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Auf der Suche nach dem Geist im Gehirn

Ob, wie und, wenn ja, wo das Bewusstsein existiert, ist eine der ganz großen Fragen der Menschheit. In der Postmoderne vermutet man es im Gehirn. Doch wo dort? Und in welcher Form? Dazu gibt es einige Vermutungen aus den Reihen der Hirnforscher.

Copyright: www.ForestWander.com / via Wikimedia Commons


Lange dachten die Denker der Welt, Geist und Materie seien zwei unterschiedliche Paar Schuhe. René Descartes hat diesen Dualismus überzeugend formuliert: als Trennung von res extensa (dem Körper) und res cogitans (dem Geist). Diese Trennung ermöglichte den frühen Wissenschaftlern, ungestört von den Befindlichkeiten der Kirche ihrer Arbeit nachzugehen. Heute allerdings gehen nur noch wenige Forscher davon aus, dass das Bewusstsein unabhängig von einer biologischen Basis existiert. Die Kausalkette ist einigermaßen schlüssig: Fallen bestimmte Gehirnbereiche aus, fällt der Mensch ins Koma und ist nicht mehr bewusst. Auch im Tiefschlaf – während weite Teile des Gehirns ihre Aktivität reduzieren – findet Bewusstsein nicht statt.

Das Wichtigste in Kürze

  • Zunehmend versuchen Hirnforscher die Frage nach den Voraussetzungen und Mechanismen des Bewusstseins zu beantworten.
  • Da Bewusstsein auf biologischer Basis stattfindet, muss es neuronale Korrelate des Bewusstseins (NCC) geben – wie bei Sensorik und Motorik auch. Dieser Begriff wurde erstmals von Francis Crick und Christof Koch formuliert.
  • Gerald Edelman und Guilio Tononi verfolgen einen systemischen, theoretischen Ansatz, in dem Information in ganzen Neuronenverbänden kreist und auf diese Weise im Bewusstsein gehalten wird.
  • Stanislas Dehaene verfolgt den Gedanken eines globalen Arbeitsraumes und hat diesen unter anderem in einem Computermodell umgesetzt.
  • Die Erforschung des Bewusstseins auf neuronaler Ebene ist genauso komplex wie ihr Forschungsgegenstand. Viele grundlegende Fragen sind noch nicht geklärt.

Zeitliches Bewusstsein

Die Erregungsleitung von Nervenzellen beim erwachsenen Menschen beträgt um die 120 Meter pro Sekunde. Das ist enorm schnell, aber nicht so schnell, dass Entfernung keine Rolle spielen würde. Da die Hand dem Gehirn näher ist als der Fuß, sollten gleichzeitige Schmerzreize eigentlich zeitversetzt wahrgenommen werden. Sie müssen das nicht im Selbstversuch untersuchen – die Pointe ist: Beide Schmerzreize kommen gleichzeitig im Bewusstsein an.

Diese sensorische „Flexibilität“ des Bewusstseins hat als erster der amerikanische Physiologe Benjamin Libet untersucht und festgestellt, dass das Bewusstsein für sensorische Informationen stets 0,5 Sekunden verzögert ist. Zitat aus seinem Buch „Mind Time“: „Wessen wir uns bewusst sind, hat schon eine halbe Sekunde vorher stattgefunden“. Dass wir im Alltag davon nichts bemerken, liegt daran, dass das Gehirn diese Sinneserfahrungen zurückdatiert. Subjektiv empfinden wir also, dass wir den Reiz genau dann wahrgenommen haben, als er ausgelöst wurde. Das ist nur eines der vielen Wunder des neuronalen Bewusstseins. (Wenn das Bewusstsein ausfällt)

Das Gehirn ist nicht alles

Dass das Bewusstsein nur im Gehirn zu finden sei, ist natürlich vielen Menschen und auch Forschern zu wenig – nimmt doch diese Reduktion des Geistigen auf das Biologische und Materielle dem Menschen das Besondere. Dazu kommt, dass einige Forscher sogar das Ich für eine Fiktion halten, einen Traum des Gehirns. Dem westlichen Wissenschaftler ist das zu buddhistisch, und entsprechend vielfältig sind die alternativen Modelle.

