Brigitte Falkenburg

1. 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 Brigitte Falkenburg Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

2. Brigitte Falkenburg Naturwissenschaftliche Analyse des Bewusstseins? Trügerische Intuitionen in der Hirnforschung 1. Naturwissenschaftliche Analyse Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

3. 1. Naturwissenschaftliche Analyse 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“) Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

4. 1. Naturwissenschaftliche Analyse Vorbild: Analytisch-synthetische Methode • 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! Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

5. 1. Naturwissenschaftliche Analyse Vorbild: Analytisch-synthetische Methode 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. [...] DieSynthesisdagegen besteht darin, dass die entdeckten Ursachen als Prinzipien angenommen werden, von denen ausgehend die Phänomene erklärt und die Erklärungen bewiesen werden.” Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

6. 1. Naturwissenschaftliche Analyse Vorbild: Analytisch-synthetische Methode  Analysis = „resolutives“ Vorgehen (Dekomposition) Ganzes Phänomene     Teile/Atome Ursachen/Prinzipien  Synthesis = „kompositives“ Vorgehen (Rekomposition) Erste Intuition: Die analytisch-synthetische Methode ist universell anwendbar. „top-down“   „bottom-up“ Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

7. 1. Naturwissenschaftliche Analyse 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) „top-down“   „bottom-up“ Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

8. Brigitte Falkenburg Naturwissenschaftliche Analyse des Bewusstseins? Trügerische Intuitionen in der Hirnforschung 2. Methoden der Hirnforschung Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

9. 2. Methoden der Hirnforschung • Analytisch-synthetische Methoden: 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“) Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

10. 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! Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

11. 2. Methoden der Hirnforschung • Analytisch-synthetische Methoden:  Analysis = „resolutives“ Vorgehen (Dekomposition) Gehirn mentale Phänomene     Neurone neuronale Aktivitäten  Synthesis = „kompositives“ Vorgehen (Rekomposition) Zweite Intuition: Neuronale Mechanismen determinieren das Bewusstsein. „top-down“   „bottom-up“ Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

12. Brigitte Falkenburg Naturwissenschaftliche Analyse des Bewusstseins? Trügerische Intuitionen in der Hirnforschung 3. Kausalität & Determinismus Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

13. 3. Kausalität & Determinismus Determinismus?Kausalität „Alltagsmetaphysik“ der Kausalität: deterministisch & zeitlich Wirkung folgt zeitlich & strikt gesetzmäßig auf Ursache (vorwissenschaftlicher Begriff der Kausalität) Dritte Intuition: Ursachen sind früher als Wirkungen & wirken strikt deterministisch. Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

14. 3. Kausalität & Determinismus Kausalität in der Physik nicht eindeutig,mehrere Konzepte: • Entwicklung eines Systems nach deterministischen Gesetzen (klassische Mechanik, Elektrodynamik): reversibel &kein Zeitpfeil. • irreversible Prozesse (Thermodynamik, Quantentheorie) entsprechen dem Zeitpfeil, sind aberprobabilistisch & indeterministisch. • Einstein-Kausalität (Spezielle Relativitätstheorie): Signalübertragung höchstens mit Lichtgeschwindigkeit. Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

15. 3. Kausalität & Determinismus Kausalität in der Physik 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! Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

16. Brigitte Falkenburg Naturwissenschaftliche Analyse des Bewusstseins? Trügerische Intuitionen in der Hirnforschung 4. Neuronale Mechanismen Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

17. 4. Neuronale Mechanismen Methoden der Hirnforschung 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! Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

18. 4. Neuronale Mechanismen Was ist ein Mechanismus? Wirkung  Ursache Ganzes  Teile Carl F. Craver: Explaining the Brain. Mechanisms and the mosaic unity of neuroscience. Oxford 2007 S: MechanismusimGanzen. top: Phänomen • bottom: EntitätenXi , 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.” Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

19. 4. Neuronale Mechanismen Determinismus?Kausalität Mechanistische bottom-up Erklärung: Aktivitäten der kausalen Komponenten eines Mechanismus erklären höherstufige Phänomene.  typisch auch für Neurobiologie! Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

20. 4. Neuronale Mechanismen Determinismus?Kausalität Neuronale Signalübertragung: mechanistisch & deterministisch !? (Schaltkreis-Modell der Neurone  neuronale Netze  Gehirn = parallel vernetzter Computer?) Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

