angezogen haben, beiseite zu legen und nach physischen Abdrücken davon zu suchen. Was passiert mit dem angeregten Teil der Gehirnsubstanz, der das Bewusstsein hervorruft? Sobald wir dies verstanden haben, werden wir uns der Lösung eines grundlegenderen Problems nähern.
Wir suchen insbesondere nach neuronalen Korrelaten des Bewusstseins (NCC, NCC), definiert als die minimalen neuronalen Mechanismen, die für eine bestimmte bewusste Erfahrung ausreichen. Was muss in Ihrem Gehirn passieren, damit Sie beispielsweise Zahnschmerzen haben? Müssen einige Nervenzellen mit einer bestimmten magischen Frequenz vibrieren? Muss ich einige spezielle "Bewusstseinsneuronen" aktivieren? In welchen Bereichen des Gehirns sollten sich diese Zellen befinden?
Neuronale Korrelate des Bewusstseins
Bei der Bestimmung des NCC ist es wichtig zu verstehen, wo das Minimum liegt. Das Gehirn als Ganzes kann als NCC betrachtet werden: Es erzeugt Tag für Tag Erfahrungen ohne Unterbrechung. Der Ort des Bewusstseins kann aber zusätzlich eingezäunt werden. Nehmen wir zum Beispiel das Rückenmark - einen langen, flexiblen „Schlauch“aus in Knochen gepressten Neuronen mit einer Milliarde Nervenzellen. Wenn das Rückenmark im Verlauf einer Nackenverletzung vollständig geschädigt wird, wird die Person in den Beinen, Armen und im Rumpf gelähmt, kann den Darm und die Blase nicht kontrollieren und verliert den Sinn für den Körper. Aber solche gelähmten Menschen genießen weiterhin das Leben in seiner ganzen Vielfalt - sie sehen, hören, riechen, erleben und erinnern sich an alles wie vor dem traurigen Vorfall. Sie können einfach nicht laufen und machen freiwillig Kot.
Oder betrachten Sie das Kleinhirn, das „kleine Gehirn“unter dem Rücken des Gehirns. Aus evolutionärer Sicht ist es einer der ältesten Gehirnkreise, der Bewegung, Haltung, Gang und komplexe Bewegungsabläufe steuert. Klavierspielen, Tippen, Eistanzen oder Klettern werden von der Arbeit des Kleinhirns bestimmt. Es enthält großartige Neuronen - Purkinje-Zellen, die Antennen haben und sich wie Seekorallen ausbreiten und eine komplexe elektrische Dynamik aufweisen. Es hat auch die meisten Neuronen in der Größenordnung von 69 Milliarden, viermal so viele wie der Rest des Gehirns zusammen.
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Was passiert mit dem Bewusstsein, wenn das Kleinhirn durch einen Schlaganfall oder unter dem Messer eines Chirurgen teilweise geschädigt wird? Nichts. Patienten mit einem beschädigten Kleinhirn klagen über einige Mängel, spielen weder Klavier noch Typ, verlieren aber niemals einen Aspekt des Bewusstseins. Sie hören, sehen und fühlen sich großartig, behalten ihr Selbstwertgefühl, erinnern sich an vergangene Ereignisse und projizieren sich weiterhin in die Zukunft. Selbst wenn man ohne Kleinhirn geboren wird, hat dies keinen starken Einfluss auf die bewusste Erfahrung des Einzelnen.
Es stellt sich heraus, dass der riesige Kleinhirnapparat nichts mit subjektiver Erfahrung zu tun hat. Warum? Wichtige Hinweise finden sich in seiner Schaltung, die extrem homogen und parallel ist (ähnlich wie Batterien parallel geschaltet werden können). Das Kleinhirn funktioniert ganz einfach: Ein Satz von Neuronen beeinflusst den nächsten, und dieser eine gibt den Staffelstab an den dritten weiter. Es gibt keine komplexen Rückkopplungsschleifen, die sich in der vorbeiziehenden elektrischen Aktivität widerspiegeln. (Angesichts der Zeit, die die Entwicklung einer bewussten Wahrnehmung benötigt, glauben die meisten Theoretiker, dass sie Rückkopplungsschleifen in den kavernösen Schaltkreisen des Gehirns enthalten sollte.) Darüber hinaus ist das Kleinhirn funktional in Hunderte oder mehr unabhängige Rechenmodule unterteilt. Jeder von ihnen arbeitet parallel mit separaten, nicht überlappenden Ein- und Ausgängen. Steuerung der Bewegungen verschiedener motorischer oder kognitiver Systeme. Sie interagieren schwach - und das Bewusstsein erfordert im Gegenteil die gegenseitige Beteiligung vieler Systeme.