Ein gutes Argument, warum die Biologie nicht alles sein kann, stammt von dem Philosophen und Psychiater Thomas Fuchs. Er erklärt, dass das Gehirn ohne seine Beziehung zur Umwelt, auch und besonders zu den Mitmenschen, gar kein Bewusstsein bilden könne. Die reine Biologie ist zu wenig, das Soziale unersetzlich, und so sei das Gehirn ein Beziehungsorgan.

Das stimmt natürlich, das zeigt schon Kaspar Hauser: Der Mensch ist ein Rudeltier und kann sich ohne eine qualitativ hochwertige Interaktion mit anderen Menschen nicht optimal entwickeln. Allerdings ändert das nichts an der Tatsache, dass ohne das entsprechende Gehirn aller soziale Input aus einer Schnecke keinen Schopenhauer macht. Die Biologie allein erklärt nicht alles, vor allem nicht psychologisch. Aber: Ohne Biologie wäre da nichts zu erklären.

Das zu wissen, hilft uns allerdings nicht weiter. Und reduziert übrigens auch nicht das Wunder des Menschlichen: Wir wissen immer noch nicht, wie es dem Gehirn gelingt, so etwas Komplexes wie uns ins Sein zu heben. Offene Fragen und pure Faszination führen dazu, dass mancher Hirnforscher heute auf philosophischen Pfaden wandelt. Denn er – und seine Kollegen der zumindest hier angrenzenden Wissenschaften Psychologie und Philosophie – können heute erstmals in der Geschichte der Menschheit der Frage nach dem Bewusstsein fundiert und empirisch nachgehen.

Dualismus in Kooperation

John C. Eccles (John Eccles – Über den Spalt hinweg), Mediziner und Philosoph, wurde zu Sir Eccles, weil ihm (zusammen mit Alan Hodgkin und Andrew Huxley) 1963 ein Nobelpreis für die Aufklärung der Erregungsleitung an der Synapse verliehen wurde. Gemeinsam mit dem Philosophen Karl Popper – dem die Wissenschaftstheorie das Prinzip der Falsifikation verdankt – vertrat er als einer der letzten Hirnforscher eine dualistische Position. Das passte gut zum Popper´schen Dualismus, der Trennung der materiellen Welt („Welt 1“) von der geistigen („Welt 2“). Beide legten in dem gemeinsamen Buch „Das Ich und sein Gehirn“ 1977 die These vor, dass es in der linken Hirnhälfte eine Region gebe, die eine Interaktion von Welt 1 und Welt 2 erlaube. Später im Leben suchte Eccles Argumente in quantenmechanischen Prozessen – eine Falle, die viele Denker fängt, sobald sie ihnen Unerklärliches auf erklärbare Füße stellen wollen.

Einer der letzten großen Dualisten heute ist übrigens der Philosoph David Chalmers, Australier wie Eccles, der beim Thema Bewusstsein ein einfaches und ein schwieriges Problem sieht (Das Rätsel Bewusstsein). Zum einfachen Problem gehören Denken, Lernen, Erinnern – sie sind physiologisch teilweise verstanden. Verstanden sind auch die Hirnprozesse, die zum Beispiel beim Wahrnehmen einer roten Rose oder bei Schmerzen auftreten. Doch was das Rot in uns subjektiv auslöst, und wie es sich anfühlt, Schmerzen zu haben – das können wir bislang nicht erklären. Dieses schwierige Problem wird von den Forschern, die sich dem Bewusstsein neurowissenschaftlich nähern, sehr ernst genommen.

