Wie die Welt in den Kopf kommt

Mit diesem letzten Beispiel ist nun eine Überleitung zum vorletzen Kapitel des Hirnmodells gefunden. Der Anwendung der Reizinformationen zur Steuerung des Verhaltens. Der Wanderer sucht bei Dämmerung Unterschlupf. Es ist aber nicht direkt die Dämmerung, die die Herbergssuche notwendig macht. Könnten wir mit beliebiger Körpertemperatur leben, so wäre es nicht notwendig, sich in der kühlen Nacht eine wärmende Bleibe zu suchen. Es sind also unsere zukünftigen Bedürfnisse, auf die letztlich alles Verhalten zurückgeht. Zukünftig insofern, als dem Wanderer ja gegenwärtig noch warm ist, aber er bereits erahnen kann, dass das nicht so bliebe, würde er im Freien übernachten.

Ich unterscheide zwei Arten von Bedürfnissen. Körperliche Bedürfnisse (nach Nahrung, Wärme, Schutz vor Schäden, Schutz durch soziale Einbettung) und geistige Bedürfnisse (Lern- und Spieltrieb, Wissensdurst, ästhetisches Empfinden für räumliche und zeitliche Muster, Informationsgewinn durch sozialen Kontakt). Die geistigen Bedürfnisse dienen der Erweiterung unseres Wissens über die Welt. Sie sprechen auf Muster an, weil wir durch die, in Mustern enthaltene Wiederholung, die Welt vorauszusagen lernen. Dieses Vermögen nutzen wir um die körperlichen Bedürfnisse besser zu stillen. Was ich bisher beschrieben habe, ist ein erkenntnisgewinnendes System, das die Welt vorauszusagen versucht. Nun stellt sich die Frage, wie die dabei entstandenen Verbindungen genutzt werden, um unser Verhalten bedürfnisorientiert zu organisieren. Zuerst will ich auf die körperlichen Bedürfnisse eingehen.

Der Deckung von Bedürfnissen liegt meiner Ansicht nach nicht ein einfacher Reiz-Reaktions-Regelkreis zugrunde. Vielmehr fließt unsere Prognose der Zukunft in unser Verhalten mit ein. Es gilt nun festzustellen, wie diese Zukunftsprognose, einschließlich der Prognose zukünftiger Bedürfnisse das Verhalten beeinflusst.

Beginnen wir unsere Überlegungen mit einem einfachen Reiz/Reaktions-Modell. Die Bedürfnisse, zum Beispiel der Bedarf nach einer bestimmten Körpertemperatur, genügend Flüssigkeit und Blutzucker, möglichst wenig Lärm und Erschütterung, keine Schmerzen usw. sind durch genetisch vorgegebene Sollwerte festgelegt. Weichen die über die Sinne wahrgenommenen Istwerte zu gravierend von den Sollwerten ab, so wird Alarm geschlagen. Genaugenommen ist das eine stark vereinfachte Darstellung. Milgram erläutert zum Beispiel die Regelkontrolle der Flüssigkeitsaufnahme, und es ist zu erkennen, dass dies viel komplizierter abläuft (Milgram 2002b Link). Aber für ein künstliches System genügt ein einfacher Regelkreis.

Diesen Bedürfnis-Alarm (Sollwertabweichung) wollen wir nun als einen Reiz unter anderen betrachten, und überlegen, ob er genauso wie andere Reize verarbeitet werden darf, oder ob er in irgend einer Weise gesondert behandelt werden muss.

Die folgende Grafik zeigt eine Situation, dargestellt durch die Reize A, B und den Bedürfnisreiz X. Wir können uns vorstellen, dass in einer bestimmten Situation, bestimmte Handlungen gefordert sind. X, A und B beschreiben die Situation. Die die Handlungen auslösende Einheit H, spricht also an, wenn sie gleichzeitig Signale von X, A, und B erhält.

Wie aber haben wir diese Verschaltung erlernt? Die klassische Antwort auf diese Frage sieht folgendermaßen aus: „Einst muss es in der Situation X,A,B zu der Handlung H gekommen sein, und wir müssen daraufhin registriert haben, dass sich die Situation bessert, dass also die Sollwertabweichung X geringer wird oder verschwindet. Daraufhin haben sich die Verbindungen verstärkt.“

Ich will im Folgenden zeigen, dass die Sache nicht so einfach ist. Der Mensch ist keine reine Reiz/Reaktions-Maschine. Er reagiert nicht einfach auf eine gegenwärtige Situation, sondern plant die erwartete Zukunft mit ein. Um ein realistisches Modell des Erwerbs von Handlungen zu entwickeln, müssen wir also die Sache in ihrer zeitlichen Abfolge betrachten. Im Folgenden ist dies grafisch dargestellt.

Wir können erkennen, dass die Belohnung für das Verhalten, die Sollwertannäherung X1, im Nachhinein erfolgt. Genauso ist es mit Verhaltensweisen, die wir uns abgewöhnen, weil sie schlechte Konsequenzen haben. Auch da erfolgt die Beurteilung im Nachhinein. Haben wir die Zusammenhänge erst einmal kennengelernt, so können wir das nächste Mal die Konsequenzen unserer Handlung vorausahnen. Die Zukunftsvorstellung beeinflusst dann unser Verhalten. Es muss also ein Signal gegen den Zeitpfeil aus der vorgestellten Zukunft zurücklaufen, damit die prognostizierten Sollwerte das Handeln beeinflussen können, das ja davor stattfindet. Es fließt von den Zielen in die Gegenwart zurück.