Eine wichtige Lektion, die wir aus unserer Untersuchung des Rückenmarks und des Kleinhirns gelernt haben, ist, dass der Geist des Bewusstseins nicht auftritt, wenn Nervengewebe stimuliert wird. Brauche mehr. Dieser zusätzliche Faktor findet sich in der grauen Substanz, aus der die berühmte Großhirnrinde, ihre äußere Oberfläche, besteht. Es ist eine laminierte Folie aus komplexem, miteinander verbundenem Nervengewebe, die die Größe und Breite einer 14-Zoll-Pizza hat. Zwei solche Blätter, die oft gefaltet wurden, sind zusammen mit ihren Hunderten Millionen Drähten - weiße Substanz - eng in den Schädel gehämmert. Alles deutet darauf hin, dass neokortikales Gewebe Gefühle hervorruft.
Sie können den Ort des Bewusstseins weiter eingrenzen. Nehmen Sie zum Beispiel Experimente, bei denen unterschiedliche Reize auf das rechte und das linke Auge angewendet werden. Nehmen wir an, Ihr linkes Auge schaut auf Donald Trump und Ihr rechtes Auge schaut auf Hillary Clinton. Man könnte sich vorstellen, dass eine Person eine Überlagerung von Trump und Clinton sehen würde. In Wirklichkeit werden Sie Trump einige Sekunden lang sehen, danach verschwindet er und Clinton erscheint. Dann wird sie verschwinden und Trump wird zurückkehren. Zwei Bilder werden sich aufgrund der binokularen Rivalität endlos ersetzen - ein Krieg zwischen den Augen um den Vorrang. Da das Gehirn zwei Eingaben erhält, kann es nicht zwischen Trump und Clinton wählen.
Wenn Sie gleichzeitig in einem Magnetscanner liegen, der die Gehirnaktivität aufzeichnet, werden Experimentatoren feststellen, dass eine Vielzahl von Kortexregionen - der hintere parietale Kortex - eine wichtige Rolle bei der Verfolgung dessen spielen, was wir sehen. Bemerkenswerterweise signalisiert der primäre visuelle Kortex, der die von den Augen empfangenen Informationen empfängt und weiterleitet, nicht, was das Subjekt sieht. Die gleiche Arbeitsteilung gilt für Klang und Berührung: Der primäre auditive und der primäre somatosensorische Kortex wirken sich nicht direkt auf den Inhalt der auditorischen oder somatosensorischen Erfahrung aus. Stattdessen umfasst der Prozess die nächste Stufe - in der aktiven Zone des hinteren parietalen Kortex -, die zu einer bewussten Wahrnehmung führt.
Zwei klinische Ursachen werden mehr Licht ins Dunkel bringen: die elektrische Stimulation des kortikalen Gewebes und die Untersuchung von Patienten, nachdem bestimmte Bereiche durch Verletzungen oder Krankheiten verloren gegangen sind. Vor der Entfernung eines Gehirntumors oder eines Ortes epileptischer Anfälle bilden Neurochirurgen beispielsweise die Funktionen benachbarter Kortexgewebe ab, indem sie diese direkt mit Elektroden stimulieren. Die Stimulierung der hinteren heißen Zone kann einen Fluss unterschiedlicher Empfindungen und Gefühle hervorrufen. Dies können Lichtblitze, geometrische Formen, Grimassen, akustische oder visuelle Halluzinationen, ein Gefühl von Deja Vu, der Wunsch, ein bestimmtes Glied zu bewegen usw. sein. Die Stimulation des vorderen Kortex ist eine ganz andere Sache: Im Großen und Ganzen erzeugt sie keine direkte Erfahrung.