Eine Frage der Bindung

Womöglich genauso schwierig ist ein Problem, zu dessen Verdeutlichung Sie sich bitte mal vorstellen, sie betrachteten besagte Rose. Da steht sie vor Ihnen, in all ihrer roten Pracht, dornig, duftend. Während Sie sie betrachten, werden in Ihrem visuellen System die verschiedensten Linien detektiert, aus denen bei weiterer Verarbeitung die Formen der einzelnen Blätter entstehen und noch etwas weiter hinten auf der visuellen Was-Bahn formiert sich der Seheindruck einer Rose. In Verbindung mit dem Riecheindruck ergibt sich ein rundes Bild, zu dem das Gedächtnis noch die Bezeichnung liefert, und wem man sie zum Heiratsantrag schenken will. Die Frage ist allerdings: Wie finden all diese einzelnen Verarbeitungsstufen am Ende wieder zueinander? Wie kann, was die Sensorik auseinandernimmt, die Wahrnehmung wieder zusammensetzen? Wer je ein Diagramm mit Verknüpfungen unterschiedlicher Hirnareale gesehen hat – viele beschriftete Punkte und ein Wust an Linien, der an ein Wollknäuel erinnert – kann das Problem ermessen.

Wolf Singer – ehemaliger Direktor des Max-Planck-Instituts für Hirnforschung in Frankfurt – und seine Mitarbeiter legten 1989 Belege vor, nach denen diese Bindung unterschiedlichster Reize durch die synchrone Entladung von Nervenzellen im 40-Hertz-Bereich erfolgen kann. Form, Farbe und Duft fänden nach diesem Modell zum Begriff der Rose, wenn alle beteiligten Neurone ihr Schwingungsverhalten abgestimmt haben. Das beantwortet die Frage, wie eine Wahrnehmung entstehen kann. Nicht aber, wie sie bewusst wird.

Dynamische Systeme

Nun betreten mit Gerald Edelman und Francis Crick gleich zwei Nobelpreisträger die Bühne der Bewusstseinsforschung. Ersterer hat bahnbrechende Arbeit am Immunsystem geleistet, letzterer gemeinsam mit John Watson die Doppelhelix-Struktur der DNA entdeckt. Fachfremd in Bezug auf die Neurowissenschaft waren beide. Und beide gingen forscherische Koalitionen mit aufstrebenden jungen Wissenschaftlern ein.

Edelman tat sich mit dem italienischen Psychiater Giulio Tononi zusammen und entwickelte eine eindrucksvolle systemische Theorie. Grob vereinfacht geht sie so: Man betrachte eine Gruppe von Neuronen mit definierter Funktion als funktionales Cluster – beispielsweise eines für die Geruchswahrnehmung. Indem andere Cluster für Farbe und Form sich hinzuschalten und kleine Cluster größere Cluster bilden können, entwickelt sich ein integrierter Prozess, der sich beliebig komplex nach oben, in Richtung Bewusstsein, skalieren lässt. Dort entsteht dann die Wahrnehmung einer Rose – und wird dort auch bewusst.

Dieses Organisationsdiagramm zeigt das Sehsystem beim Affen. Das des Menschen ist nicht weniger komplex – und irgendwo zwischen diesen (meist reziproken) Verbindungen sollte Bewusstsein zu finden sein. Copyright: Van Essen
Dieses Organisationsdiagramm zeigt das Sehsystem beim Affen. Das des Menschen ist nicht weniger komplex – und irgendwo zwischen diesen (meist reziproken) Verbindungen sollte Bewusstsein zu finden sein. Copyright: Van Essen
Wichtig sind zwei weitere Faktoren: Zum einen gibt es eine Art Darwin´sche Selektion zwischen den einzelnen Clustern. Betrachten wir nicht mehr die rote Rose, sondern die gelbe Nelke, hat das Cluster „rot“ keine Chance mehr und fällt aus der Wahrnehmung. Der zweite Faktor löst das Problem, dass Neurone auf einer schnelleren Zeitschiene ticken als unser Bewusstsein. Um aktiv zu bleiben und dauerhaft die Aktivität weit auseinanderliegender Hirnareale zu integrieren, muss die Information wieder und wieder in das System eingespeist werden – ein „Reentry“, der eine Synchronisierung neuronaler Aktivität überhaupt erst erlaubt.