Dass unser Handeln aus Zukunftsvorstellungen gelenkt wird, zeigt sehr schön ein Wegfindungsspiel von Marken (2000). Nahezu all unser Verhalten ist Zielorientiert, auch wenn uns das meist nicht bewusst ist (WSA 2001.06.20 Link). Und die dazu notwendigen rückführenden Signale scheint es selbst bei Seeschnecken zu geben (Kandl 1993, Byrne 2002 Link).

Die Frage ist: Dient dieses Rücklaufsignal der Verbindungsverstärkung, wie bisher angenommen, ist es direkt ein Handlungsauslöser, oder gibt es noch eine andere Möglichkeit? Ich will nun zeigen, dass es nur eine Möglichkeit gibt, was dieses Signal sein kann, und dass es notwendig ist, das klassische Reiz-Reaktionsmodell abzuwandeln.

Zwei Gründe gegen Verhaltensverstärkung durch Verbindungsverstärkung

Der erste wichtige Grund, warum Verhalten nicht einfach durch Verbindungsverstärkung und Schwächung gesteuert werden kann, ist der, dass die Verbindungsstärke in unserem Modell bereits etwas anderes darstellt. Sie verkörpert die Wahrscheinlichkeit, mit der wir einen Zusammenhang vermuten. Die Wahrscheinlichkeit also, mit der wir erwarten, dass die vorgestellte Zukunft auch eintritt.

Natürlich hat auch diese Erwartung einen Einfluss auf unser Verhalten. Auf das Verhalten bezogen müssen wir aber eine Unterscheidung beibehalten, zwischen der Wahrscheinlichkeit mit der unser Verhalten Gewinn verspricht, und der Höhe des Gewinns. Gelderwerb durch redliche Arbeit verspricht weniger Gewinn, als Gelderwerb durch Lotto-Spielen. Aber die Wahrscheinlichkeit auf Gewinn, ist im ersten Fall höher. Da wir diese beiden Handlungsmotive getrennt zu denken vermögen, dürfen sie auch in unserem Modell nicht verschmolzen werden. Das Modell würde sonst immer jene Zukunft für die wahrscheinlichste halten, die am meisten Gewinn verspricht. Es würde jegliche Objektivität verlieren.

Es gibt aber noch einen wesentlicheren Einwand gegen die Verhaltenssteuerung durch die Justierung der Verbindung vom Reiz zur Reaktion. Der Mensch vermag in der gleichen Situation verschieden zu entscheiden, je nachdem, welche Zukunft er sich gerade erwartet. Wir werden nicht automatisch immer beginnen einzuheizen, wenn uns kalt ist (X), und Heizmaterial (A) sowie eine Heizmöglichkeit (B) vorhanden ist. Es kann sein, dass wir in 10 Minuten vor haben das Haus zu verlassen, es kann sein, dass wir unseren Brennmaterialvorrat zur Neige gehen sehen und aufsparen wollen, es kann sein, dass wir uns nicht in der eigenen Wohnung befinden, und einen Konflikt mit dem Eigentümer vermuten, wenn wir einzuheizen beginnen usw.

Es ist also die vorgestellte Zukunft, die auf die Gegenwart rückwirkt und unser Verhalten verändert. Deshalb ist anzunehmen, dass die Auslösesignale für durchdachtes, bewusst gesetztes Verhalten, aus dieser vorgestellten Zukunft kommen. Nur bei unbewussten bereits automatisierten Reaktionen, ist ein direkter Weg vom Reiz zur Reaktion möglich. Nicht aber bei geplanten Handlungen.

Erst die Idee, dass das Auslösesignal gegen den Zeitpfeil läuft, macht das erworbene Wissen über die Vorgänge in der Welt für sinnvolles Verhalten nutzbar. Wir können, wie Popper es formuliert, Vorstellungen an unserer Stelle sterben lassen (Störig 1995, S.689 Link). Wenn unsere Vorstellung uns prophezeit, dass uns eine Handlung ins Verderben bringt, so führen wir diese Handlung einfach nicht aus. Wir können also auch ohne zu Handeln, durch reine Beobachtung, etwas lernen, das wir später nützen, um uns sinnvoll zu verhalten! Das einfache Reiz/Reaktions-Modell kann das nicht erklären.

Außerdem macht uns die Zukunftsvorstellung erziehbar. Denn Erzieher tun nichts anderes, als gegenwärtige und zukünftige Bedürfnisse gegeneinander auszuspielen. Da heißt es „Wenn du nicht aufhörst umzufetzen, dann gibt es nachher nicht die übliche Eiscreme.“ Nun ändert sich im Kind plötzlich seine Zukunftsvorstellung. Die Erfüllung eines zukünftigen Bedürfnisses ist bedroht. Also passt es sein gegenwärtiges Verhalten an, um der Bedrohung zu entgehen. Zukünftige Bedürfnisse bewirken gegenwärtiges Verhalten. Auch künstliche Intelligenz wird man erziehen können, wenn sie nach dem hier dargestellten Modell aufgebaut ist. Jeder wird damit umgehen können, denn für das Erziehen haben wir alle eine gewisse Gabe!