21. 4. Neuronale Mechanismen Determinismus?Kausalität Achtung: Mechanismus = thermodynamische Maschine - Wirkungsgrad < 1 - verbunden mit Entropie-Anstieg (neuro-) biologische Maschine: - fern vom thermodynam. Gleichgewicht - nicht-linear - durchläuft Verzweigungspunkte Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

22. 4. Neuronale Mechanismen Determinismus?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! Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

23. 4. Neuronale Mechanismen Determinismus?Kausalität Schaltkreis-Modell der Neurone (Hodgkin & Huxley 1945)  Computer-Analogie (formal) Erweiterung: kausale Analogie - „Information“ als Brückenbegriff Vierte Intuition: Das Gehirn ist ein neuronales Netz, d.h. es funktioniert wie ein Computer. Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

24. 4. Neuronale Mechanismen Wieviel erklärt die Analogie? Schaltkreis-Modell der Neurone (Hodgkin & Huxley 1945)  Computer-Analogie (formal) Erweiterung: kausale Analogie - „Information“ als Brückenbegriff Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

25. 4. Neuronale Mechanismen Wieviel erklärt die Analogie? 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! Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

26. 4. Neuronale Mechanismen Wieviel 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! Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

27. 4. Neuronale Mechanismen Wieviel 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-Analogie Neuron = Schaltkreis (deterministisch) Synapse  chemische Neurotransmitter (indeterministisch)

28. 4. Neuronale Mechanismen Wieviel erklärt die Analogie? Mehrstufige Erklärung: 4. Stufe: kausaler Analogieschluss (nur gestützt auf Brückenbegriff „Information“) 1. -3. Stufe: formale Computer-Analogie (natürliches  künstliches neuronales Netz)

29. 4. Neuronale Mechanismen Wieviel erklärt die Analogie? Problem: Wo sind die Grenzender wissenschaftlichen Erklärung? 4. Stufe: kausaler Analogieschluss (nur gestützt auf Brückenbegriff „Information“) 1. -3. Stufe: formale Computer-Analogie (natürliches  künstliches neuronales Netz)

30. Brigitte Falkenburg Naturwissenschaftliche Analyse des Bewusstseins? Trügerische Intuitionen in der Hirnforschung 5. Phänomene & experimentelle Methode Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

31. 5. Phänomene & experimentelle Methode 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) Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

32. 5. Phänomene & experimentelle Methode Libet-Experiment:  Analysis = „resolutives“ Vorgehen (Dekomposition) bewusster Impuls Entscheidung     Zeitpunkt neuronaler Impuls  Synthesis = „kompositives“ Vorgehen (Rekomposition) Fünfte Intuition: Die experimentelle Methode ist anwendbar auf das Bewusstsein. „top-down“   „bottom-up“ Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

33. 5. Phänomene & experimentelle Methode Grenzen: Mentale Phänomene - nicht experimentell isolierbar - Zusammensetzung nicht analysierbar - kausal relevante Faktoren bleiben unklar  DasLibet-Experiment hat keine Bedeutung für die Willensfreiheit !! Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

34. Brigitte Falkenburg Naturwissenschaftliche Analyse des Bewusstseins? Trügerische Intuitionen in der Hirnforschung 6. Trügerische Intuitionen Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

35. 6. Trügerische Intuitionen Vorbild: Analytisch-synthetische Methode  Analysis = „resolutives“ Vorgehen (Dekomposition) Bewusstsein mentale Phänomene  ?   ?  Komponenten neuronale Aktivitäten  Synthesis = „kompositives“ Vorgehen (Rekomposition) Erste Intuition: Die analytisch-synthetische Methode ist universell anwendbar. „top-down“   „bottom-up“ Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

36. 6. Trügerische Intuitionen Vorbild: Analytisch-synthetische Methode  Analysis = „resolutives“ Vorgehen (Dekomposition) Bewusstsein mentale Phänomene  ?   ?  Komponenten neuronale Aktivitäten  Synthesis = „kompositives“ Vorgehen (Rekomposition) Trügerisch: Gehirn und Bewusstsein stehen nicht in Teile-Ganzes-Beziehung. „top-down“   „bottom-up“ Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

