Beschreibung von Gehirn und Bewusstsein

Universum/Energie---Materie/Leben--- Gehirn/Information---Informationsverarbeitung--- Bewusstsein

Das Gehirn ist ein sehr großes, hochkomplexes biologisches neuronales Netz mit vielen Nervenzellen (Neuronen) die über Synapsen verbunden sind. Im Gehirn gib es verschiedene Bereiche die für bestimmte Aufgaben (zB. Verarbeitung von Sinnesreizen oder kognitive Reize) spezialisiert sind, wobei viele dieser Bereiche zusammenarbeiten. Durch diese Zusammenarbeit und deren Wechselwirkungen (neuronaler Prozesse), entsteht auch das Bewusstsein, wodurch zB. das Erleben erst möglich wird.

Bewusstsein ist im allgemeinen Sinne zB. die Wahrnehmung, Erfahrung, Erkenntnis, Gefühle und das Erleben, dies sind mentale Zustände und Prozesse auch Qualia/Phänomenales Bewusstsein genannt. Das Bewusstsein kann auch über sich selbst nachdenken, das sogenannte Selbstbewusstsein. Diese Eigenschaft ist eine besondere Fähigkeit des Menschen (mit Ausnahme einiger Menschenaffen den Hominidae), sein eigenes Ich wahrzunehmen. Die meisten Tiere dagegen haben ein viel niedrigeres Bewusstsein.

Sich seiner Selbst-Bewusst-Sein, ist die höchste Stufe des menschlichen Bewusstseins, welches sein hochentwickeltes Gehirn hervorgebracht hat.

Es gibt auch den Geist (geistige Fähigkeiten) wie zB. die Wahrnehmung, Ideen/Gedachtes, Logik/Mathematik, Sprache und Lernen welches kognitive Fähigkeiten sind. Der Geist oder das Geistige entsteht bzw. ist eine Eigenschaft des Bewusstseins. Die Begriffe für Bewusstsein und Geist, sind manchmal nicht so genau zu trennen, da sie sehr unterschiedliche Bedeutungen haben. Wie zB. Geist auch eine religiöse Betrachtungsweise seien kann.

Anmerkung

Siehe auch David Chalmers, er unterscheidet zwischen leichten und schweren Problemen der Erklärbarkeit des Bewusstseins.¹⁾

Das Gehirn und Bewusstsein könnte wie die zwei Seiten einer Medaille sein. !

Bewusstsein und Geist kann auch metaphysisch (siehe Metaphysik) hinterfragt werden.

Im Christentum, wird der Begriff Geist (auch Heiliger Geist) von der Geistes- und Naturwissenschaftlichen Betrachtungsweise unterschieden. Der Begriff Bewusstsein spielt im religiösen Sinne auch eine Rolle. Aber das menschliche Bewusstsein wird nicht wie von den Wissenschaften als Entstehung durch Natur oder Evolution betrachtet, sondern ausschließlich im Zusammenhang mit einer transpersonalen oder transzendenten Geistigkeit verstanden und erklärt.

Die nachfolgenden Kapitel über Gehirn und Bewusstsein beschreiben den evolutionären Entwicklungsweg, die Ansichten der Geisteswissenschaften und Erfahrungen im Forschungsbereich der Naturwissenschaften, vor allem den Neurowissenschaften, der Gehirnforschung, philosophisch, physiologisch, psychologisch und neurologisch.

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Die Evolution des Gehirns und Bewusstseins[Bearbeiten]

Damit man eine Vorstellung hat, welche Ereignisse bzw. Voraussetzungen (Naturwissenschaftlich betrachtet) für den evolutionären Entwicklungsweg (Kosmische-Evolution)²⁾ bis zum Gehirn/Bewusstsein erforderlich waren, wird es in der Grafik - Vom Urknall bis zum Bewusstsein - schematisch dargestellt und folgendermaßen beschrieben:

Nach dem kosmologischen Standardmodell hat sich sich der Urknall (falls es ihn wirklich gab) vor etwa 13,8 Milliarden Jahren ereignet. Es entstanden durch die gewaltige Energie nach dem Urknall die ersten Elementarteilchen, darunter Quarks und Gluonen, sowie Protonen und Neutronen die Bausteine künftiger Atomkerne. Dann entstanden die Atome wie z.B. die Wasserstoffatome, Moleküle, Gaswolken, Galaxien und ihre Sterne/Sonnen bzw. Sonnensysteme (Planetensysteme), wie auch unserem vor ca. 4,5 Milliarden Jahren, sowie der Erde und den anderen Planeten. Mit der Entwicklung von anorganischen und organischen Stoffen/Molekülen konnten auch die ersten Lebensformen auf der Erde entstehen.

Vor ca. 500 Millionen Jahren (im laufe der Evolution) im Kambrium, war dann der Ursprung des Protogehirns und Protobewusstseins (Proto = Ürsprünglich), welches sich durch die evolutionäre Herausbildung einer Konzentration von Nervenzellen (Zerebralisation) bei den ersten Wirbeltieren gebildet hat. Es war ein sehr primitives bzw. einfaches Nervensystem, konnte aber bereits durch die entstandenen Neuronen und Sinneszellen, Reize wie Berührung, Temperatur und Helligkeit (Licht) empfangen (wahrnehmen), verarbeitet und weiterleiten.³⁾ Damit waren einige der wesentlichen Grundvoraussetzungen für ein Gehirn und Bewusstseins gegeben.