Natürlich sind es nicht alleine die zukünftigen Lebensbedingungen, die vorausgesagt werden müssen. Auch zukünftige Bedürfnisse müssen vorstellbar und fühlbar sein. Im Stirnhirn werden Sinneseindrücke bereits so langfristig kombiniert, dass Zukunftsvorstellungen möglich werden. Zu diesen Vorstellungen werden die mit den Erlebnissen einhergehenden Gefühle aus dem limbischen System (Lust/Unlust-Zentrum) kombiniert. Es führt also ein Nervenstrang vom Lustzentrum ins Stirnhirn. Wird dieser unterbrochen, dann ist das moralische Handeln gestört (Damasio 1995, Abo-Ticker 1999.10.21 Link).

Die Rolle der rückführenden Signale „aus der Zukunft“

Eines der ersten Probleme, die ich in diesem Hirnmodell behandelt habe, war die Frage, wie zwei räumlich entfernte aktive Neuronen eine Verbindung zueinander aufbauen können. Ich habe angenommen, dass sich dazu Kämmsignale nach allen Richtungen kreisförmig ausbreiten. Beim Aufeinandertreffen wird ein Signal die Fließrichtung zurück geschickt, und so eine Verbindung abgenabelt.

Das Problem, das uns jetzt begegnet, kann weitgehend auf die gleichen Mechanismen zurückgreifen. Wieder breitet sich von den aktiven Sinnesreizen ausgehend, ein Signal aus. Es ist das Signal, das die möglichen Zukünfte voraktiviert. Die Bahnen, über die es verläuft, sind bereits durch vergangene Erfahrungen verschalten. Sie sind also weitläufig verstreut, während bei der Verbindungsfindung ja jede (noch zur Verfügung stehende) Bahn verwendet wurde. Nun ist das Netz bereits strukturiert, aber es laufen darin immernoch die selben Prozesse ab.

Meist werden es zeitlich gerichtete Verbindungen sein, die entstehen, wenn Reize oft aufeinander folgen. Das heißt, das Signal fließt von den gegenwärtigen Reizen in die vorgestellte Zukunft. Es verzweigt sich dabei, denn oft sind mehrere Zukünfte möglich. Da die Verbindungen Wahrscheinlichkeiten darstellen, sind sie nicht vollkommen durchlässig. So wird das Signal geschwächt und verliert sich schließlich. Den gesamten voraktivierten Bereich nenne ich „Zukunftsbaum“. Diesen Begriff habe ich auch schon am Beginn des Textes erläutert. Der Zukunftsbaum wird ständig den neuen Ereignissen der Welt angepasst.

Bedürfnisse sitzen wie andere Reize an bestimmten Stellen dieses Zukunftsbaumes. An manchen Zweigen dieser Zukunft, wird also die Erfüllung eines Bedürfnisses vorausgesagt. Von diesen Stellen soll nun ein Signal zurück, gegen den Zeitpfeil ergehen. Dieses Signal hat die gleiche Rolle, wie die rückführenden Signale im Rahmen der Verbindungsfindung. Es nabelt einen Weg ab. Das stärkste zurücklaufende Signal wird alle anderen überrennen, und so bleibt nur eine angestrebte Zukunft über. Der Weg in diese Zukunft wird isoliert (abgenabelt). Natürlich kann sich diese Zukunft ändern, wenn aufgrund neuer Erfahrungen der Zukunftsbaum seine Gestalt ändert. Manche seiner Äste werden plötzlich zuverlässiger erscheinen, (weniger Widerstand aufweisen) und man wird lieber den Weg wählen, der über diese führt. Aber es wird nie mehr als ein Weg zu einem Zeitpunkt isoliert werden.

Wieso nur ein Weg? Ganz einfach: Wir können nur eine Handlung zu einem Zeitpunkt verfolgen. Es macht keinen Sinn, wenn an unseren Körper zugleich das Signal ergeht, den Arm nach links und nach rechts zu bewegen. Wenn wir mehrere Dinge zugleich tun, so tun wir sie zwar zeitlich eng ineinandergeschachtelt, aber doch hintereinander. Unser Bewusstsein startet immer nur eine Handlung zu einem Zeitpunkt. Wenn Fuß und Arm können wir nur dann zugleich heben, wenn wir diese Kombination als eine Handlung zu denken gelernt haben. Wenn wir zugleich Essen und Gehen, so haben wir zuerst das Gehen bewusst gestartet, und es läuft als routinierte Handlung nun unbewusst weiter, so dass unser Bewusstsein frei ist, das Essen zu starten.

Die Serialität des Denkens spiegelt sich auch in unseren Vorstellungen, denn der Weg, den unser Handeln wählt ist begleitet von Vorstellungen. So kann sich auch unser bewusstes Vorstellungsvermögen nie mit mehr als einem Weg zu einem Zeitpunkt befassen. Da der „Zukunftsbaum“ aber ständig aktualisiert wird, erscheinen auch immer wieder neue Vorstellungen in unserem Bewusstsein, aber nie mehr als eine pro Zeitpunkt.

