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Naturwissenschaftliche Analyse des Bewusstseins? Intuitionen in der Hirnforschung und wann sie trügen. Naturwissenschaftliche Analyse Methoden der Hirnforschung Kausalität & Determinismus Neuronale Mechanismen Phänomene & experimentelle Methode Trügerische Intuitionen. - PowerPoint PPT Presentation
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Brigitte Falkenburg
Münster, 9. Mai 2012Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de
Analyse des Bewusstseins? 1
1. Naturwissenschaftliche Analyse2. Methoden der Hirnforschung3. Kausalität & Determinismus4. Neuronale Mechanismen5. Phänomene & experimentelle
Methode6. Trügerische Intuitionen
Naturwissenschaftliche Analyse des Bewusstseins?
Intuitionen in der Hirnforschung und wann sie trügen
Münster, 9. Mai 2012Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de
Analyse des Bewusstseins? 2
1. Naturwissenschaftliche Analyse
Brigitte FalkenburgNaturwissenschaftliche Analyse des Bewusstseins? Trügerische Intuitionen in der Hirnforschung
Vorbild: Analytisch-synthetische Methode
Metaphysik seit Descartes Physik seit Galilei & Newton : Mereologischer Aspekt:
Ganzes = Summe seiner Teile: Atomismus!
Kausaler Aspekt: Ursachen/Prinzipien = Kräfte & Atome
(„Schluss auf die beste Erklärung“)
Münster, 9. Mai 2012Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de
Analyse des Bewusstseins? 3
1. Naturwissenschaftliche Analyse
Vorbild: Analytisch-synthetische Methode
Münster, 9. Mai 2012Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de
Analyse des Bewusstseins? 4
1. Naturwissenschaftliche Analyse
R.Descartes (1596-1650): Discours (1634)Allgemeine Methode der Wissenschaft: 4 Regeln(2) „Analysis“: Zerlegung des Problems
„jedes Problem [...] in so viele Teile zu teilen, wie es angeht und wie es nötig ist, um es leichter zu lösen.“
(3) „Synthesis“: Zusammensetzung der Lösung „[...] mit den einfachsten und am leichtesten zu durch-
schauenden Dingen zu beginnen, um so [...] bis zur Erkenntnis der zusammengesetztesten aufzusteigen“.
2-Substanzen-Lehre!
I.Newton (1643-1727): Opticks (1730)
„ Auf diese Weise können wir in der Analysis vom Zusammengesetzten zum Einfachen, von den Bewegungen zu den sie erzeugenden Kräften fortschreiten; überhaupt von den Wirkungen zu ihren Ursachen, von den besonderen Ursachen zu den allgemeineren, bis der Beweis mit der allgemeinsten Ursache endet. [...] Die Synthesis dagegen besteht darin, dass die entdeckten Ursachen als Prinzipien angenommen werden, von denen ausgehend die Phänomene erklärt und die Erklärungen bewiesen
werden.”
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Analyse des Bewusstseins? 5
1. Naturwissenschaftliche Analyse
Vorbild: Analytisch-synthetische Methode
Analysis = „resolutives“ Vorgehen (Dekomposition)
Ganzes Phänomene
Teile/Atome Ursachen/Prinzipien
Synthesis = „kompositives“ Vorgehen (Rekomposition) Münster, 9. Mai 2012
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1. Naturwissenschaftliche Analyse
„top-down“
„bottom-up“
Erste Intuition:Die analytisch-synthetische
Methode ist universell anwendbar.
