Institute for Clinical Neuroanatomy

1. Institute for Clinical Neuroanatomy Dr. Senckenbergische Anatomie J.-W. Goethe Universität, Frankfurt am Main Sind wir neuronale Maschinen? Philosophische Analyse des Neurodeterminismus Peter Jedlička „Der Mensch ist eine Maschine.“ Jacque Monod

2. Leopold & Loeb • Nathan Leopold & Richard Loeb waren zwei wohlhabende Studenten an der University of Chicago, die 1924 den 14-jährigen Bobby Franksermordeten. • Motive: L&L waren überdurchschnittlich intelligent und hielten sich für Übermenschen im Sinne Nietzsches; sie wollten zeigen, daß sie das perfekte Verbrechen begehen können; sie suchten den mit der Tat einhergehenden Nervenkitzel. • Die Familie Loebs engagierte den berühmten Rechtsanwalt Clarence Darrow als Verteidiger, einen erbitterten Gegner der Todesstrafe.

3. Darrow hielt eine Rede, die als die beste seiner Karriere galt Leopold & Loeb • Für die Unschuld von L&L benutzte Darrow ein Argument, das auf Determinismus beruhte: • „Ist eine Schuld damit verbunden, wenn jemand Nietsches Philosophie ernst nimmt und sein Leben danach ausrichtet? (...) Es ist nicht fair, einen 19-jährigen Jungen für die Philosophie aufzuhängen, die ihm an der Universität gelehrt wurde.“ • “Die Natur ist stark und unbarmherzig. Wir sind ihre Opfer. Die Natur tut ihren Job und wir spielen nur unsere Rollen darin….. Was hatte dieser Junge damit zu tun? Er war nicht sein eigener Vater, seine eigene Mutter, seine eigenen Großeltern. Alles das wurde ihm gegeben. Er hat sich nicht selbst gemacht. Und trotzdem soll er gezwungen werden dafür zu zahlen.” • Darrow über Loeb: „Eine intellektuelle Maschine außer Kontrolle“

4. Leopold & Loeb "Richten Sie nicht die Jungen. Richten Sie ihre Familien. Dies ist das Ergebniss ihrer Vererbung." „Ich bin der festen Überzeugung, dass ein Mensch sein Verhalten nicht besser kontrollieren kann als ein Holzindianer. Der Holzindianer hat sogar den Vorteil, nicht einmal zu denken, dass er frei sei." • L&L wurden zu einer lebenslänglichen Freiheitsstrafe verurteilt

5. Leopold & Loeb • Das Verbrechen inspirierte Alfred Hitchcock zu seinem Film Rope (Cocktail für eine Leiche, 1948). • Andere Verfilmungen: Compulsion (Der Zwang zum Bösen) 1959 Richard Fleischer, Swoon 1992 Tom Kalin, Murder by numbers (Mord nach Plan) 2002 Barbet Schroeder

6. Haben sich Leopold und Loeb frei entschieden oder war ihre Tat zu 100% von sozialen und biologischen Faktoren determiniert? Waren sie für den Mord Franks verantwortlich? Oder waren sie „intellektuelle Maschinen außer Kontrolle“? • Ist der Mensch frei? • Oder ist der Mensch eine Maschine?

7. „Wir betrachten uns … als frei in unseren Handlungen, obwohl diese Willensfreiheit neurobiologisch betrachtet gar nicht existiert.“ Wolf Singer, Gehirn & Geist (2002) „,Sie‘, Ihre Freuden und Leiden, Ihre Erinnerungen, Ihre Ziele, Ihr Sinn für ihre eigene Identität und Willensfreiheit – bei alledem handelt es sich in Wirklichkeit nur um das Verhalten einer riesigen Ansammlung von Nervenzellen und dazugehörigen Molekülen. Lewis Carrolls Alice aus dem Wunderland hätte es vielleicht so gesagt: ,Sie sind nichts weiter als ein Haufen Neurone.‘“ Francis Crick, Was die Seele wirklich ist (1994)

8. „Die Wahl ist …möglich, aber was nicht möglich ist, ist nicht zu wählen.“ „Der Mensch ist verurteilt, frei zu sein.“ Jean-Paul Sartre „Der Mensch ist nicht frei von seinen Bedingungen, aber er ist frei, zu seiner Bedingtheit Stellung zu nehmen.“  Viktor E. Frankl