Wenn das stärkste Rücklaufsignal siegt, und den Weg isoliert, so ergibt sich als nächstes die Frage, woraus sich die Stärke des Rücklaufsignals begründet? Antwort: Zum einen aus der Stärke der Erwartung der Zukunft. Voraussagen, die eher unwahrscheinlich sind, sind mit mehr Widerstand versehen. Das bedeutet, es wird nur ein schwaches Signal in solche Zukünfte gelangen, weil die Verbindungen schwach sind. Zum anderen ist aber der erwartete Gewinn ausschlaggebend. Verspricht eine unwahrscheinliche Zukunft großen Gewinn, so ist ihre Gesamtstärke vielleicht doch anderen Zukünften überlegen, und sie wird angestrebt, trotzdem sie unwahrscheinlich ist. Der erwartete Gewinn ist abhängig von vergangenen Erfahrungen in ähnlichen Situationen. Er ist aber auch abhängig von der derzeitigen Abweichung vom Sollwert. Für den Hungernden ist auch ein trockenes Stück Brot ein Gewinn. Je nach erwarteter Gewinnhöhe ergeht vom Lustzentrum mehr oder weniger Aktivität. Diese wird nun in Relation zur Zukunftserwartung gesetzt. Das kann technisch gesehen ein analoger Transistor übernehmen, der die Stärke des einen Signals durch die Stärke des anderen modifiziert. Das erhaltene Restsignal läuft nun den Zukunftsbaum zurück. Auch aus anderen erwarteten Zukünften, also aus anderen Ästen des Zukunftsbaumes, kommen Rücklaufsignale. Aber nur das Stärkste kann seinen Weg hinab bis zum Stamm isolieren.

Auch die Länge der Verzweigungen bis zu der erwarteten Zukunft spielen eine Rolle, weil sie je nach Eintrittswahrscheinlichkeit mit Widerstand belegt sind. Je näher wir der angestrebten Zukunft kommen, desto weniger Zeit, und desto weniger Verzweigungen trennen uns vom Lustsignal. Deswegen wird der Lustgewinn auch immer größer, je näher wir seiner Erfüllung entgegengehen.

(Harald Schaub nennt in seiner Arbeit als Auslöser für eine Handlung vier Faktoren: Wichtigkeit, die Einschätzung der eigenen Kompetenz zu Zielerreichung und dass Umstände und Zeitfenster eine Zielerreichung zulassen (Schaub 2002). All diese Faktoren fanden sich unter einer technischeren Begrifflichkeit auch in dem hier dargestellten Modell.)

Die Unterscheidung von Emotion und Gefühl

Bei der Unterscheidung von gegenwärtigen, oder zukünftigen Bedürfnissen würde ich die Unterscheidung von Emotion und Gefühl ansiedeln. Gefühle sind Sollwertabweichungen oder Erreichungen. Emotion ist die zukünftige Erwartung von Gefühlen. So ist die Angst, die wir haben, wenn wir an einem schlechten Seil in der Felswand hängen eine Emotion. Der Schmerz, den wir erleben, wenn das Seil reißt und wir am Boden aufprallen ist ein Gefühl. Freilich werden die Begriffe in der Alltagssprache nicht exakt verwendet.

Die stirnhirngeschädigten Patienten von Damasio machen deutlich, dass eine solche begriffliche Trennung notwendig ist. Bei ihnen sind scheinbar die erlernten Verbindungen zu den Sollwertabweichungen, also zum Lust/Unlust-System durch den Gehirnschaden durchtrennt worden. Das heißt sie können zwar noch die Zukunft vorausahnen, empfinden ihr gegenüber aber nichts. So haben sie auch kein Motiv das aus der Zukunft wirkt, und ihr Wille entspringt nur den jeweils gegenwärtigen Gefühlen, im glücklichsten Fall entspringt ihr Handeln alten Gewohnheiten. Das bedeutet ihr Handeln weist Mängel auf, weil es nicht mehr zukunftsorientiert ist, und das bedeutet es ist weniger planvoll, und weniger moralisch (Damasio 1995 Link). Trotz normaler Intelligenz verlieren diese Menschen ihren Platz in der Gesellschaft. Man könnte sagen es fehlt ihnen die emotionale Intelligenz. Die veraltete Vorstellung, wir könnten ohne Emotion rein aus Vernunft sinnvoller handeln ist damit widerlegt (Churchland 1996 Link). Es gibt natürlich auch Menschen, die ganz ohne Stirnhirnschaden solche Schwächen aufweisen, weil sie in diesem Gehirnbereich wenig lernfähig sind.

Wie Handlungen gestartet werden

Der Leser wird vielleicht bemerkt haben, dass die neurophysiologischen Zitate immer seltener werden, je höher die Funktionen sind, die das Modell behandelt. Tatsächlich ist der aktivierte Bereich, der Zukunftsbaum, nicht in der Weise neurophysiologisch beobachtbar, wie das zu wünschen wäre. So bleiben all diese Modelle hypothetischer Natur. Ihre Funktionstüchtigkeit kann aber vermutlich schon bald dadurch gezeigt werden, dass man künstliche Wesen konstruiert, und deren Verhalten beobachtet. Deshalb macht es Sinn weiterzudenken.