Vorbild: Analytisch-synthetische Methode
Physik, Chemie, Biochemie, ..., Hirnforschung:
unbegrenzt anwendbar - AUCH zur Erklärung des
BEWUSSTSEINS ?? Analysis = „resolutives“ Vorgehen
(Dekomposition) Ganzes Phänomene
Teile/Atome
Ursachen/Prinzipien Synthesis = „kompositives“ Vorgehen
(Rekomposition)Münster, 9. Mai 2012
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1. Naturwissenschaftliche Analyse
„top-down“
„bottom-up“
Vorbild: Analytisch-synthetische Methode
Münster, 9. Mai 2012Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de
Analyse des Bewusstseins? 8
Brigitte FalkenburgNaturwissenschaftliche Analyse des Bewusstseins? Trügerische Intuitionen in der Hirnforschung
2. Methoden der Hirnforschung
top-down: Ganzes Teile; Phänomene Ursachen Gehirn Areale & Neurone (Teile) kognitive Ausfälle Hirnschädigungen (Ursachen) Reaktionen Gehirnaktivität
(Experimente) (bildgebende Verfahren) Gehirnaktivität elektrochemische Prozesse
(bildgebende Verf.) (Signale in Neuronen & an Synapsen)
Mereologisch (Ganzes Teile): Gehirnarchitektur (Neuroanatomie)
Kausal (Phänomene Ursachen): Erklärung kognitiver Leistungen(„Schluss auf die beste Erklärung“)
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Analyse des Bewusstseins? 9
2. Methoden der Hirnforschung
Analytisch-synthetische Methoden:
bottom-up: mereologische & kausale Erklärung Gehirn Geist/Bewusstsein neuronale Aktivititäten neuropathologische
Symptome Gehirn-Stimulation physische/mentale Reaktionen neuronale Aktivitäten kognitive Leistungen
(Mustererkennung, Lernen, Erinnerung)
Mechanistische Erklärung: Aktivitäten der kausalen Komponenten eines Mechanismus
erklären höherstufige Phänomene. kausale & mereologische
Aspekte! Münster, 9. Mai 2012Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de
Analyse des Bewusstseins? 10
2. Methoden der Hirnforschung
Analytisch-synthetische Methoden:
Analysis = „resolutives“ Vorgehen (Dekomposition)
Gehirn mentale Phänomene
Neurone neuronale
Aktivitäten Synthesis = „kompositives“ Vorgehen
(Rekomposition)Münster, 9. Mai 2012
Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins? 11
Zweite Intuition:Neuronale Mechanismen
determinieren das Bewusstsein.
Analytisch-synthetische Methoden:
2. Methoden der Hirnforschung
„top-down“
„bottom-up“
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Analyse des Bewusstseins? 12
Brigitte FalkenburgNaturwissenschaftliche Analyse des Bewusstseins? Trügerische Intuitionen in der Hirnforschung
3. Kausalität & Determinismus
„Alltagsmetaphysik“ der Kausalität:deterministisch & zeitlich
Wirkung folgt zeitlich & strikt gesetzmäßig auf Ursache
(vorwissenschaftlicher Begriff der Kausalität)
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Analyse des Bewusstseins? 13
Determinismus ? Kausalität
3. Kausalität & Determinismus
Dritte Intuition:Ursachen sind früher als
Wirkungen & wirken strikt deterministisch.
nicht eindeutig, mehrere Konzepte: Entwicklung eines Systems nach
deterministischen Gesetzen (klassische Mechanik, Elektrodynamik): reversibel & kein Zeitpfeil.
irreversible Prozesse (Thermodynamik, Quantentheorie) entsprechen dem Zeitpfeil, sind aber probabilistisch & indeterministisch.
Einstein-Kausalität (Spezielle Relativitätstheorie): Signalübertragung höchstens mit
Lichtgeschwindigkeit. Münster, 9. Mai 2012
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Kausalität in der Physik 3. Kausalität & Determinismus
Signalübertragung als kausaler Prozess:Ausbreitung:
deterministisch & reversibel (Elektrodynamik / quantenmechanische Wellenfunktion)
Detektion:irreversibel & indeterministisch(Thermodynamik/ quantenmechanische Messung) Signalübertragung abwechselnd deterministisch & irreversibel! striktes Naturgesetz & Zeitordnung der Kausalität nicht zugleich!
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Analyse des Bewusstseins? 15
Kausalität in der Physik 3. Kausalität & Determinismus
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Analyse des Bewusstseins? 16
Brigitte FalkenburgNaturwissenschaftliche Analyse des Bewusstseins? Trügerische Intuitionen in der Hirnforschung
4. Neuronale Mechanismen
bottom-up: mereologische & kausale Erklärung Gehirn Geist/Bewusstsein neuronale Aktivititäten neuropathologische Symptome Gehirn-Stimulation physische/mentale Reaktionen neuronale Aktivitäten kognitive Leistungen
(Mustererkennung, Lernen, Erinnerung)
Mechanistische Erklärung: Aktivitäten der kausalen Komponenten eines Mechanismus erklären höherstufige Phänomene. kausale & mereologische Aspekte!