37. 6. Trügerische Intuitionen • Analytisch-synthetische Methoden:  Analysis = „resolutives“ Vorgehen (Dekomposition) Gehirn mentale Phänomene    ?  Neurone neuronale Aktivitäten  Synthesis = „kompositives“ Vorgehen (Rekomposition) Zweite Intuition: Neuronale Mechanismen determinieren das Bewusstsein. „top-down“   „bottom-up“ Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

38. 6. Trügerische Intuitionen • Analytisch-synthetische Methoden:  Analysis = „resolutives“ Vorgehen (Dekomposition) Gehirn mentale Phänomene    ?  Neurone neuronale Aktivitäten  Synthesis = „kompositives“ Vorgehen (Rekomposition) Trügerisch: In welchem Sinne „determinieren“ neuronale Mechanismen etwas? „top-down“   „bottom-up“ Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

39. 6. Trügerische Intuitionen Determinismus?Kausalität „Alltagsmetaphysik“ der Kausalität: deterministisch & zeitlich Wirkung folgt zeitlich & strikt gesetzmäßig auf Ursache (vorwissenschaftlicher Begriff der Kausalität) Dritte Intuition: Ursachen sind früher als Wirkungen & wirken strikt deterministisch. Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

40. 6. Trügerische Intuitionen Determinismus?Kausalität „Alltagsmetaphysik“ der Kausalität: deterministisch & zeitlich Wirkung folgt zeitlich & strikt gesetzmäßig auf Ursache (vorwissenschaftlicher Begriff der Kausalität) Trügerisch: Ursachen wirken entweder nicht zeitlich oder nicht strikt deterministisch Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

41. 6. Trügerische Intuitionen Neuronale Mechanismen Signalübertragung in Neuronen: deterministisch (Schaltkreis-Modell  Computer-Analogie) Zweite Intuition: Neuronale Mechanismen determinieren das Bewusstsein. Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

42. 6. Trügerische Intuitionen Neuronale Mechanismen Neuronales Netz, als Algorithmus: statistisches Näherungsverfahren (stochastische Grundlagen!) kein neuronaler Determinismus! Trügerisch: Neuronale Mechanismen verlaufen nicht strikt mechanistisch. Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

43. 6. Trügerische Intuitionen Wieviel erklärt die Analogie? Schaltkreis-Modell der Neurone (Hodgkin & Huxley 1945)  Computer-Analogie (formal) Erweiterung: kausale Analogie - „Information“ als Brückenbegriff Vierte Intuition: Das Gehirn ist ein neuronales Netz, d.h. es funktioniert wie ein Computer. Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

44. 6. Trügerische Intuitionen Wieviel erklärt die Analogie? Schaltkreis-Modell der Neurone (Hodgkin & Huxley 1945)  Computer-Analogie (formal) Erweiterung: kausale Analogie - „Information“ als Brückenbegriff Trügerisch: Die Analogie liefert keine (mechanistische oder sonstige) Erklärung des Bewusstseins! Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

45. 6. Trügerische Intuitionen Libet-Experiment:  Analysis = „resolutives“ Vorgehen (Dekomposition) bewusster Impuls Entscheidung    ?  Zeitpunkt neuronaler Impuls  Synthesis = „kompositives“ Vorgehen (Rekomposition) Fünfte Intuition: Die experimentelle Methode ist anwendbar auf das Bewusstsein. „top-down“   „bottom-up“ Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

46. 6. Trügerische Intuitionen Libet-Experiment:  Analysis = „resolutives“ Vorgehen (Dekomposition) bewusster Impuls Entscheidung    ?  Zeitpunkt neuronaler Impuls  Synthesis = „kompositives“ Vorgehen (Rekomposition) Trügerisch: Mentale Phänomene sind nicht gut experimentell analysierbar. „top-down“   „bottom-up“ Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?

47. 6. Trügerische Intuitionen Schlussfolgerungen: 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!

48. Naturwissenschaftliche Analyse • des Bewusstseins? • Intuitionen in der Hirnforschung und wann sie trügen Inhaltsverzeichnis: 1. Streit um Gehirn und Geist 2. Das Buch der Natur entziffern 3. Befunde der Hirnforschung 4. Das Bewusstsein im Versuchslabor 5. Das Rätsel Zeit 6. Ursachen und was sie erklären 7. Wieviel erklärt uns die Hirnforschung? 8. Naturverständnis und Menschenbild Brigitte Falkenburg Brigitte.Falkenburg@tu-dortmund.de Analyse des Bewusstseins?