9. Definition einer freien Entscheidung Eine Entscheidung muss folgende 3 Bedingungen erfüllen, um als frei gelten zu können: • Die Bedingung des Anders-Handeln-Könnens oder Anders-Entscheiden-Könnens: Die Person muss eine Wahl zwischen Alternativen haben; sie muss anders handeln bzw. sich anders entscheiden können, als sie es tatsächlich tut. • Urheberschaftsbedingung: Welche Wahl getroffen wird, muss entscheidend von der Person selbst abhängen. • Kontrollbedingung: Wie die Person entscheidet, muss ihrer Kontrolle unterliegen. Diese Kontrolle darf nicht durch Zwang ausgeschlossen sein. Ansgar Beckermann

10. Idealbild einer deterministischen Welt: Laplacescher Dämon Laplacescher Dämon (Laplace, 1814) ist eine Metapher für die 100% deterministische (mechanistische) Welt: • LD ist ein intelligentes, rechnendes Wesen dem zu einem beliebigen Zeitpunkt alle in dem Kosmos wirkenden Kräfte sowie die Lage aller Teilchen zueinander (deren Zustand) bekannt sind. Dann wäre es nach den Gesetzen der Mechanik für dieses möglich, die Entwicklung des Weltalls sowohl in die Zukunft voraus - als auch in die Vergangenheit zurückzuberechnen. • In einer solchen Welt, wäre weder Platz für das Wirken eines Gottes noch für menschliche Willensfreiheit, die Geschichte und die Zukunft wäre vollständig determiniert und berechenbar.

11. N N Z0 Z1 Z2 F = m . A = m . d2s/dt Lancet 2, 66 Der Determinismus ist wahr, wenn gilt: Definition des Determinismus • Wenn Z eine vollständige Beschreibung des Zustandsunserer Welt zu einem bestimmten Zeitpunkt t und N eine vollständige Beschreibung aller in dieser Welt geltenden Naturgesetze ist, dann implizieren Z und N zusammen logisch eine vollständige Beschreibung der gesamten Geschichte unserer Welt nach t. • Wenn ein Laplacescher Dämon die Naturgesetze und den Zustand der Welt zu einem Zeitpunkt bis ins kleinste Detail kennen würde, dann könnte er jedes Ereignis in der Zukunft vorhersagen. • Neurodeterminismus: ZG = Zustand des menschlichen Gehirns und seiner Umgebung (ZG als ein Teil von Z)

12. N N Z0 Z1 Z2

13. Einteilung des Determinismus nach determinierenden Ursachen • biologischer Determinismus (genetischer Determinismus – R. Dawkins, E. O. Wilson; Neurodeterminismus – W. Singer, F. Crick) • psychologischer Determinismus (S. Freud) • soziologischer Determinismus (historizismus, K. Marx) • theologischer Determinismus (J. Calvin) „nature vs. nurture“ Debatte

14. Albert Einstein: Gott würfelt nicht. In der Natur geschieht nichts ohne Ursache. Unser Handeln sei getragen von dem stets lebendigen Bewußtsein, daß die Menschen in ihrem Denken, Fühlen und Tun nicht frei sind, sondern ebenso kausal gebunden wie die Gestirne in ihren Bewegungen.

15. Determinismus? ja nein Willensfreiheit? ja nein Inkompatibilismus Kompatibilismus Hard-Determinismus Libertarismus (Indeterminismus) Soft-Determinismus

16. Determinismus? ja nein Willensfreiheit? ja nein Kompatibilismus: Freiheit und Determinismus sind vereinbar. Inkompatibilismus Kompatibilismus Hard-Determinismus Libertarismus (Indeterminismus) Soft-Determinismus

17. Determinismus? ja nein Willensfreiheit? ja nein Inkompatibilismus: Freiheit und Determinismus sind nicht vereinbar. Inkompatibilismus Kompatibilismus Hard-Determinismus Libertarismus (Indeterminismus) Soft-Determinismus

18. Determinismus? ja nein Willensfreiheit? ja nein Inkompatibilismus Kompatibilismus Libertarier: Inkompatibilist, der der Meinung ist, dass es Freiheit gibt und dass daher der Determinismus falsch ist. Hard-Determinismus Libertarianismus (Indeterminismus) Soft-Determinismus

19. Determinismus? ja nein Willensfreiheit? ja nein Inkompatibilismus Kompatibilismus Hard-Determinismus Libertarismus (Indeterminismus) Weicher Determinist: Kompatibilist, der der Meinung ist, dass es Freiheit gibt und dass die Tatsache, dass der Determinismus wahr ist, daran nichts ändert. Soft-Determinismus

20. Determinismus? ja nein Willensfreiheit? ja nein Inkompatibilismus Kompatibilismus Harter Determinist: Inkompatibilist, der behauptet, dass es keine Freiheit gibt, weil der Determismus wahr ist. Hard-Determinismus Libertarismus (Indeterminismus) Soft-Determinismus