Die zweite Informationsquelle sind die Patienten von Neurologen aus der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts. Manchmal mussten Chirurgen einen großen Gürtel der präfrontalen Kortikalis ausschneiden, um Tumore zu entfernen oder epileptische Anfälle zu lindern. Es ist bemerkenswert, wie ungewöhnlich diese Patienten sind. Der Verlust eines Teils des Frontallappens hatte einige schädliche Folgen: Die Patienten entwickelten eine Zurückhaltung, inakzeptable Emotionen oder Handlungen, motorische Defizite und unkontrollierte Wiederholungen von Handlungen oder Worten zurückzuhalten. Nach der Operation fühlten sie sich jedoch besser und lebten ohne Anzeichen von Verlust oder Verschlechterung der bewussten Erfahrung weiter. Umgekehrt könnte das Entfernen selbst kleiner Bereiche des hinteren Kortex, in denen sich heiße Zonen befanden, zu einer ganzen Klasse von Bewusstseinsproblemen führen: Patienten konnten Gesichter nicht erkennen, Bewegungen, Farben erkennen oder im Raum navigieren.
Man könnte also denken, dass die Blicke, Geräusche und anderen Empfindungen des Lebens, die wir erleben, in Bereichen des hinteren Kortex geboren werden. Soweit wir das beurteilen können, erscheinen dort fast alle bewussten Erfahrungen. Was ist der grundlegende Unterschied zwischen diesen hinteren Regionen und dem größten Teil des präfrontalen Kortex, der den subjektiven Inhalt nicht direkt beeinflusst? Wir wissen nicht. Eine kürzlich entdeckte Entdeckung weist jedoch darauf hin, dass Neurowissenschaftler einem Hinweis nahe sein könnten.
Bewusstseinszähler
Die Medizin benötigt ein Gerät, das das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Bewusstsein bei Menschen mit Behinderungen oder Beeinträchtigungen zuverlässig erkennen kann. Während der Operation werden Patienten beispielsweise in eine Anästhesie getaucht, um unbeweglich und mit stabilem Blutdruck zu bleiben. Dadurch können sie sich schmerzfrei fühlen und traumatische Erinnerungen vermeiden. Leider wird dieses Ziel nicht immer erreicht: Jedes Jahr bleiben Hunderte von Patienten unter Narkose bei Bewusstsein.
Eine andere Kategorie von Patienten, die aufgrund eines Unfalls, einer Infektion oder einer schweren Vergiftung eine schwere traumatische Hirnverletzung haben, kann jahrelang leben, ohne sprechen oder auf verbale Anfragen reagieren zu können. Stellen Sie sich einen Astronauten vor, der im Weltraum schwebt und dem Kontrollzentrum zuhört, das versucht, ihn zu kontaktieren. Sein beschädigtes Mikrofon überträgt seine Stimme nicht und er scheint völlig von der Welt abgeschnitten zu sein. Ebenso erleben Patienten mit Hirnschäden, die sie daran hindern, mit der Welt zu kommunizieren, eine extreme Form der Einzelhaft.
In den frühen 2000er Jahren erfanden Giulio Tononi von der Universität Wisconsin-Madison und Marcello Massimini von der Universität Mailand in Italien die Zip-Zap-Technik, um festzustellen, ob eine Person bei Bewusstsein ist oder nicht. Wissenschaftler legen eine Drahtspule auf den Schädel und "schießen" darauf - sie senden einen starken Impuls magnetischer Energie in den Schädel und induzieren kurzzeitig einen elektrischen Strom in den Neuronen. Diese Interferenz wiederum erregt und hemmt die Partnerzellen von Neuronen in den verbundenen Bereichen und fegt in einer Welle durch das Gehirn, bis es ausstirbt. Ein Netzwerk von EEG-Sensoren außerhalb des Schädels liest diese elektrischen Signale. Im Laufe der Zeit ergeben diese Spuren, die jeweils einer bestimmten Stelle im Gehirn unter dem Schädel entsprechen, ein Bild.
Dieses Bild zeigt keine Muster, ist aber auch nicht völlig zufällig. Sie können anhand von Rhythmen bestimmen, wie das Gehirn frei von Bewusstsein ist. Wissenschaftler quantifizieren diese Daten, indem sie sie mit dem üblichen.zip-Algorithmus in ein Archiv komprimieren und die Komplexität der Gehirnreaktion ermitteln. Freiwillige, die aufwachten, hatten einen „Störungsschwierigkeitsindex“zwischen 0,31 und 0,7, der bei Tiefschlaf oder Anästhesie unter 0,31 fiel. Massimini und Tononi testeten ihre Methode an 48 Patienten mit Hirnschäden, die jedoch ansprechbar und wach waren, und stellten fest, dass Sie mit der Methode in jedem Fall das Vorhandensein von Bewusstsein in einer Person bestimmen können.