Gemäß wissenschaftlicher Forschungen, ist dann daraus vor etwa 200 Millionen Jahren im Verlauf der Stammesgeschichte (Phylogenese) das Gehirn hervorgegangen, welches durch seine Größe und dem großen differenzierten Cortex des Großhirns eine dominierende Eigenschaft der Menschenaffen und des Menschen ist. Dadurch konnte sich das höhere Bewusstsein, welches bei uns am höchsten ist, vor allem durch die Gesellschaft und Kultur bilden. Die Sprache spielte dabei eine besondere Rolle, denn ohne Sprache würde es keine hoch entwickelte Gesellschaft und Kultur geben. Die Anpassung des Gehirns an diese sozialen Prozesse erklärt auch dessen hohe Komplexität. Gehirn und Bewusstsein haben sich höchstwahrscheinlich ab einer bestimmten Entwicklungsstufe parallel entwickelt.

Anmerkung

Das Molekulare System wie das DNA - Makromolekül, ermöglichte erst die Entwicklung des Gehirns. Ohne DNA kein Gehirn und ohne Gehirn (wahrscheinlich) kein Bewusstsein. Denn in der DNA ist auch das Grundlagen-Programm (Bauplan/Bauanleitung) für die Entstehung/Herstellung des Gehirns vorhanden. Dadurch kann ein Gehirn mit ca. 100 Milliarden Nervenzellen / Neuronen und ca. 100 Billionen Synapsen mit einem sehr komplexen neuronalen Netzwerk entstehen.

Das Bewusstsein könnte dann durch die sehr hohe Komplexität des Gehirn und durch neuronale Prozesse, nach einigen Theorien auch durch Emergenz entstanden sein. Erklärungsmöglichkeit, "Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile." Aristoteles: verkürztes Zitat aus Metaphysik VII 17, 1041 b ⁴⁾. Im falle des Gehirns ist das ganze System bewusst und nicht die einzelne Nervenzelle.

Das mentale Erleben durch Bewusstsein kann man auch als bedeutende Eigenschaft des lebenden Gehirns beschreiben.

Philosophische Fragen und Ansichten über das Bewusstseins[Bearbeiten]

Vom Beginn des 6. Jahrhundert v. Chr. bis heute, wurden und werden noch immer viele philosophische Fragen über das Bewusstsein gestellt und Erklärungsversuche abgegeben. Philosophische Fragen bezeichnet man als Grundfragen des Lebens und der Welt, wobei die Ansicht die Art und Weise ist, wie man was versteht.

Einige Beispiels-Fragen sind: Was ist Leben?, Was ist Bewusstsein/Geist?, Ist Leben und Bewusstsein nur Zufall?, Entsteht Bewusstsein durch Emergenz?, Kann Bewusstsein ohne Gehirn existieren?, Kann man ein künstliches Bewusstsein durch Computer herstellen?, Wie wird sich unser Bewusstsein in Zukunft weiter entwickeln?.

Eine der schwierigsten Frage ist, wie kann durch eine bestimmte Anordnung und Dynamik von Energie, Materie und Informationsverarbeitung im Gehirn, die Vorstellung von Bewusstsein entstehen. Dies ist das sogenannte Qualiaproblem. Seit vielen Jahrhunderten versucht die Geisteswissenschaft und Naturwissenschaft dies aufzuklären, was jedoch bis heute auch durch großen Fortschritte in diesem Bereich noch nicht geschafft wurde. Es existieren nur sehr viele Theorien darüber.

Qualiadebatte[Bearbeiten]

Qualia (Qualiaproblem) wird auch hartes oder schwieriges Problem des phänomenalen Bewusstseins genannt. Maßgeblicher Befürworter für die Existenz eines "harten Problems" ist David Chalmers. Das schwierige Problem ist vor allem, dass die Wahrnehmungen, Erinnerungen und Gefühle, sowie weitere Sinneswahrnehmungen physikalisch nicht in den Neuronen des Gehirns gefunden und auch nicht erklärt werden können (Erklärungslücke zwischen Bewussten Erleben und biologischen Prozessen). Wahrnehmung entsteht erst durch neuronale Korrelate des Bewusstseins, (engl. neural correlates of consciousness (NCC), welche man aber bis heute nicht genau identifizieren kann. Denn sie sind nur theoretisch und nicht praktisch beschreibbar. Bewusstsein ist nämlich kein Teil der physikalischen Welt.