21. Determinismus? ja nein Willensfreiheit? ja nein Inkompatibilismus Kompatibilismus Hard-Determinismus Libertarismus (Indeterminismus) Soft-Determinismus Clarence Darrow Karl Popper Thomas Hobbes Albert Einstein John Eccles David Hume Wolf Singer Peter van Inwagen Daniel Dennett Baron d`Holbach

22. Determinismus? Das Konsequenz-Argument ja nein Willensfreiheit? ja nein Inkompatibilismus Kompatibilismus Hard-Determinismus Libertarismus (Indeterminismus) Soft-Determinismus

23. Das Konsequenzargument für den Inkompatibilismus Inkompatibilismus: Deterministische Auffassungen der Welt schließen Willensfreiheit/moralische Verantwortlichkeit aus. Das Konsequenzargument (Unvermeidbarkeitsargument): Alle menschlichen Taten und die ihnen zugrunde liegenden Entscheidungen (Wünsche, Absichten, Überzeugungen, usw.) sind unausweichliche Konsequenzen von Naturgesetzen sowie von Weltzuständen, die lange vor der Existenz menschlicher Wesen herrschten. Christoph Jäger (2006) Da sowohl solche Weltzustände als auch die Naturgesetze unbeeinflussbar sind, scheinen auch ihre Konsequenzen, einschließlich sämtlicher menschlicher Handlungen und Entscheidungen, unbeeinflussbar und unvermeidbar zu sein.

24. 1. Z0 und N, und niemand ist verantwortlich, daß Z0 und N(Prämisse 1) 2. Z0 und Nimplizieren zwangsläufig P (Prämisse 2 - die aus der deterministischen These folgt) ----------- 3. P und niemand ist verantwortlich, daßP (Schlussfolgerung – die aus 1, 2 und R folgt) N N Z0 Z1 Z2 Das Konsequenzargument für den Inkompatibilismus Die Logik des Konsequenzarguments: Z0 ... ein beliebiger vollständiger Zustand der Welt in ferner Vergangenheit (bevor die Menschheit existiert hat) N ... die herrschenden Naturgesetze, P ... eine beliebige menschliche Tat, die durchgeführt wurde (oder durchgeführt werden wird) Christoph Jäger (2006) Neurodeterminismus: ZG (gehört zum Z1)  P

25. N N Z0 Z1 Z2 R. Loeb B. Franks

26. Das Konsequenzargument für den Inkompatibilismus Angeblich wurde im Jahre 1685 eine Glocke ausgepeitscht, weil sie für Ketzer geläutet hatte. Christoph Jäger: „Man sagt, die Glocke habe geläutet; aber wir finden die Bestrafung einer Glocke heute abwegig. Denn…die Glocke…kein geeignetes Objekt von Verantwortungszuschreibung ist. Konsequenzargumente zeigen: Wenn der kausale Determinismus wahr ist, ist das Tun von Personen wie das Läuten von Glocken. Befestigt an den Seilen der Vergangenheit und der Naturgesetze, wären auch unsere Handlungen und Entscheidungen prädeterminierte Stationen eines unbeeinflussbaren Weltverlaufs.“ Christoph Jäger (2006)

27. Konsequenzen des Neurodeterminismus – Konsensus der Libertarier und harter Deterministen Wolf Singer: „Die … gängige Unterscheidung von gänzlich unfreien, etwas freieren und ganz freien Entscheidungen erscheint in Kenntnis der zu Grunde liegenden neuronalen Prozesse problematisch.“ „Wenn eingeräumt wird, daß das bewußte Verhandeln von Argumenten auf neuronalen Prozessen beruht, dann muß es neuronalem Determinismus in gleicher Weise unterliegen, wie das unbewußte Entscheiden, für das wir dies zugestehen. Dies folgt aus der zwingender Erkenntnis, daß neuronale Vorgänge in der Großhirnrinde nach immer gleichen Prinzipien ablaufen und daß sowohl bewußte als auch unbewußte Entscheidungen auf Prozessen in dieser Struktur beruhen.“ „Keiner kann anders als er ist.“

28. Konsequenzen des Neurodeterminismus – Konsensus der Libertarier und harter Deterministen Gilbert Keith Chesterton: „The determinists…may well call their law the 'chain' of causation. It is the worst chain that ever fettered a human being. …the determinist speculator…is not free to raise, to curse, to thank, to justify, to punish…, to make New Year resolutions, to pardon sinners, to rebuke tyrants, or even to say “thank you” for the mustard“.