Treten wir einen Schritt zurück und betrachten nun die diversen Cluster mit ihren Wechselwirkungen, erkennen wir: Bei Edelman und Tononi ist das Bewusstsein ein dynamisches System. Diesen Blick teilen zahlreiche andere Forscher. Weshalb es übrigens auch keinen Sinn macht, Wolf Singer simplen Determinismus vorzuwerfen, also die einfache Vorhersagbarkeit von Verhalten. Denn der neuronale Determinismus, den Singer vertritt, bezieht sich auf eben solche hochdynamischen Systeme und ist damit ein chaotischer: Wüssten wir sämtliche Anfangsbedingungen des Systems, könnten wir seine Zukunft tatsächlich vorhersagen. Doch es gibt viel zu viele Einflüsse.

Neuronale Korrelate des Bewusstseins

Im Vergleich zu den fast schon mathematischen Kollegen Edelman und Tononi gingen Francis Crick und Christof Koch ganz praktisch auf die Suche nach den so genannten Neuronalen Korrelaten des Bewusstseins (NCC). Bezogen auf die Rose bedeutet das: Wenn wir sie betrachten, sind bestimmte Neurone in unserem Gehirn aktiv und ermöglichen es, dass uns die Rose bewusst werden kann. Zitat Koch: „Es muss eine explizite Übereinstimmung zwischen einem mentalen Ereignis und seinen neuronalen Korrelaten geben.“

NCC: Die Abkürzung steht für die neuronalen Korrelate des Bewusstseins - Strukturen, die beispielsweise aus dem visuellen Eindruck, den ein realer Hund erzeugt, den Gedanken
NCC: Die Abkürzung steht für die neuronalen Korrelate des Bewusstseins - Strukturen, die beispielsweise aus dem visuellen Eindruck, den ein realer Hund erzeugt, den Gedanken "Hund" in unserem Gehirn erzeugen. Copyright: Christof Koch

Christof Koch beschreibt seine Forschung mit Francis Crick ausführlich in diesem Video (Koch und Crick und das Bewusstsein), und so wollen wir uns an dieser Stelle nur auf einen Gedanken der beiden konzentrieren, der sich zwar nicht durchgesetzt hat, aber doch sehr schön ist: Crick vermutete als tatsächlichen Sitz des Bewusstseins das Claustrum, ein flaches Blatt von Neuronen zwischen den Basalganglien und dem Cortex. Dessen Neurone weisen einige Besonderheiten auf, und seine Verschaltungen sind so komplex, dass Crick und Koch ihm die Rolle eines Dirigenten im Gehirn zugetraut hätten. Doch das ist schon eine Zeit her, und so einfach ist es wohl nicht. Jedenfalls gehören Tononi und Koch heute zu den einflussreichsten Erforschern des neuronalen Bewusstseins.

Raum zum Arbeiten

Auch das Bewusstsein braucht einen Arbeitsplatz. Diese Idee verfolgt seit 1986 der niederländische Kognitionswissenschaftler Bernhard Baars, und er nennt ihn „global workspace“ (Was ist Bewusstsein?). An ihm ist zu finden, was im Geist aktuell aktiv ist und subjektiv erlebt wird. Zur Rose in unserer Hand finden sich dort vielleicht die Warnung vor Dornen und die Hoffnung auf eine Vase, auf jeden Fall aber das, was es so braucht, um der dazugehörigen zwischenmenschlichen Situation gerecht zu werden.

Hier zeigen sich durchaus Parallelen zum Arbeitsgedächtnis – diese sieben plus/minus zwei Informationseinheiten, die wir jeweils im Kopf behalten können. Doch es gibt Unterschiede: Zwar wird der Inhalt des Arbeitsgedächtnisses von unbewussten Faktoren beeinflusst, er selbst aber ist uns stets bewusst. So bewusst, dass einige Forscher das Arbeitsgedächtnis sogar mit dem Bewusstsein gleichsetzen. Der global workspace von Baars dagegen hat auch Platz für unbewusste Informationen und umgeht so das Problem, dass sich das Bewusstsein selbst nur mit einem Bruchteil der verfügbaren Daten beschäftigt.