Die nächste Frage, die ich stellen will, ist die nach dem Auslöser für eine Handlung. Wo kommt dieser her? Fest steht, dass er durch den Zweig des Zukunftsbaumes zurückfließt, der zum stärksten Bedürfnis führt. Wir setzen nur Handlungen, die entlang dieses stärksten Weges liegen. Wir folgen immer dem stärksten Motiv. Jede Handlung stellt eine Zukunftsverzweigung dar. Wir kommen in eine andere Zukunft, je nachdem ob wir sie ausführen oder unterlassen. Der isolierte Weg, der uns zur Bedürfniserfüllung führt, bestimmt also, an welchen Verzweigungen des Zukunftsbaumes wir eine Handlung ausführen müssen, um am Weg zu bleiben, und an welchen nicht.

Wann, zu welchem Zeitpunkt also, wir eine Handlung genau zu starten haben, wird aber durch die Zeiterwartung bestimmt. Ich habe sie weiter oben als „parallele Welt“ bezeichnet. Von den aktiven Reizen ausgehend, starten nicht nur die schnellen Signale unserer Zukunftsvorstellungen, sondern auch die langsamen, welche parallel zu den Ereignissen der Welt, den exakten Zeitpunkt der erwarteten Ereignisse ankündigen. Diese zeitkontrollierte Signalweitergabe ist auch für ein sinnvolles Handeln notwendig. Diese Signale fließen, in der Geschwindigkeit der realen Welt, jenen Weg entlang, der aus dem Zukunftsbaum isoliert wurde. Sie aktivieren zeitgerecht die Handlungen, die notwendig sind, um auf dem Weg zu bleiben. Dieser zeitgerechte Ablauf von Handlungen ist eine absolute Notwendigkeit, und beweist damit auch die Existenz von Signalen, die in ihrer Geschwindigkeit exakt so langsam weitergegeben werden, dass sie parallel zu den Ereignissen der Welt verlaufen können.

Exkurs: Ein System für alle Verarbeitungsprozesse

Bemerkenswert ist dazu, dass auch die Zeitcodierung räumlicher Formen, die ich unter dem Begriff „Abziehbildsignalfluss“ behandelt habe, zwei Fließgeschwindigkeiten von Signalen verlangt. Vergegenwärtigen wir uns noch einmal die Grafik, um dies zu verstehen:

Wir brauchen ein Signal, das das eigentliche Signal auf den Weg schickt. Das eigentliche Signal hingegen ist doppelt so schnell. Es ist schon im Zentrum der Fläche angekommen, während erst die Hälfte der Zellen der Fläche von jenem Signal erfasst wurden, das die Signale auf den Weg schickt (siehe Mitte der Grafik).

Das Beispiel hat auf den ersten Blick überhaupt nicht viel mit dem jetzigen Problem der zeitgerechten Auslösung von Verhalten zu tun. Schließlich haben wir es jetzt mit zeitdefinierten Verbindungen zu tun, im obigen Fall hingegen mit zeitgleichen Und-Verbindungen. Solche Verbindungen von zeitgleich auftretenden Reizen, würden an sich überhaupt keine Unterscheidung von Vorstellungszeit und Erwartungszeit erfordern. Sie sollten immer mit maximaler Geschwindigkeit durchflossen werden, weil ja in der realen Welt kein Zeitabstand zwischen ihrer Reizung existiert. Wir können das System der zwei verschieden schnellen Signalflüsse aber hier für den geregelten Durchfluss der Und-Verbindungen nützen, indem wir einfach festlegen, dass Erwartungssignale maximal mit halbem Tempo vorankommen. Erwartungen müssen ja immer erst mit den realen Sinneswerten verglichen werden, um den Voraussagefehler zu ermitteln. Das könnte deren langsames Maximaltempo erklären. Die Vorstellungssignale hingegen brauchen sich einfach nur über das vorhandene Netz hinweg auszubreiten, ohne weiter verarbeitet zu werden, und fließen daher doppelt so schnell.

Genaugenommen sollte ich die schnellen Signale im Fall von Und-Verbindungen nicht als Vorstellungssignale bezeichnen. Vorstellungen zeichnen sich ja dadurch aus, dass sie aus der Gegenwart in Bereiche fließen, die durch die Sinne erst in Zukunft aktiviert werden (Zukunftsbaum). Beim Abziehbildsignalfluss durchfließen die schnellen Signale jedoch, genau wie die langsameren Erwartungssignale, die derzeit aktive Fläche, und es entstehen Wahrnehmungen und nicht Vorstellungen. Also sprechen wir lieber von den „schnellen Signalen“ als von Vorstellungssignalen. Immerhin zeigt das Beispiel, dass es nicht nur in Dann-Verbindungen, sondern auch in Und-Verbindungen zwei Signalgeschwindigkeiten geben dürfte. Der Abziehbildsignalfluss, und die damit entstehende Zeitcodierung räumlicher Information ist also letztlich eine vorteilhafte Nebenerscheinung der zwei Fließgeschwindigkeiten, von der ich annehme, dass sie die Natur auf die selbe Weise „zufällig“ zu nützen gelernt hat, wie sie in diesem Modell beschrieben ist. Hinweise für eine solche Annahme, werde ich später darstellen, wenn wir das Modell anwenden, um das Erkennen von Strukturen zu erklären. Wie wir uns erinnern, ist die Annahme einer Regel zum Signalfließverhalten in Und-Verbindungen eine absolute Notwendigkeit, denn ohne eine Regel, würden die Signale darin ewig kreisen, denn sie könnten immer in jede beliebige Richtung weiterfließen.