Oder wie Gottfried Wilhelm Leibniz (1646–1716), in seiner Monadenlehre versucht er mit dem Mühlenbeispiel zu widerlegen, das die Perzeption resp. die gedankliche Verarbeitung des Wahrgenommenen als Teil des Bewusstseins durch Betrachtung der Details im Gehirn erklären werden kann. Wenn man im Gehirn wie in einer Mühle herumlaufen könnte, würde man nur die Bestandteile und zum Teil auch die Verarbeitungsprozesse des Gehirn sehen, aber nicht das Bewusstsein finden.⁵⁾

Erwin Schrödinger sagt zum Bewusstseinsphänomen: „Die Welt ist ein Konstrukt unserer Empfindungen, Wahrnehmungen, Erinnerungen. Es ist zweckmäßig, es als objektiv eigenständig zu betrachten. Aber es manifestiert sich sicherlich nicht durch seine bloße Existenz. Seine Manifestation hängt von ganz besonderen Ereignissen in ganz besonderen Teilen dieser Welt ab, nämlich von bestimmten Ereignissen, die in einem Gehirn geschehen. Das ist eine außerordentlich eigenartige Art von Implikation, die die Frage aufwirft: Welche besonderen Eigenschaften unterscheiden diese Gehirnprozesse und ermöglichen es ihnen, die Manifestation hervorzurufen? Können wir erraten, welche materiellen Prozesse diese Kraft haben, welche nicht? Oder einfacher: Welche Art von materiellem Prozess ist direkt mit dem Bewusstsein verbunden? “ ( Schrödinger, 1958/2012 )⁶⁾

Anmerkung

Ein anschauliches Beispiel für die Fähigkeit des Bewusstseins ist, das es Farben bzw. Farbphänomene nach der Verarbeitung von Licht (Photonen/Photonenenergie) im Gehirn und durch die daraus entstandenen Informationen, selbst herstellt/darstellt. Farben sind physikalisch eine Illusion. Farben sind immateriell! Sie existieren nur bei Betrachtung als Information im Bewusstsein, sind subjektiv und können nur theoretisch beschrieben werden. Es ist eines der bemerkenswertesten Leitungen des Bewusstseins, Farben hervorzubringen die es so in der Natur nicht gibt !!!!! Es gibt nur elektromagnetische Wellen/Strahlung. Siehe auch den Artikel über Farbphänomene.

Physikalische Eigenschaften (wie auch Photonenenergie) sind primär, phänomenologische (wie auch Farbe) des Bewusstseins dagegen sekundär. Siehe auch John Locke ( 1632–1704 ), Essay über den menschlichen Verstand, erschienen 1690, 8;4 Primäre und sekundäre Qualitäten;98.⁷⁾

Weitere Ansichten über das Bewusstsein[Bearbeiten]

Der Neurowissenschaftler Christof Koch bezeichnet das Bewusstsein als eines der rätselhaftesten Charakteristika (Features) des Universums.

Für den Philosophen John Searle ist das Bewusstsein die wichtigste Betrachtungsweise unseres Lebens.

Daniel Dennett ein US-amerikanischer Philosoph in einem Interview mit Yves Bossart am 17.02.2018 sagte, „Gefühle und Gedanken seien, ebenso wie unser Ich, nichts weiter als Illusionen, die das Gehirn erzeuge, um einfacher funktionieren zu können. Der Geist sei letztlich nicht mehr als das Gehirn und somit ein Produkt der Evolution“. Auch das menschliche Bewusstsein sei letztlich bloß eine Täuschung. In Wahrheit seien unsere Wahrnehmungen, Gefühle und Gedanken nur eine Illusion, die das Gehirn erfunden habe, um einfacher und erfolgreicher arbeiten zu können. Er bestreitet die Existenz eines "harten Problems" ⁸⁾

Die Existenz eines "harten Problems" wird jedoch auch von den Philosophen des Geistes wie Massimo Pigliucci, Patricia Churchland, Keith Franken sowie den kognitiven Neurowissenschaftlern Stanislas Dehaene, Bernard Baars und Antonio Damasio bestritten, denn für sie ist es die Äquivalenz (Gleichwertigkeit) von Geist und Gehirn.

David Chalmers antwortet zu dem bestreiten der Existenz des harten Problems: Die einfachste Art, eine Theorie über das Bewusstsein aufzustellen ist, seine Existenz zu verleugnen. Solche Theorien sind zwar elegant, aber das Problem lösen sie nicht.

Wie David Calmers im Dokument Published in the Journal of Consciousness Studies sagt, sich dem Problem des Bewusstseins zu stellen ist das wirklich schwierige Problem (harte Problem) des Bewusstseins, es ist das Problem der Erfahrung. Für ihn sind Wahrnehmung, Erfahrung, Erkenntnis, Gefühle, Erleben und das Ich keine Illusion, sondern Realität.⁹⁾

Die Existenz eines "harten Problems" ist umstritten, werden aber von Philosophen des Geistes wie Joseph Levine, Colin McGinn, und Ned Block sowie den kognitiven Neurowissenschaftlern Francisco Varela, Giulio Tononi und Christof Koch anerkannt. Denn auch für Sie ist Bewusstsein real, aber nicht physikalisch vorhanden.

Der französische Physiker Bernard d’Espagnat schreibt in seinem Buch "Auf der Suche nach dem Wirklichen", das verschiedene Phänomene in der Quantenphysik darauf hindeuten, dass das Bewusstsein kein Teil der physikalischen Welt ist.

Gehirn und Bewusstsein in den Naturwissenschaften[Bearbeiten]

Die Neurowissenschaften oder auch Neurobiologie, sind naturwissenschaftliche Forschungsbereiche die Aufbau und Funktionsweise von Nervensystemen auf systemischer, zellulärer und molekularer Ebene, sowie einzelner Neuronen untersuchen.