Stanislas Dehaene – bekannt durch seine Arbeiten zum Schreiben und Lesen –,  Jean-Pierre Changeux und Kollegen haben den global workspace im neuronalen Kontext lange Jahre untersucht und 2006 ein dreistufiges Computermodell entwickelt: Ebene 1 bildet die Aktivität einzelner Neurone ab, Ebene 2 diverse Verbindungen zwischen Thalamus und Cortex. Der Thalamus gilt ja als Tor zum Bewusstsein, weil er dem Cortex Informationen zuträgt, und nur dort können diese auch bewusst werden. Ebene 3 stellt ein Netzwerk aus weit entfernten Strukturen dar, die in einem ständigen Prozess von Feedback und Feedforward Information austauschen. Auf diese Weise versucht das Dehaene-Changeux-Modell, höhere kognitive Funktionen und eben auch das Bewusstsein zu reproduzieren. Im Praxisversuch erweist es sich als trainierbar – und sogar als hilfreich, beispielsweise bei der Untersuchung der Unaufmerksamkeitsblindheit.

Lautstarke Kritik: „Die Hirnforschung hat versagt!“

Doch solche Erfolge sind selten. Die Bewusstseinsforschung mit neurowissenschaftlichen Methoden ist daher beliebtes Ziel für Neuro-Bashing, das aktuell sehr im Trend liegt. Zu beschränkt sei die Hirnforschung bei der Suche nach dem Bewusstsein, nicht nur in ihren Methoden, sondern auch – so zumindest manche Kritiker – in ihren konzeptionellen Ansätzen. Das Argument besticht, denn bislang sind die Neurowissenschaftler auf der Suche nach dem Bewusstsein im Gehirn nicht wirklich weit gekommen. Es übersieht allerdings den Zeitfaktor – und erinnert so ein wenig an die Aussage eines ehemaligen Direktors des New Yorker Patentamtes aus dem Jahr 1899: „Alles, was erfunden werden kann, ist bereits erfunden.“ Sie wurde bekanntlich eindrucksvoll widerlegt.

Zu vermuten ist also, dass auch die Hirnforscher noch einiges finden werden. Beim Bewusstsein allerdings kann es etwas länger dauern.

Kommentare
Richard Kinseher

Wenn unsere Sinne Reize wahrnehmen, dann werden bestimmte Bereiche des Gehirns aktiv. Wenn wir uns an dieses Erlebnis wieder erinnern, dann werden die gleichen Bereiche wieder aktiv, wie beim ursprünglichen Erlebnis.
D.h. Bewusstsein ist eine re-aktivierung, ein wieder-erleben von Erlebnissen. Diesen Aktivierungszustand muss man klar von Gedächtnisaktivitäten abgrenzen.
Dies ist vergleichbar mit einem bunten Bild auf einem Computermonitor: das Bild ist das Ergebnis eines Aktivierungszustandes, aber es ist nicht möglich, dieses Bild auf der Festplatte des Computers abzuspeichern. Sondern wir können nur diejenigen Daten abspeichern, welche notwendig sind, um später den Monitor so zu reaktivieren, um dann als Ergebnis vom Anregungszustand dieses Bild wieder sehen zu können.
Dieses Beispiel zeigt, dass wir zwischen dem Ergebnis von Anregungszuständen und den zugehörigen Daten (und deren Verarbeitung) deutlich unterscheiden müssten, wenn wir das Phänomen ´Bewusstsein´ verstehen wollen.
16.11.2013 10:42 Uhr
Dr. Joachim Keppler

Der Geist an sich findet sich nicht im Gehirn. Das Gehirn ist das Instrument, das aus dem Ozean des Bewusstseins bewusste Momente herausfiltert. Dazu bedient sich das Gehirn eines universellen Mechanismus:

http://www.diwiss.de/Materi[…]sein_Dr_Joachim_Keppler.pdf

http://journal.frontiersin.org/[…]/full

http://www.davidpublishing.com/[…]/2012120603439851.pdf
30.11.2014 00:36 Uhr
Cornelius Schneider

@Herr Dr. Keppler,
ich finde Ihr Konzept überaus interessant und würde wirklich gern einmal eine ernsthafte Auseinandersetzung mit Ihren Überlegungen von der "Gegenseite" lesen. Alles viel spannender, als einen völlig offenen Diskurs, in dem es zur rein materialistischen Position durchaus intellektuell gleichwertige Argumente und Überlegungen gibt, als "Neuro Bashing" zu bezeichnen.