29. Wahrscheinlich nicht!Die Quantenphysik ist indeterministisch. Viele Physiker denken, daß die Quantentheorie einen erfolgreichen Exorzismus vom Laplaceschen Dämon durchgeführt hat. Laplacescher Dämon Zufall: die Ursache ist Nichts (Sartres Absurdität?) oder etwas ausserhalb des Systems (Dualismus?) Ist die deterministische Auffassung der Welt wahr? Selbst bei vollständiger Kenntnis des aktuellen Zustands eines quantenmechanischen Systems ist es nicht möglich, das Ergebnis einer Messung eindeutig vorherzusagen/berechnen. Es lassen sich für die möglichen Meßergebnisse nur Wahrscheinlichkeiten angeben. Nach den meisten QM-Interpretationen ist das Ergebnis einer Messung objektiv zufällig, es gibt keinerlei Grund (innerhalb der physikalischen Welt), warum eine Messung ein bestimmtes von mehreren möglichen Ergebnissen hat.

30. Ist die neurodeterministische Auffassung der Gehirnaktivität richtig? Neuronale Signalverarbeitung: Wo können wir indeterministische (stochastische) Prozesse finden? Überall... Neuronale Prozesse zeigen auf allen Ebenen stochastische Elemente: Membranprozesse (Ionenkanalrauschen, synaptisches Rauschen) zytoplasmatische Prozesse (stochastische Protein-Interaktionen) nukleare Prozesse (stochastische Genexpression) geringe Anzahl von Molekülen (Vesikel für Transmittersfreisetzung, postsynaptische Rezeptoren, Signalmoleküle in Spines)  stochastische Prozesse werden wichtig

31. Stochastische Neurotransmitterfreisetzung • stochastische Modelle der Transmitterfreisetzung können die Daten zur synaptischen Plastizität besser reproduzieren/erklären als deterministische Modelle (z.B. Cai et al. J Neurophysiol 2007)

32. Postsynaptische Membran als eine stochastische Nanomaschine • "Receptortrafficking" durch zufällige Bewegung von Rezeptoren in die PSD hinein und heraus • In der PSD können Rezeptoren durch Bindung an "Ankerproteine" stabilisiert werden • Wenn wenige (<15) Rezeptoren involviert sind, ist ein stochastisches Modell notwendig Choquet and Triller Nat Rev Neurosci 2003 Holcman & Triller Biophys J 2006 PSD

33. Stochastische Kalciumsignale in synaptischen Dornen • Stochastik ist wichtig, wenn die Anzahl beteiligter Molekülen klein ist • z.B. 50 nm Kalziumkonzentration im dendritischen Dorn 3 freie Kalziumionen; 1 mM 60 freie Ionen biochemische Veränderungen  stochastische Modelle (Monte-Carlo Simulationen) sind notwendig, um postsynaptische Kalziumsignale realistisch darzustellen Franks & Sejnowski, Bioessays 2002 • stochastische molekulare Fluktuationen können in der Zelle spontane Zustandsveränderungen induzieren (z.B. bistabiler LTP/LTD 'switch',Song et al. Biophys J 2006)

34. Biologische Vorteile stochastischer Mechanismen • Erhöhung der Variabilität, Flexibilität, Diversität  Überleben (z.B. unvorhersehbares Verhalten in kompetitiver Umgebung) • Interaktion der Stochastik mit Nichtlinearität führt zu neuer und sogar paradoxer neuronalen Dynamik! (Swain & Longtin, Chaos 2006; Destexhe & Contreras, Science 2006) (z.B. Detektieren unterschwelliger Signale)

35. Einfluss des synaptischen Rauschens auf die Input-Output Funktion einzelner Nervenzellen Destexhe and Contreras Science 2006 • kein Rauschen --> Input-Output Kurve entspricht einer Alles-oder-Nichts Antwort • synaptisches Rauschen --> unterschwellige Reize werden verstärkt, überschwellige Reize werden unterdrückt

36. stochastische Genexpression wurde direkt beobachtet (intrinsic vs. extrinsic noise) Trends Genet. 1999 McAdams and Arkin, Trends in Genet 1999 Goutsias, Biophys J 2007 Samoilov, Price & Arkin, Sci. STKE 2006 Song et al. Biophys J 2006

37. Ist die neurodeterministische Auffassung der Gehirnaktivität richtig? Neuronale Signalverarbeitung: Wo können wir indeterministische (stochastische) Prozesse finden? Überall... Aber, geht es hier um zufällige oder nur pseudozufällige Prozesse?