Bei Forschungen (Grundlagenforschung) die sich hauptsächlich mit Untersuchungen von Aufbau und Funktionen des Gehirns befassen, wird es auch Gehirnforschung genannt. Es sind verschiedene wissenschaftliche Disziplinen wie etwa die Physik, Physiologie, Psychologie und Biologie daran beteiligt. Unterstützt werden sie von den Bereichen der Mathematik, Informatik und Informationstechnik.

Die Gehirnforschung fing bereits mit Alcmaeon von Croton (~ 460 v. Chr.) an. Er hatte durch seine Untersuchungen am Gehirn die Vermutung das dort der Ort für die Empfindungen war. Somit wurden die Grundlagen der Gehirn- und Bewusstseinsforschung gelegt und weitergeführt durch:

Philosophen und Gehirnforscher bereits seit ca. 2500 Jahren.
Die moderne Psychologie seit ca. 100 Jahren.
Die Neurologie bzw. die Neurowissenschaften erst seit ca. 150 Jahren.
Künstliche Intelligenz (KI) ernsthaft seit ca. 70 Jahren.

Beschreibung des Gehirns mit seinen neuronalen Funktionen/Aktivitäten[Bearbeiten]

File:Gray728.svg Abb. Unterteilung des Großhirns/Cortex

Das Gehirn kann man folgendermaßen beschreiben: Ein Gehirn ist ein riesiges, hochkomplexes Netzwerk aus Nervenzellen (Neuronen). Diese können durch elektrische und chemische Signale miteinander kommunizieren, Informationen verarbeiten, weiterleiten, abspeichern und mit neuen Informationen auch ergänzen. Das Gehirn kann sich durch seine Fähigkeit zur Plastizität (Neuroplastizität) strukturell verändern und sich so zB. besser an veränderte Umweltbedingungen anpassen. Plastizität ist auch die Grundlage aller Lernprozesse.

Im Gehirn gib es verschiedene Bereiche die auf bestimmte Aufgaben spezialisiert sind, wobei viele von diesen Bereichen zusammenarbeiten. Der größte Bereich/Teil des Gehirns ist der Cortex (die Rinde) oder im allgemeinen auch Großhirnrinde genannt. Er kann in vier Rindenfelder (brain lobe), wie den Temporallappen, Frontallappen, Okzipitallappen und Parietallappen aufgeteilt werden. Dort entsteht die Koordination von Wahrnehmung, wie zB. im visuellem Cortex (Okzipitallappen), dieser umfasst die Verarbeitung von visuellen Reizen wie Helligkeit, Kontrast, Farben, Linien, Form und Gestalt, sowie Bewegung und Räumlichkeit, in anderen Bereichen des Cortex zB. die Erfahrung, Lernen, Wissen, Gefühle und das Erleben. Diese Cortex Regionen sind eine zentrale Stelle für Bewusstseinsvorgänge durch neuronale Aktivitäten.

Ein sehr wichtiger Bereich ist auch der Hippocampus (corticale Struktur), er befindet sich am inneren Rand des Temporallappens und ist evolutionsgeschichtlich sehr alt. Der Hippocampus verarbeitet viele sensorische Informationen von anderen Gehirnbereichen (vor allem der Großhirnrinde/Cortex), die dann wieder zum Cortex weiter/zurückgeleitet und gespeichert werden. Er spielt eine zentrale Rolle beim Lernen/Erinnern und dessen Abspeicherung, sowie bei Emotionen und viele weitere Bewusstseinsvorgänge. Im Hippocampus können auch Neuronen nachwachsen, die vor allem bei Lernprozessen von Bedeutung sind. Das nachwachsen von Neuronen ist auch bis ins hohe Alter möglich. Der Hippocampus kann die verschiedenen neuen Informationen/Aktivitäten in bereits gespeicherten Erinnerungen auch koordinieren und richtig einordnen, wodurch dann unsere Wahrnehmung und das Verstehen der Welt im Bewusstsein entsteht.

Abb. Pyramidenzelle aus dem Hippocampus in Silbernitratfärbung nach Golgi und 40facher Vergrößerung. Pyramidenzellen sind eine Art multipolarer Neuronen und kommen in verschieden Bereichen des Gehirns wie den Hippocampus, aber am meisten in der Großhirnrinde (Cortex) vor.

Neuronale Aktivitäten[Bearbeiten]

Die Informationsverarbeitung durch neuronale Aktivitäten und Abspeicherung im Gehirn erfolgt durch die Neuronen des neuronalen Netzwerks, sie sind die grundlegendsten Elemente des Nervensystems. Die Nervenzelle (Neuron) besteht aus dem Soma (Zellkörper), den Dendriten, Axonhügel, Axon und Axonterminale den synaptischen Endköpfchen. Neuronen sind elektrisch erregbare Zellen, die durch ihre Synapsen elektrische und chemische Signale (Informationen) aufnehmen, verarbeiten und an andere Synapsen weitergeben können.