11.01.2016 14:30 Uhr
Re: Antwort auf Kommentar von Cornelius Schneider
Dr. Joachim Keppler

Herr Schneider,

bevor ich auf Ihren Kommentar antworte, ist es sicherlich gut und sinnvoll, nochmals kurz die Positionen klarzustellen.

Wenn Sie von der „Gegenseite“ sprechen, meinen Sie sicherlich die Mehrheit der Neurowissenschaftler, die den Standpunkt vertreten, dass unser Bewusstsein durch die dynamische Wechselwirkung von Neuronen und deren Aktivitätsmustern erzeugt wird. Dieser Ansatz lässt eine wesentliche Frage unbeantwortet: Wenn qualitative Erlebnisinhalte (Qualia) wirklich aus physikalischen Prozessen hervorgehen, dann muss dieser Schöpfungsakt von Bewusstsein mittels eines wissenschaftlich einleuchtenden Mechanismus erklärbar sein, der mit den Naturgesetzen kompatibel ist. In dieser Hinsicht ist jedoch keine greifbare und befriedigende Lösung in Sicht.


Statt das Gehirn als den Erzeuger des Bewusstseins aufzufassen, ist es viel plausibler, Bewusstsein als eine fundamentale Eigenschaft des Universums zu akzeptieren und das Gehirn als einen hochspezialisierten Bewusstseinsfilter zu betrachten. Aus dieser Sicht bedient sich das Gehirn eines universellen Mechanismus, auf Basis dessen es ein limitiertes Spektrum qualitativer Schattierungen aus einem kosmischen Bewusstseinsfeld extrahiert, das die komplette Farbpalette des Bewusstseins (also quasi das ungefilterte Spektrum aller möglichen bewussten Zustände) umfasst. Dies ist der Standpunkt, den ich vertrete. In meinen Arbeiten stelle ich dar, dass die moderne Physik nicht nur einen vielversprechenden Kandidaten für das Bewusstseinsfeld, sondern auch einen geeigneten Filtermechanismus anbieten kann. Und die neurophysiologische Evidenzlage legt nahe, dass genau dieser Mechanismus bei bewussten Prozessen wirksam ist. Dies führt zu einer befriedigenden Erklärung der neurowissenschaftlichen Ergebnisse.

Nun zu Ihrem Punkt hinsichtlich einer ernsthaften Auseinandersetzung der Gegenseite mit meinen Arbeiten und Überlegungen: Eine derartige Auseinandersetzung findet durchaus statt, jedoch nicht in der breiten Öffentlichkeit, sondern eher auf Fachkonferenzen, auf denen die unterschiedlichen Standpunkte vorgestellt und kontrovers diskutiert werden. Dabei lässt sich klar feststellen, dass der rein materialistische Standpunkt („das Gehirn erzeugt Bewusstsein“ oder „Bewusstsein kann auf Gehirnprozesse reduziert werden“) in den letzten Jahren an Gewicht verloren hat und dass eine stetig wachsende Zahl von Bewusstseinsforschern offen für alternative Erklärungsmodelle ist. In diesem Zuge gibt es auch mehr und mehr Neurowissenschaftler, die sich mit meinem Ansatz beschäftigen und auf mich zukommen. Insofern bin ich sehr zuversichtlich, dass sich in den nächsten Jahren einiges bewegen wird. Für größere Umbrüche braucht mach eben ein wenig Geduld.

10.04.2016 12:35 Uhr
3D-Gehirn
Infos zum Beitrag
Datum:
01.09.2013
Wissenschaftliche Betreuung:
Prof. Dr. Andreas Karl Engel
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