Der Kämmsignalfluss, welchen wir zur Verbindungsfindung benötigt haben, hat sich auch nach den Regeln der Und-Verbindung ausgebreitet. Es handelt sich also immer um das gleiche Prinzip auf verschiedenen Stufen der Verarbeitungshierarchie. Der Leser irrt also nicht, wenn ihm vieles im Text schon bekannt vorkommt. Ich will zeigen, dass wir verschiedene Verarbeitungsschritte durch ein und das selbe System erklären können.

Erwartungssignale von den Sinnen, zeitgegenläufige vom Triebzentrum

Das Lustzentrum gehört nicht zur Großhirnrinde, und hat andere Gesetze. So ergehen zum Beispiel, anders als von Sinnesreizen, vom Lustzentrum keine Signal in die vorgestellte Zukunft, sondern in die Vergangenheit. Es macht keinen Sinn zu fragen, was aus einer Bedürfnisbefriedigung zukünftig hervorgeht. Vielmehr macht es Sinn, zu fragen, ob eine davor ablaufende Handlung ein Bedürfnis befriedigt hat. Es ist also nur das Davor relevant. Aus Handlungen gehen Bedürfnisbefriedigungen hervor und nicht umgekehrt.

Stellen wir uns zeitliche Verbindungen prinzipiell gedreht vor, wie einen Gewehrlauf. (Das ist natürlich nur eine Denkhilfe, um sich die Gesetze der Reizübertragung im Modell besser vorstellen zu können) In die Zukunft sind sie rechtsdrehend, in die Vergangenheit dementsprechend linksdrehend. Signale von den Sinnen sind wie Projektile, die bereits einen Rechtsdrall haben. Sie laufen daher in den Verbindungen immer in die vorgestellte Zukunft.

Sollwertabweichungen (Bedürfnisse) liefern Signale, die genauso miteinander verarbeitet werden, wie die Signale von den Sinnen, aber die Signale sind linksdrehend. Treffen sie auf Verbindungen, die von Sinnesreizen ausgehend geknüpft wurden, so laufen sie diese zurück statt vorwärts. Sie laufen den Zukunftsbaum zurück in die Gegenwart. Vorausgesagte Bedürfnisbefriedigungen senden aktivierende, vorausgesagte Sollwertabweichungen senden hemmende Signale zurück in die Gegenwart.

Es gibt also nicht nur Vorstellungssignale von den gegenwärtigen Sinnesreizen in die Zukunft, sondern auch die Bedürfnisreize, welche den Zeitpfeil zurücklaufen, zu den Zellen, die gegenwärtig aktiv sind (Byrne 2002 Link). Das ist nur möglich, weil die Zellen in der Vergangenheit auch schon aktiv waren, und Verbindungen erlernt wurden. Durch Überlappung dieser Signale aus beiden Richtungen wird der Weg abgenabelt, der uns zeigt, welche Handlungen uns zur befriedigendsten Zukunft führen. Es siegt nicht unbedingt der kürzeste, sondern der stärkste Weg, der sich aus der Stärke der Verbindungen ergibt, die ja Wahrscheinlichkeitsgrade von Zukunft repräsentiert.

Die Verschaltung der Sollwertabweichungssignale zu Bedürfnissen

Wie verschalten sich nun die Bedürfnisse. Eines steht fest, die Sollwertabweichung kann noch nicht direkt als das Ereignis definiert werden, das als Verstärker oder Verminderer für Handlungen fungiert. Eine Sollwertabweichung kann ganz langsam immer größer werden, ohne dass dafür irgend ein Verhalten zuständig wäre. Zum Beispiel wird das Energiedefizit eines Systems ohne weiteres zutun immer größer. Als Schlüsselreiz für die Anbindung einer Handlung dient aber nicht dieser Wert, sondern die plötzliche positive Veränderung der Energiebilanz, wenn eine Umweltsituation, durch die wieder Energie zugeführt wird, auf ein Verhalten folgt.

Das bedeutet, unser System lernt zuerst, eine Voraussage über den häufigsten Verlauf von Bedürfniskurven zu treffen, den Verlauf, den sie ohne Fremdeinfluss haben. Diese Voraussage schlägt dort fehl, wo Fremdeinfluss auftritt. Das entstehende Fehlersignal kann nun mit diesem Außeneinfluss, z.B. der Nahrungsaufnahme, eine gültige Verbindung eingehen. Durch diese Verbindung läuft das Signal, das letztlich die nötigen Wege abnabelt, die zu bedürfnisgerechten Handlungen führen.