Elektrische und chemische Synapsen:

Elektrische Synapse = Direkte Übertragung des elektrischen Signals
Chemische Synapse = Kommunikation (Transport der Informationen) durch chemische Botenstoffe (Neurotransmitter). Die meiste Synapsen sind chemische Synapsen.

Es ist auch bekannt das Synapsen sehr dynamisch in ihrer Veränderung sind und nach Bedarf ständig neu entstehen oder auch verschwinden.

Neuronale Aktivitäten können mit neurowissenschaftlichen Methoden gemessen, lokalisiert und dem Gehirnbereich zugeordnet werden, aber nicht erklären wie dadurch Wahrnehmung und Erleben entstehen kann.

Signalauslösung und Signalverlauf zwischen den Nervenzellen (Neuronen)[Bearbeiten]

Signalauslösung durch das aufgenommenen Erregungspotential an den Dendriten einer Nervenzelle, erfolgt durch das Aktionspotential. Aber nur wenn der Reiz über die Spannung (Schwellwert) von ca. -50 mV (bis + 30 mV) liegt, wird ein Aktionspotential ausgelöst und die Information weitergeleitet. Das Aktionspotential ist ein Alles-oder-Nichts-Signal. Die Aktionspotentiale verlaufen entlang des Axons nur in eine Richtung. An den Dendriten und im Soma (Zellkörper der Nervenzelle) ist die Reizweiterleitung Analog. Das im Axonhügel entstehende Aktionspotential wird dagegen als digitales Signal über das Axon weitergeleitet.

Am Ende des Axons (der sendende Fortsatz) bzw. Axonterminale (der Nervenzelle) befinden sich die Präsynapsen, dort werden die ankommenden elektrischen Signale aufgenommen, chemisch umgewandelt und über den Synaptischen-Spalt mittels Neurotransmitter an den Postsynapsen der Dendriten (empfangende Fortsätze mit spezifischen Rezeptoren) übertragen und nach Umbildung in ein elektrisches Signal wieder an der anderen Nervenzelle abgegeben. Der Synaptischen Spalt ist die Kontaktstelle für die Verknüpfung zwischen den Nervenzellen. Die Erforschung dieser Struktur und Funktionsweise ist eine Grundvoraussetzung für ein tiefes Verstehen des Gehirns. Eine Nervenzelle kann bis zu 10000 Synapsen haben. Im Extremfall können es sogar 100000 bis 200000 sein.

Schema der Signalauslösung und Signalverlauf zwischen den Neuronen:

____________________________________________________________________________Synapse_____________________

Reiz--Signal---Dendrite---Neuron---Axonhügel---Axon---Axonterminale---I I---Dendrite---Neuron

____________________________________________________________________Präsynapse--Postsynapse__________

Reiz-Signal (physikalisch oder chemisch) = Information von einer Rezeptorzelle/Sinneszelle, oder auch durch Physiologische/Kognitive Information/Informationsverarbeitung (Reiz). Daraus entstehen die Informationen im Gehirn/Bewusstsein.

Irgendwo im zuvor beschriebenen Verarbeitungsprozess finden auch neuronale Korrelate (Wechselbeziehungen) des Bewusstseins statt, aber man weiß nicht wann wo und wie sie stattfinden. Es können aber die funktionellen und strukturellen Eigenschaften von Nervenzellen (Neuronen), mittels elektrophysiologischer und mikroskopischer Techniken analysiert werden. Dadurch kann die Arbeitsweise des Gehirns besser verstanden werden, aber nicht erklären wie daraus Bewusstsein entsteht.

Anmerkung

Neurotransmitter (biochemische Moleküle/Botenstoffe) werden im Gehirn bzw. in den sendenden Nervenzellen hergestellt, wobei es für jeden Neurotransmitter spezifische Rezeptoren bzw. Rezeptor-Proteine (Andockstellen) gibt. Dadurch können jedem Transmitter/Botenstoff ein konkretes Neuronen-Netzwerk (Gehirnbereich) zugeordnet werden.

Beispiel: Im Frontlappen der Großhirnrinde (Cortex), sind die meisten Dopamin empfindlichen Neuronen mit dopaminsensibelen Rezeptoren vorhanden. Selbst für Erleben, Gefühle, Erfahrung und Farben sind die Nerven-Botenstoffe erforderlich. Bekannt sind vor allem Dopamin und Serotonin, sie sind ein Hormon und Neurotransmitter.

Dopamin und Serotonin:

Dopamin aktiviert das Belohnungssystem im Gehirn und ist ein innerer Antreiber (Antrieb).
Serotonin ist das bekannte Glücks/Wohlfülhormon.

Im Gehirn sind bisher ca. 100 Neurotransmitter bekannt, aber wahrscheinlich gibt es sehr viel mehr. Diese Transmitter wirken und steuern über Tausende von verschiedenen Rezeptortypen die Kommunikationswege zwischen den Nervenzellen. Dadurch können die Informationen weitergeleitet und verarbeitet werde. Rezeptor (kommt von Lateinisch recipere, aufnehmen/empfangen).