Die Gruppe wandte die Methode dann bei 81 Patienten an, die bei minimalem Bewusstsein oder in einem vegetativen Zustand waren. In der ersten Gruppe, die einige Anzeichen von nicht reflektierendem Verhalten aufwies, identifizierte die Methode 36 von 38 Personen im Bewusstsein genau. Er identifizierte fälschlicherweise zwei Patienten als bewusstlos. Von 43 vegetativen Patienten, die in keiner Weise ansprachen, waren 34 bewusstlos, 9 jedoch bei Bewusstsein. Ihr Gehirn reagierte ähnlich wie das Gehirn derjenigen, die bei Bewusstsein waren, was bedeutet, dass sie bei Bewusstsein waren, dies aber ihren Lieben nicht mitteilen konnten.
Aktuelle Forschung zielt darauf ab, die Zip-Zap-Methode für neurologische Patienten zu standardisieren, zu verbessern und auf psychiatrische und pädiatrische Patienten auszudehnen. Früher oder später werden Wissenschaftler eine Reihe spezifischer neuronaler Mechanismen entdecken, die eine Art bewusste Erfahrung erzeugen. Diese Ergebnisse haben zwar wichtige klinische Auswirkungen und helfen Familien und Freunden, beantworten jedoch keine grundlegenden Fragen: Warum sind diese Neuronen und nicht diese? Warum bei dieser Frequenz und nicht bei dieser? Das Geheimnis, das jeden erregt, ist, wie und warum organisierte Wirkstoffe bewusste Empfindungen erzeugen. Schließlich gehorcht das Gehirn wie jedes andere Organ den gleichen physikalischen Gesetzen wie Herz und Nieren. Was macht sie anders? Welche Biophysik transformiert die graue Masse?eine graue Substanz in der grandiosen Technik und Klangfülle, mit der unsere alltägliche Erfahrung mit dieser Welt ausgestattet ist?
Letztendlich brauchen wir eine zufriedenstellende wissenschaftliche Theorie des Bewusstseins, die vorhersagt, unter welchen Bedingungen ein bestimmtes physikalisches System - sei es ein komplexer Schaltkreis von Neuronen oder Siliziumtransistoren - im wahrsten Sinne des Wortes zu erfahren beginnt. Warum unterscheidet sich die Qualität dieser Erfahrungen? Warum unterscheidet sich der klare blaue Himmel so sehr vom Kreischen einer schlecht gestimmten Geige? Gibt es eine Funktion für diese Erfahrungsunterschiede und wenn ja, welche? Mit einer solchen Theorie können wir bestimmen, welche Erfahrungen ein bestimmtes System machen wird. Bevor es erscheint, wird jedes Gespräch über Maschinenbewusstsein ausschließlich auf unserer Intuition beruhen, die, wie die wissenschaftliche Geschichte zeigt, ein unzuverlässiger Leitfaden ist.
Eine besonders heftige Debatte über die beiden beliebtesten Bewusstseins-Theorien ist ausgebrochen. Eine davon ist die Theorie des globalen neuronalen Raums (GNW), die vom Psychologen Bernard Baars und den Neurowissenschaftlern Stanislas Dehanet und Jean-Pierre Shangyeux entwickelt wurde. Die Theorie beginnt mit dem Postulat, dass viele verschiedene Teile Ihres Gehirns auf diese Informationen zugreifen, wenn Sie sich etwas bewusst werden. Wenn Sie andererseits unbewusst handeln, werden die Informationen in dem spezifischen sensorisch-motorischen System lokalisiert, das an dem Prozess beteiligt ist. Wenn Sie beispielsweise schnell tippen, geschieht dies automatisch. Wenn Sie gefragt werden, wie Sie es tun, und Sie können nicht antworten: Sie haben praktisch keinen bewussten Zugang zu diesen Informationen, und sie konzentrieren sich auf die Gehirnkreise, die Ihre Augen mit der schnellen Bewegung Ihrer Finger verbinden.