Da die Grundlage zur Verschaltung der Bedürfnisse wieder deren Voraussagbarkeit ist, gibt es auch Adaptionsprozesse bei Bedürfnissen. Abweichungsmaxima erleben wir als unbefriedigend, Annäherungsmaxima als befriedigend. Dazwischen liegt ein vorausgesagter Normalzustand, den wir eigentlich gefühlsmäßig gar nicht erleben. Dieser Normalzustand ist insofern interessant, als er offensichtlich die durchschnittliche Abweichung verkörpert. Dieser Durchschnitt verschiebt sich natürlich mit den Verhältnissen. Leben wir in guten Verhältnissen, so werden wir anspruchsvoller, und uns kann nicht mehr zufrieden stellen, was einen Menschen aus armen Verhältnissen noch glücklich macht. Durchschnittlich sind wir nicht zufriedener oder unzufriedener als dieser. Für das Gehirn ist es nur wichtig, dass wir in Entscheidungssituationen den besseren Weg wählen. Es ist nicht notwendig, dass wir, wenn wir in schlechten Verhältnissen leben, rund um die Uhr leiden. Wichtig ist nur, dass wir die Chance ergreifen unsere Situation zu verbessern, wenn sie sich bietet. Dieses Regulativ kann am ehesten erreicht werden, indem das Gehirn alle Werte über längere Zeit hinweg am Durchschnitt adaptiert.

Dazu braucht es keine neuen Regeln. Adaption haben wir bereits kennengelernt. Ich möchte an dieser Stelle nur darauf hinweisen, dass sie auch im Bereich der Bedürfnisreize gilt. Sie sorgt dafür, dass immer die volle Skala der Aktivierung und der Hemmung zur Steuerung genützt wird.

Vorstellung der Zukunft und der Vergangenheit

Unsere Vorstellungen können in die Zukunft, aber auch in die Vergangenheit schweifen. Was diese beiden Richtungen unterscheidet ist meines Erachtens zunächst einmal die Quelle. Bedürfnisse wecken, wie eben besprochen, vergangene Erinnerungen, Sinnesreize wecken Zukunftsvorstellungen. Allerdings ist das nicht ganz so klar, denn unser Bewusstsein hat gar keine klare Definition von der Zeit einer Vorstellung. Die Zeit einer Vorstellung ergibt sich aus deren Anbindung an andere Vorstellungen. Zukunft und Vergangenheit trennen somit meines Erachtens nichts weiter als Details. Wenn ich an einen bestimmten Arbeitstag aus der Vergangenheit denke, dann ist er durch Vorfälle gekennzeichnet, die an anderen Arbeitstagen nicht stattfanden. Denke ich an den morgigen Arbeitstag, so kennzeichnen ihn die gerade laufenden Projekte. Denke ich an einen Arbeitstag vor einem Jahr, oder in einem Jahr, so fehlen mir die Detailinformationen, und mein Bild von diesen Tagen ist exakt gleich. Es ist eigentlich nichts zeitliches in der Vorstellung, das diese Bilder unterscheidbar machen würde.

Datenkomprimierung im Gehirn entsteht dadurch, dass räumlich oder zeitlich Wiederholtes durch Mehrfachverwendung der gleichen gespeicherten Information dargestellt wird. Ich greife also in beiden Fällen auf die gleiche Vorstellung zurück. Nur wenn ich etwas als zukünftig erreichbares Ziel erlebe, rutscht die Vorstellung auf einmal von der Vergangenheit in die Zukunft.

Aussagenlogik

Um alle Zusammenhänge der Welt repräsentieren zu können, muss der Zukunftsbaum verschiedene Verbindungen zulassen. Die Aussagenlogik, ein Teilbereich der Philosophie, hat eine Liste von fünf Verbindungsarten hervorgebracht, um jeden beliebigen logischen Zusammenhang darstellen zu können (Liessmann, Zenaty 1992, S.45)

Und nicht zeitdefinierte Verbindung

Wenn dann Zeitdefinierte Verbindung (Nacheinander)

Nicht Hemmende Verbindung

Oder auch Ich kann so, oder auch so Handeln (Verzweigung)

Entweder oder Es kann diese oder jene Zukunft eintreten (Verzweigung)

Genaugenommen muss also zwischen den beiden Arten von Oder-Verzweigungen unterschieden werden. Zukunftsverzweigungen, die auf unser Verhalten zurückgehen, sind entweder-oder-Verzweigungen. Dort siegt das stärkere Rücklaufsignal. Das stärkere und nähere Bedürfnis macht das Rennen. Ich muss durch Denkprozesse entscheiden, ob ich entweder so, oder so handeln will. Demgegenüber sind oder-auch-Verzweigungen solche, die zwei mögliche Zukünfte repräsentieren, die ohne mein Zutun alternativ eintreten könnten. Dabei wird ein Durchschnitt der Rücklaufsignale gebildet, denn ich habe nicht die Macht bestimmen zu können, welche der Zukünfte mich erwartet, also wird ein Durchschnitt beider Zukünfte mein Verhalten bestimmen. Läuft an einer solchen Verzweigung ein hemmendes Signal mit einem aktiven zusammen, so hebt es dessen Aktivität auf. Es wird dann wenig Motivation geben, an diese Verzweigung des Zukunftsbaumes zu gelangen, obwohl ein starkes Signal beteiligt war; denn das hemmende beteiligte Signal besagt, dass mich diese Zukunft genauso gut ins Verderben führen kann. Allerdings können solche Verzweigungen in einer Richtung stärker ausfallen, wir erwarten dann eher die eine, als die andere Zukunft. Dann muss auch das Gewicht der rücklaufenden Signale unterschiedlich stark zählen.