Abmessungen von Neuronen und ihren Verbindungen:

Die Größe des Neurons (Zellkörper) beträgt ca. 5 μm bis 100 μm (0,005 – 0,1 mm).
Dicke des Axons ca. 0,1 μm bis ca. 20 μm (0,0001 mm - 0,02 mm) und können ca. 1 µm (0,001 mm) bis 1 m lang sein.
Dendriten haben eine Längen von nur einigen hundert Mikrometern bzw. einige Zehntel Millimetern (100 µm = 0,1 mm).
Die Breite des synaptischen Spalts beträgt ca. 20 nm (0,00002 mm).

Mit den Abmessungen bekommt man eine Vorstellung, wie groß die einzelnen Neuronen und ihre Verbindungen sind.

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Mit der vorangegangenen Beschreibung über das Gehirn, kann man die nachfolgenden Bereiche des Kapitels besser verstehen. Begonnen wird mit der Psychophysik, welche bereits vor ca. 150 Jahren schon mit Untersuchungen von Gehirn- und Bewusstseinsprozessen angefangen hat.

Psychophysik[Bearbeiten]

Die Psychophysik ist eines der ältesten wissenschaftshistorischen Psychologischen Forschungsgebiete und befasst sich mit den gesetzmäßigen Wechselbeziehungen zwischen den subjektiven sowie psychischen bzw. mentalen (bewussten) Erleben, gegenüber den objektiven und quantitativen messbaren physikalische Reizen (z.B. neuronale Prozesse im Gehirn) als den auslösenden Prozess. Vorarbeiten zur Psychophysik von Ernst Heinrich Weber, Begründer der Psychophysik durch Gustav Theodor Fechner.¹⁰⁾

Beschreibung der Abbildung:

Äußere Psychophysik, der Zusammenhang von Reizungen der Sinnesorgane und Erleben.
Innere Psychophysik, Relationen zwischen neuronalen Prozessen des Gehirns und Erleben, wird heute der kognitiven Neurowissenschaft zugeordnet.
Physiologische bzw. physikalische, biochemische, elektrische und chemische Vorgänge im Gehirn.

Ergänzung: Bewusstsein ist die Voraussetzung für das Erleben bzw. Wahrnehmen.

Die Psychophysik und physiologische Psychologie spielen auch eine wichtige Rolle in den aktuellen Neurowissenschaften bzw. Gehirnforschungen.

Neurophysiologie und Neuropsychologie (die frühere Psychophysik)[Bearbeiten]

Die Neurophysiologie und Neuropsychologie untersucht den Aufbau und die Funktionsweise von Nervensystemen, vor allen die des Gehirns (Gehirnaktivitäten), sowie Kognitive Fähigkeiten. Es begann ca. 1850 vor allem mit Hermann von Helmholtz, Ernst Heinrich Weber und Gustav Theodor Fechner, sie sind die Vorläufer der modernen Neurophysiologie/Neuropsychologie. Heute wird es mit wesentlich moderneren vor allem technologischen Mitteln fortgesetzt. Einige der bekanntesten heutigen Neurowissenschaftler sind zB. Giulio Tononi, Antonio Damasio, Christof Koch und Gerald Hüther.

Mittelpunkt ist auch die Bewusstseinsforschung, sie sucht nach den neuronalen Korrelaten des Bewusstseins im Gehirn, damit man vielleicht bestimmte mentale Zustände neuronalen Prozessen gegenüber stellen kann. Parallel dazu wird dies auch von Philosophen analysiert und diskutiert (siehe die Qualia-Debatte).

Die Gegensätzlichkeit zwischen gemessener Gehirnaktivität und wie zB. dem Erleben (bewusste Wahrnehmung), bleibt in der Hirnforschung unüberbrückbar, obwohl es ein Resultat der Aktivitäten des Gehirns ist. Dies ist ein Hauptproblem für die neurobiologische Erklärung des Bewusstseins. Sie sucht deshalb nach einer einheitlichen Theorie (Erklärung) der Funktionsweise von Gehirn, Bewusstsein und Geist.

Kognitive Neurowissenschaft[Bearbeiten]

Die kognitive Neurowissenschaft untersucht die neuronalen Verarbeitungs-Prozesse von Information im Bereich der Wahrnehmung (Erleben), Lernen, Sprache, Erinnern, Erfahrung und Wissen in organischen Systemen, Lebewesen oder in künstlichen Maschinen wie Computern. Der Begriff kognitiv bedeutet (vom lateinischen Wort cognoscere – wissen, erkennen).

Die Untersuchungen finden an vielen kognitiven neurowissenschaftlichen Forschungseinrichtungen wie zB. an der Universität Tübingen, mit Forschungsschwerpunkt Integrative Neurowissenschaften, statt. Dort wird das Gehirns und seine Funktionen auf zahlreichen Gebieten und mit einer großen Methodenvielfalt am Werner Reichardt Centrum für Integrative Neurowissenschaften (CIN) dem fakultätsübergreifende Zentrum für System- und kognitive Neurowissenschaften der Universität erforscht. Es besteht aus 28 Forschungsgruppen der Fakultäten für Biowissenschaften, Medizin und Geisteswissenschaften. Das CIN ist das wichtigste Zentrum für System- und kognitive Neurowissenschaften an der Universität¹¹⁾ Auf den Webseiten bekommt man einen guten Überblick wie aufwendig und Komplex die Gehirnforschung ist.