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Analyse des Bewusstseins? 17
Methoden der Hirnforschung4. Neuronale Mechanismen
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Analyse des Bewusstseins? 18
S: Mechanismus im Ganzen. top: Phänomen bottom: Entitäten Xi , Aktivitäten k
“S’ ing is explained by the organization of entities {X1, X2, …, Xm} and activities {1, 2, …, n}”
“…mechanisms are entities and activities organized
such that they exhibit the explanandum phenomenon.”
Carl F. Craver: Explaining the Brain.
Mechanisms and the mosaic unity of neuroscience. Oxford 2007
Was ist ein Mechanismus?Wirkun
g
Ursache
Ganzes
Teile
4. Neuronale Mechanismen
Mechanistische bottom-up Erklärung: Aktivitäten der kausalen Komponenten eines Mechanismus erklären höherstufige Phänomene. typisch auch für Neurobiologie!
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Analyse des Bewusstseins? 19
4. Neuronale MechanismenDeterminismus ? Kausalität
Neuronale Signalübertragung: mechanistisch & deterministisch !?(Schaltkreis-Modell der Neurone neuronale Netze
Gehirn = parallel vernetzter Computer?)
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Analyse des Bewusstseins? 20
4. Neuronale MechanismenDeterminismus ? Kausalität
Achtung: Mechanismus = thermodynamische Maschine
- Wirkungsgrad < 1- verbunden mit Entropie-Anstieg(neuro-) biologische Maschine:- fern vom thermodynam. Gleichgewicht- nicht-linear - durchläuft Verzweigungspunkte
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Analyse des Bewusstseins? 21
4. Neuronale MechanismenDeterminismus ? Kausalität
Signalübertragung in Neuronen: deterministisch (Schaltkreis-Modell Computer-Analogie)
Signalübertragung an Synapsen:indeterministisch(Wirkungsgrad der Neurotransmitter: 10-20 %)
Neuronales Netz, als Algorithmus: statistisches Näherungsverfahren
(stochastische Grundlagen!) kein neuronaler Determinismus!
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Analyse des Bewusstseins? 22
4. Neuronale MechanismenDeterminismus ? Kausalität
Schaltkreis-Modell der Neurone (Hodgkin & Huxley 1945) Computer-Analogie (formal)
Erweiterung: kausale Analogie- „Information“ als Brückenbegriff
Münster, 9. Mai 2012Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de
Analyse des Bewusstseins? 23
4. Neuronale Mechanismen
Vierte Intuition:Das Gehirn ist ein neuronales
Netz, d.h. es funktioniert wie ein Computer.
Determinismus ? Kausalität
Schaltkreis-Modell der Neurone (Hodgkin & Huxley 1945) Computer-Analogie (formal)
Erweiterung: kausale Analogie- „Information“ als Brückenbegriff
Münster, 9. Mai 2012Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de
Analyse des Bewusstseins? 24
Wieviel erklärt die Analogie?
4. Neuronale Mechanismen
Schaltkreis-Modell der Neurone (Hodgkin & Huxley 1945) Computer-Analogie (formal)
Erweiterung: kausale Analogie- „Information“ als Brückenbegriff
- bloßer Analogieschluss:
Gehirn : Geist = Computer : Information keine mechanistische Erklärung
kognitiver Leistungen!
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Analyse des Bewusstseins? 25
4. Neuronale MechanismenWieviel erklärt die Analogie?
kausale Analogie Gehirn : Geist = Computer : Information „Information“ als Brückenbegriff: sehr schwache wissenschaftl. Erklärung! Analogieschlüsse: Argumentation des 17. Jahrhunderts! (Newtons Atomismus)Kognitive Neurowissenschaft
keine mechanistische Erklärung kognitiver Leistungen!
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Analyse des Bewusstseins? 26
4. Neuronale MechanismenWieviel erklärt die Analogie?
Mehrstufige Erklärung:4. Stufe: Brückenbegriff „Information“Gehirn : Geist = Computer : Information
3. Stufe: Brückenbegriff „Information“Gehirn : kognitive Leistung (Lernen etc.)
= Computer : Information
2. Stufe: Computer-Analogie Kortex = neuronales Netz
1. Stufe: Computer-AnalogieNeuron = Schaltkreis (deterministisch) Synapse chemische Neurotransmitter (indeterministisch)
27
4. Neuronale MechanismenWieviel erklärt die Analogie?
Mehrstufige Erklärung:4. Stufe: kausaler Analogieschluss (nur gestützt auf Brückenbegriff
„Information“)
1. -3. Stufe: formale Computer-Analogie
(natürliches künstliches neuronales Netz)
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4. Neuronale MechanismenWieviel erklärt die Analogie?