Auf dem Weg zur fundamentalen Theorie
Laut GNW entsteht das Bewusstsein aus einer bestimmten Art der Informationsverarbeitung - bekannt aus den Anfängen der künstlichen Intelligenz, als spezialisierte Programme auf kleine, gemeinsam genutzte Informationsspeicher zugreifen. Unabhängig von den auf dieser "Tafel" geschriebenen Daten standen verschiedene Hilfsprozesse zur Verfügung: Arbeitsspeicher, Sprache, Planungsmodul usw. Laut GNW entsteht Bewusstsein, wenn eingehende sensorische Informationen, die auf eine solche Tafel geschrieben sind, weitgehend an verschiedene kognitive Systeme gesendet werden, die diese Daten für Konversation, Aufbewahrung, Rückruf oder Aktion verarbeiten.
Da auf diesem Board nicht viel Platz ist, sind uns möglicherweise nicht viele Informationen gleichzeitig bekannt. Es wird angenommen, dass sich das Netzwerk von Neuronen, die diese Nachrichten übertragen, in den Frontal- und Parietallappen befindet. Sobald die spärlichen Daten über das Netzwerk übertragen und global verfügbar gemacht werden, werden die Informationen bewusst. Das heißt, das Thema ist sich dessen bewusst. Obwohl moderne Maschinen diese kognitive Komplexität noch nicht erreicht haben, ist dies nur eine Frage der Zeit. GNW geht davon aus, dass Computer der Zukunft bewusst sein werden.
Die von Tononi und seinen Kollegen, einschließlich mir, entwickelte Integrierte Informationstheorie (IIT) hat einen völlig anderen Ausgangspunkt: die Erfahrung selbst. Jede Erfahrung hat bestimmte wesentliche Eigenschaften. Es ist intern, es existiert nur für das Subjekt als "Besitzer", es ist strukturiert (ein gelber Bus bremst vor einem Hund, der die Straße überquert), es ist konkret - es kann von anderen bewussten Erfahrungen unterschieden werden, wie eine separate Einstellung in einem Film. Darüber hinaus ist es einheitlich und eindeutig. Wenn Sie an einem warmen, schönen Tag auf einer Parkbank sitzen und den Kindern beim Spielen zuschauen, können die verschiedenen Teile der Erfahrung - die Brise in Ihren Haaren, die Freude am Lachen Ihres Babys - nicht in Teile geteilt werden, ohne die Fülle der Erfahrung zu verlieren.
Tononi postuliert, dass jeder komplexe und miteinander verbundene Mechanismus, dessen Struktur eine Vielzahl von Kausalzusammenhängen codiert, diese Eigenschaften haben wird - und daher eine gewisse Bewusstseinsebene haben wird. Wenn diesem Mechanismus wie dem Kleinhirn Integration und Komplexität fehlen, ist ihm nichts bekannt. Nach dem IIT ist Bewusstsein eine intrinsische Kausalkraft, die komplexe Mechanismen wie das menschliche Gehirn besitzen.
Das IIT sagt auch voraus, dass ausgefeilte Simulationen eines menschlichen Gehirns, das auf einem digitalen Computer ausgeführt wird, nicht bewusst sein können - selbst wenn es auf eine Weise spricht, die von einer realen Person nicht zu unterscheiden ist. So wie das Modellieren der massiven Anziehungskraft eines Schwarzen Lochs die Raumzeit um einen Computer nicht verzerrt, wird die Gedankenprogrammierung niemals einen bewussten Computer erzeugen.
Wir stehen vor zwei Aufgaben. Eine davon ist, immer fortschrittlichere Werkzeuge zu verwenden, Neuronen zu beobachten und zu untersuchen, um in diesen Neuronen nach Bewusstsein zu suchen. Angesichts der byzantinischen Komplexität des Zentralnervensystems wird es Jahrzehnte dauern. Eine weitere Herausforderung besteht darin, die beiden vorherrschenden Theorien zu bestätigen oder zu widerlegen. Oder erstellen Sie das beste aus den Fragmenten dieser beiden und erklären Sie, wie ein anderthalb Kilogramm schweres Organ uns die Fülle von Empfindungen verleiht.
Ilya Khel