Es gibt auch die Kognitionswissenschaft (Cognitive Science), welche eine interdisziplinäre Wissenschaft ist, sie abstrahiert (teilweise) ob Kognition nicht nur in Lebewesen sondern auch in Computer-Systemen möglich wäre, in dem sie kognitive Prozesse als Verarbeitung von Informationen betrachtet.

Dabei hilft vor allem die Computational Neuroscience (Berechnende-Neurowissenschaft), oder auch Theoretische Neurowissenschaft genannt. Dort werden die informationsverarbeitenden Eigenschaften von biologischen neuronalen Prozessen analysiert und mit sehr komplexer (komplizierte) Mathematik für eine Computer-Simulation berechnet. Damit ist eine theoretische Analyse und Abstraktion des Gehirn möglich und die Prinzipien und komplexe Zusammenhänge von Nervenzellen (Neuronen), Synapsen und neuronale Netzwerke können bessert erkannt und experimentelle Untersuchungen mit dieser Methode auf Richtigkeit überprüft werden.

Weil das Gehirn aber nicht wie ein Computer arbeitet, ist eine Simulation besonders schwierig. Denn bei jeder Erfahrung, starke Empfindungen und besonders beim Lernen verändert sich auch die Struktur des Gehirns durch verstärken und abschwächen der Synapsen und Bildung neuer Synapsen. Dies ist in den theoretischen Berechnungen einzukalkulieren. Als Synapse bezeichnet man die Verbindungsstelle (für die Verknüpfung) zwischen Neuronen.

Eine Computer-Simulation für das Nachbilden biologischer neuronaler Netzwerke und Neuronen, kann zB. mit folgenden Software-Systemen durchgeführt werden:

NEURON ist ein Simulator für Neuronen und Neuronennetzwerke und wird weltweit für Forschung und Lehre/Studium im Bereich der Computational Neuroscience verwendet.
NEST ist eine Simulationssoftware für Spiking-Modelle neuronaler Netzwerke, einschließlich großer bzw. komplexer neuronaler Netzwerke.

Auch Künstliche Intelligenz (KI) wird im Bereich der Gehirnforschung angewendet. Vor allem künstliche neuronale Netze (KNN) zur technischen Informationsverarbeitung, welches eine Teildisziplin der KI ist. Künstliche Intelligenz (KI) versucht Maschinen/Computer intelligent zu machen. Dies ist aber nur eine simulierte Intelligenz durch KI-Computerprogramme für einen bestimmten Anwendungsbereich wie zB. die Objekterkennung oder Sprache und Lernen. Es können große und komplexe Datenbeständen in diesen und anderen Bereichen analysiert, Muster erkannt und vervollständigt werden, sowie Ähnlichkeiten erkannt und Daten/Informationen/Wissen klassifiziert werden.

„Nur wer die Daten besitzt, kann auch leistungsfähige KI-Systeme entwickeln, natürlich mit der erforderlichen Computer-Hardware“

Schwache KI und Starke KI

Künstliche Intelligenz (KI) umfasst viele unterschiedliche Modelle und Techniken. Einige der bekannteren sind Machine Learning, Deep Learning und Reinforcement Learning (bestärkendes Lernen), sie gehören alle zur schwachen KI, die es bereits für viele Anwendungen in den Naturwissenschaften, der Technik, sowie für Wirtschaft und Gesellschaft gibt.

Die starke KI oder auch Artificial General Intelligence (AGI) in deutsch Künstliche allgemeine Intelligenz genannt, konstruiert künstliche geistige Fähigkeiten und Funktionen die eine Nachahmung des menschlichen Gehirns/Bewusstseins sind. Also ein künstliches Gehirn mit künstlichem Bewusstsein durch eine Computersimulation. Es wird wahrscheinlich aber noch Jahrzehnte dauern, bis es die AGI (vielleicht wirklich) geben wird.

Verschiedene Computersysteme für heutige und zukünftige Anwendungen in der Gehirnforschung und vielen anderen Bereichen:

Supercomputer (auch Superrechner genannt)
Exascale-Computer (absoluter Hochleistungs-Supercomputer), hat eine in der Größenordnung geschätzte Verarbeitungsleistung wie die des menschlichen Gehirns auf neuronaler Ebene.
Neuromorphe Supercomputer sollen neuronale Vorgänge im Gehirn mit sehr großen gehirnähnlichen künstlichen Netzwerken, Soft- und Hardwaremäßig simulieren, was zum Teil bereits schon funktioniert. Siehe auch Neuromorphic engineering (Neuromorphic Computing).
Quantencomputer, oder eine Kombination bzw. Zusammenarbeit mit den vorher genannten Computersystemen, in großen Rechenzentren. Wird teilweise schon gemacht.

Die komplexen Simulationen von neuronalen Prozessen mit diesen Computersystemen, sind wahrscheinlich eine der besten Möglichkeiten für ein wirklich besseres Verstehen von Gehirn und Bewusstsein.