Problem:Wo sind die Grenzen der
wissenschaftlichen Erklärung?4. Stufe: kausaler Analogieschluss (nur gestützt auf Brückenbegriff „Information“)
1. -3. Stufe: formale Computer-Analogie(natürliches künstliches neuronales Netz)
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4. Neuronale MechanismenWieviel erklärt die Analogie?
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Analyse des Bewusstseins? 30
Brigitte FalkenburgNaturwissenschaftliche Analyse des Bewusstseins? Trügerische Intuitionen in der Hirnforschung
5. Phänomene & experimentelle
Methode
1. Abstraktion von nicht-messbaren Eigenschaften
2. Idealisierung (mathematische Beschreibung) 3. Analyse und Synthese (Zerlegung top-down &
Zusammensetzung bottom-up) 4. Isolation (Abschirmung gegen Störeinflüsse) 5. Reproduzierbarkeit der Versuchsergebnisse
(stabile Phänomene) 6. Variation der Versuchsbedingungen
(funktionale Abhängigkeit der Messgrößen, mathematische Gesetze)
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Analyse des Bewusstseins? 31
5. Phänomene & experimentelle Methode
Experimentelle Methode:
Analysis = „resolutives“ Vorgehen (Dekomposition)
bewusster Impuls Entscheidung
Zeitpunkt neuronaler Impuls
Synthesis = „kompositives“ Vorgehen (Rekomposition) Münster, 9. Mai 2012
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Fünfte Intuition:Die experimentelle Methode ist
anwendbar auf das Bewusstsein.
„top-down“
„bottom-up“
5. Phänomene & experimentelle Methode
Libet-Experiment:
- nicht experimentell isolierbar
- Zusammensetzung nicht analysierbar- kausal relevante Faktoren bleiben unklar
Das Libet-Experiment hat keine Bedeutung für die Willensfreiheit !!
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Analyse des Bewusstseins? 33
Grenzen: Mentale Phänomene
5. Phänomene & experimentelle Methode
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Analyse des Bewusstseins? 34
Brigitte FalkenburgNaturwissenschaftliche Analyse des Bewusstseins? Trügerische Intuitionen in der Hirnforschung
6. Trügerische Intuitionen
Analysis = „resolutives“ Vorgehen (Dekomposition)
Bewusstsein mentale Phänomene
? ? Komponenten neuronale
Aktivitäten Synthesis = „kompositives“ Vorgehen
(Rekomposition)Münster, 9. Mai 2012
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Erste Intuition:Die analytisch-synthetische
Methode ist universell anwendbar.
„top-down“
„bottom-up“
Vorbild: Analytisch-synthetische Methode
6. Trügerische Intuitionen
Analysis = „resolutives“ Vorgehen (Dekomposition)
Bewusstsein mentale Phänomene
? ? Komponenten neuronale
Aktivitäten Synthesis = „kompositives“ Vorgehen
(Rekomposition)Münster, 9. Mai 2012
Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins? 36
Trügerisch:Gehirn und Bewusstsein stehen nicht in Teile-Ganzes-Beziehung.
„top-down“
„bottom-up“
Vorbild: Analytisch-synthetische Methode
6. Trügerische Intuitionen
Analysis = „resolutives“ Vorgehen (Dekomposition)
Gehirn mentale Phänomene
? Neurone neuronale
Aktivitäten Synthesis = „kompositives“ Vorgehen
(Rekomposition)Münster, 9. Mai 2012
Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins? 37
Zweite Intuition:Neuronale Mechanismen
determinieren das Bewusstsein.
Analytisch-synthetische Methoden:
„top-down“
„bottom-up“
6. Trügerische Intuitionen
Analysis = „resolutives“ Vorgehen (Dekomposition)
Gehirn mentale Phänomene
? Neurone neuronale
Aktivitäten Synthesis = „kompositives“ Vorgehen
(Rekomposition)Münster, 9. Mai 2012
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Analytisch-synthetische Methoden:
„top-down“
„bottom-up“
6. Trügerische Intuitionen
Trügerisch:In welchem Sinne
„determinieren“ neuronale Mechanismen etwas?
„Alltagsmetaphysik“ der Kausalität:deterministisch & zeitlich
Wirkung folgt zeitlich & strikt gesetzmäßig auf Ursache
(vorwissenschaftlicher Begriff der Kausalität)
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Analyse des Bewusstseins? 39
Determinismus ? Kausalität
Dritte Intuition:Ursachen sind früher als
Wirkungen & wirken strikt deterministisch.