38. ‚Quantum Brain‘ Hypothese Es gibt Vorschläge, daß der Quanten-Indeterminismus auch im Gehirn eine Funktion haben könnte (‚Quantum Brain‘ Hypothese). Könnte dieser 'echte' Indeterminismus einen Weg zur Freiheit öffnen?

39. Das Körper-Geist-Problem (Body-Mind-Problem) Willenskraft Sind wir in unserem Denken und Wollen frei? Wie verhalten sich die mentalen Zustände (oder der Geist, das Bewusstsein, das Psychische, die Seele) zu den physischen Zuständen (oder dem Körper, dem Gehirn, dem Materiellen, dem Leib)? Handelt es sich hier um zwei verschiedene Substanzen? Oder sind das Mentale und das Physische letztlich eins?

40. Verschiedene Lösungsversuche des Mind-Body-Problems Dualismus Monismus Eigenschaften-Dualismus Substanz-Dualismus Materialismus Idealismus (Solipsismus) Behaviorismus Physikalismus Identitätstheorie Funktionalismus Computer Funktionalismus (AI)

41. Verschiedene Lösungsversuche des Mind-Body-Problems Es gibt Materie und Geist nebeneinander Dualismus Monismus Eigenschaften-Dualismus Substanz-Dualismus Materialismus Idealismus (Solipsismus) Behaviorismus Physikalismus Identitätstheorie Funktionalismus Computer Funktionalismus (AI)

42. Verschiedene Lösungsversuche des Mind-Body-Problems Es gibt Materie und Geist nebeneinander Dualismus Monismus Eigenschaften-Dualismus Es gibt zwei Substanzen: Körper und Geist Materialismus Idealismus (Solipsismus) Behaviorismus Physikalismus Identitätstheorie Funktionalismus Computer Funktionalismus (AI)

43. Verschiedene Lösungsversuche des Mind-Body-Problems Substanz-Dualismus: eine Person ist aus 2Substanzen/Entitäten//Sachen zusammegesetzt: materieller Körper (res extensa) und immaterieller Geist/Ich/Seele (res cogitans) Drei Substanzdualismen (die Pfeile beschreiben den Weg der kausalen Interaktion) Descartes Popper & Eccles Huxley Leibniz • Die Hauptprobleme des Dualismus: • Wie soll eine kausale Interaktion zwischen zwei völlig unterschiedlichen Substanzen - materiellem Körper und immateriellem Geist überhaupt funktionieren? • Wie soll im Dualismus der Mensch als Einheit gedacht werden? (Ghost in the machine?)

44. Möchten sie noch ein Bier, Monsieur Descartes? Ich denke nicht….

45. Monsieur Descartes, wo sind sie denn hin?

46. Verschiedene Lösungsversuche des Mind-Body-Problems Dualismus Monismus Eigenschaften-Dualismus Substanz-Dualismus Materialismus Idealismus (Solipsismus) Behaviorismus Physikalismus Identitätstheorie Funktionalismus Computer Funktionalismus (AI)

47. Verschiedene Lösungsversuche des Mind-Body-Problems Dualismus Monismus Eigenschaften-Dualismus Substanz-Dualismus Materialismus Idealismus Es gibt nur Geist (Solipsismus) Behaviorismus Physikalismus Identitätstheorie Identitätstheorie Funktionalismus Computer Funktionalismus (AI)

48. Verschiedene Lösungsversuche des Mind-Body-Problems Dualismus Monismus Eigenschaften-Dualismus Substanz-Dualismus Materialismus Idealismus Es gibt nur Geist Alles was existiert, existiert nur in meinem Geist (Solipsismus) Behaviorismus Physikalismus Identitätstheorie Funktionalismus Computer Funktionalismus (AI)

49. Verschiedene Lösungsversuche des Mind-Body-Problems Dualismus Monismus Eigenschaften-Dualismus Substanz-Dualismus Es gibt nur Materie Materialismus Idealismus (Solipsismus) Behaviorismus Physikalismus Identitätstheorie Funktionalismus Computer Funktionalismus (AI)

50. Verschiedene Lösungsversuche des Mind-Body-Problems Dualismus Monismus Eigenschaften-Dualismus Substanz-Dualismus Es gibt nur Materie Materialismus Idealismus (Solipsismus) Mentale Zustände sind Verhaltensbeschreibungen bzw. – dispositionen weil nur als solche beobachtbar.. Behaviorismus Physikalismus Identitätstheorie Funktionalismus Computer Funktionalismus (AI) Skinner: "Das wirkliche Problem ist nicht, ob Maschinen denken, sondern ob die Menschen es tun."