Aber man darf nicht vergessen, das dies nur eine Simulation ist und wenn sich vielleicht daraus ein Bewusstsein mit seinen Phänomenen entwickeln würde, wäre es kein echtes Bewusstsein, genauso wie simulierte Gravitation im Computer keine echte Gravitation ist und deshalb von außen auch keine Materie anziehen kann.

Oder wie Christof Koch es formuliert: „Ein Supercomputer, der einen Regensturm simuliert, führt nicht dazu, dass seine Leiterplatten nass werden“. Er schreibt auch, das eine Computerprogrammierung nur das Verhalten simuliert, das mit dem Bewusstsein auf menschlicher Ebene einhergeht, aber es wird ein falsches Bewusstsein sein.

Anmerkung

Vielleicht ist Leben und Bewusstsein oder alles nur eine Art von Energie und Information.
Information könnte auch eine eigenständige Realität haben und unabhängig von Energie und Materie existieren.

Von John Archibald Wheeler (1911-2008), er war ein sehr bekannter US-amerikanischer theoretischer Physiker: Das Seiende aus Informationen ?

Bewusstsein ist wahrscheinlich an Materie wie dem Gehirn gebunden. Dies würde bedeuten ohne Gehirn existiert auch kein Bewusstsein falls es durch dieses entsteht, oder vielleicht doch in irgendeiner Form. Die mehrheitliche Meinung ist, das durch das Gehirn Bewusstsein entsteht.

In der Gehirn- und Bewusstseinsforschung gibt es trotz allem erlangtem Fortschritt/Wissen viel mehr Fragen als Antworten. Eine umfassende Erklärung wie das Gehirn genau funktioniert und wie das Bewusstsein entsteht und was es ist, konnte bis heute jedoch noch nicht abgegeben werden. In ferner Zukunft werden wir vielleicht verstehen wie das Gehirn genau funktioniert, aber beim Bewusstsein wird es wahrscheinlich nicht der Fall sein.

Literatur[Bearbeiten]

Daniel C. Dennett, Von den Bakterien zu Bach – und zurück. Die Evolution des Geistes, Publication Date: 21/02/2017
Christof Koch, Das Gefühl des Lebens selbst – Warum Bewusstsein weit verbreitet ist, aber nicht berechnet werden kann, 2019 Günter Dedié, Die Kraft der Naturgesetze - Emergenz und kollektive Fähigkeiten von den Elementarteilchen bis zur menschlichen Gesellschaft, tredition, 2014
John Searle, Dt. Übersetzung von Harvey P. Gavagai: Geist, Hirn und Wissenschaft. Suhrkamp, Frankfurt 1984
Erich Jantsch und sein Buch, Die Selbstorganisation des Universums: Vom Urknall zum menschlichen Geist. Carl Hanser Verlag, München, Germany, 1992

Weblinks[Bearbeiten]

GEO-Medien, Bewusstsein Wie wir lernen, wer wir sind.
2023 dasGehirn.info, Was-ist-bewusstsein, Veröffentlicht: 27.08.2013
Umfangreiche Artikelsammlung und Bücher zum Thema auf David Chalmers Homepage.
Philpapers, sehr viele Artikel über das Bewusstsein.
Das humanbrainproject.eu/en/, Erforschung des menschlichen Gehirs.
Planet-wissen.de/, Wie das Gehirn die Welt sieht, 19.07.2019
Hochauflösende Scanning Electron Microscopy, auch von Nervenzellen (Neuronen) in selten gesehener Detaildarstellung ! – Photography by Dr. Robert Berdan,July 16, 2017
The Information Philosopher is Bob (Dr. Robert O.) Doyle, Ph.D. Astrophysics, Harvard, 1968, es sind viele Artikel und Verweise über Physik, Biologie, Psychologie, Neurowissenschaften und der Informationswissenschaft vorhanden. Sehr interessante und informative Webseite.
DCTP.Tv/filme/2029-wird-alles-anders-ray-kurzweil?thema=wie-lernt-der-robosapiens, Gespräche mit Ray Kurzweil über den technologischen Fortschritt, Teil 1-9.

Einzelnachweis[Bearbeiten]

1) Chalmers David, Journal of Consciousness Studies 2 (3):200-19 ( 1995 )

2) Eric J. Chaisson, Cosmic Evolution: The Rise of Complexity in Nature, Published by Harvard University Press, Date: 10/15/2002,

3) Das Gehirn: Evolution des Gehirns von Alexandra Rigos, GEO Magazin.

4) Wilhelm Capelle: Die Vorsokratiker, Leipzig 1935, S. 399, Demokrit.

5) Gottfried Wilhelm Leibniz (1646–1716), Monadenlehre, Titel des Werkes von 1714

6) Erwin Schrödinger, Geist und Materie, Verlag: friedrich vieweg, 1961

7) John Locke, Essay über den menschlichen Verstand, erschienen 1690, 8;4, Primäre und sekundäre Qualitäten;98.

8) Daniel Dennett ein US-amerikanischer Philosoph in einem Interview mit Yves Bossart am 17.02.2018, SRF Schweizer Radio und Fernsehen.

9) Chalmers, David (1996), The Conscious Mind, New York: Oxford University Press

10) Gustav Theodor Fechner: Elemente der Psychophysik. 1860.

11) Integrative Neurowissenschaften der Universität Tübingen.

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