6. Trügerische Intuitionen
„Alltagsmetaphysik“ der Kausalität:deterministisch & zeitlich
Wirkung folgt zeitlich & strikt gesetzmäßig auf Ursache
(vorwissenschaftlicher Begriff der Kausalität)
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Analyse des Bewusstseins? 40
Determinismus ? Kausalität
Trügerisch:Ursachen wirken entweder nicht
zeitlich oder nicht strikt deterministisch
6. Trügerische Intuitionen
Signalübertragung in Neuronen: deterministisch
(Schaltkreis-Modell Computer-Analogie)
Münster, 9. Mai 2012Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de
Analyse des Bewusstseins? 41
Zweite Intuition:Neuronale Mechanismen
determinieren das Bewusstsein.
Neuronale Mechanismen6. Trügerische Intuitionen
Neuronales Netz, als Algorithmus: statistisches Näherungsverfahren
(stochastische Grundlagen!) kein neuronaler Determinismus!
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Analyse des Bewusstseins? 42
Trügerisch:Neuronale Mechanismen
verlaufen nicht strikt mechanistisch.
6. Trügerische IntuitionenNeuronale Mechanismen
Schaltkreis-Modell der Neurone (Hodgkin & Huxley 1945) Computer-Analogie (formal)
Erweiterung: kausale Analogie- „Information“ als Brückenbegriff
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Analyse des Bewusstseins? 43
Vierte Intuition:Das Gehirn ist ein neuronales
Netz, d.h. es funktioniert wie ein Computer.
6. Trügerische IntuitionenWieviel erklärt die Analogie?
Schaltkreis-Modell der Neurone (Hodgkin & Huxley 1945) Computer-Analogie (formal)
Erweiterung: kausale Analogie- „Information“ als Brückenbegriff
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Analyse des Bewusstseins? 44
Trügerisch:Die Analogie liefert keine
(mechanistische oder sonstige) Erklärung des Bewusstseins!
6. Trügerische IntuitionenWieviel erklärt die Analogie?
Analysis = „resolutives“ Vorgehen (Dekomposition)
bewusster Impuls Entscheidung
? Zeitpunkt neuronaler
Impuls Synthesis = „kompositives“ Vorgehen
(Rekomposition)Münster, 9. Mai 2012
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Fünfte Intuition:Die experimentelle Methode ist
anwendbar auf das Bewusstsein.
„top-down“
„bottom-up“
Libet-Experiment:6. Trügerische Intuitionen
Analysis = „resolutives“ Vorgehen (Dekomposition)
bewusster Impuls Entscheidung
? Zeitpunkt neuronaler
Impuls Synthesis = „kompositives“ Vorgehen
(Rekomposition)Münster, 9. Mai 2012
Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins? 46
„top-down“
„bottom-up“
Libet-Experiment:6. Trügerische Intuitionen
Trügerisch:Mentale Phänomene sind nicht gut experimentell analysierbar.
I. Die analytischen Methoden der Naturwissenschaften sind nur begrenzt auf das Bewusstsein anwendbar.
II. Die Rede vom „neuronalen Determinismus“ ist unscharf.III. Kausalbeziehungen sind entweder zeitlich gerichtet oder strikt
deterministisch, aber nie beides zugleich.
IV. Neuronale Mechanismen leisten weniger als oft behauptet: (i) sie sind nicht deterministisch, sondern stochastisch; (ii) sie erklären kognitive Leistungen nur per Analogieschluss.
V. Mentale Phänomene sind nicht gut experimentell analysierbar.
Seien Sie misstrauisch gegen vorschnelle Schlüsse aus der Hirnforschung!
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Schlussfolgerungen:6. Trügerische Intuitionen
Brigitte Falkenburg
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Analyse des Bewusstseins? 48
Naturwissenschaftliche Analyse des Bewusstseins?
Intuitionen in der Hirnforschung und wann sie trügenInhaltsverzeichnis:1. Streit um Gehirn und Geist2. Das Buch der Natur entziffern3. Befunde der Hirnforschung4. Das Bewusstsein im Versuchslabor5. Das Rätsel Zeit6. Ursachen und was sie erklären7. Wieviel erklärt uns die Hirnforschung?8. Naturverständnis und Menschenbild
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