Klarer ausgedrückt: An Verzweigungen des Zukunftsbaumes wo wir durch unser Handeln über unsere Zukunft entscheiden können (entweder oder) siegt das stärkere Rücklaufsignal. An Verzweigungen wo wir dies nicht können, und nicht genau wissen welche der beiden möglichen Zukünfte uns erwartet (oder auch), wird ein Durchschnitt der beiden Rücklaufsignale gebildet, und beide Wege bleiben offen, bis neue Wahrnehmungen uns zeigen welchen Weg die Dinge gehen werden.

Handlungen automatisieren (unbewusst erledigen)

Verzweigungen von Zukunftsprognosen wurden nicht zu einem Zeitpunkt erlernt, sondern nacheinander, erst der eine Weg, dann der zweite Weg. Das heißt, erst wurde eine bestimmte Erfahrung gemacht, doch ein andermal hat die Sache zwar gleich begonnen, aber anders geendet. Ein Voraussagefehler entstand, eine Chunkzelle wurde gegründet, und eine Abzweigung zur neuen Situation angelegt.

Was aber, wenn eine Verzweigung verfällt, weil immer der eine, nie der andere Weg gewählt wird? Dann ist keine bewusste Entscheidungsfindung mehr von Nöten, weil es ohnehin nur einen möglichen Weg gibt. So entsteht eine automatisierte Handlung, die wir unbewusst durchzuführen vermögen. Unser Bewusstsein brauchen wir nämlich nur, wo Entscheidungen zu fällen sind, die aus Zielvorstellungen hervorgehen.

Regeln für geistige Bedürfnisse und kreatives Verhalten

Damit komme ich zum letzten Kapitel des Modells. Ziel dieser Arbeit ist es ja, zu zeigen, dass in allen Bereichen des Erkenntnisgewinns die selben Regeln gelten, und es möglich ist, eine Gehirnstruktur zu schaffen, die lernen kann Verschiedenstes zu verarbeiten. Dem Phänomen der Aufmerksamkeit kommt dabei besondere Bedeutung zu.

Aufmerksamkeit und das Bindungsproblem

Geistige Aufmerksamkeit versus Abwesenheit ist ein Phänomen, das es in allen Bereichen des Erkenntnisgewinns gibt. Um es zu verstehen, müssen wir nun begreifen, dass die verschiedenen Prozesse, die ich bisher besprochen habe (Verbindungsfindung, Abziehbildsignalflusses, Zeiterwartung und Verhaltenskontrolle) alle auf dem gleichen Prinzip beruhen. Überall gab es einen Sollwert = Voraussage, und eine Abweichung = falsche Voraussage. Immer ging von dieser Abweichung ein Signal aus.

Aber was geschah nun auf einen solchen Voraussagefehler? Da war die Rede vom Signalrückfluss zum Zwecke der Verbindungsabnabelung, aber auch von der Weitergabe nach oben und der Bildung einer Chunkzelle. Unter dem Stichwort „Abziehbildsignalfluss“ war die Rede vom Abfluss der Signale, beginnend beim Voraussagefehler. Bei der Zeitwahrnehmung war die Rede von der Unterdrückung vorausgesagter Signale. Die Frage ist also: Wie erhalten wir ein einheitliches Modell? Was ist nun die Reaktion auf den Voraussagefehler?

Es ist naheliegend, dass wenn wir die Reaktion auf Voraussagefehler definieren können, damit auch die Aufmerksamkeit definiert ist, denn nichts erregt unsere Aufmerksamkeit mehr, als das Unerwartete (Sperling 1998, Stangl 2002 Link). Aufmerksamkeit ist die Grundlage seriellen Denkens. Wir denken alles nacheinander, in der Reihenfolge, in der es unsere Aufmerksamkeit erregt. Um zu erklären, wie es zur Serialität des Denkens kommt, hat das Modell angenommen, dass von den Vorstellungen jene stärkste siegt, die abgenabelt werden kann.

In der visuellen Wahrnehmung gibt es auch Aufmerksamkeit. Bei der Zeitcodierung der örtlichen Position von Punktanordnungen haben wir auch besprochen welche Verbindungen sich durchsetzen. Aber von einer Serialität kann man da noch nicht sprechen. Wie wir an uns selbst beobachten können, können wir unsere Aufmerksamkeit nur auf ein Objekt zu einem Zeitpunkt lenken. Wie kommt es zu dieser Serialität in der visuellen Wahrnehmung?

Es scheint unmöglich, ein solches Nacheinander zu modellieren, wenn wir annehmen, dass jeder Voraussagefehler sowohl zu einer Weitergabe des Signals an die nächste Ebene, als auch zu einem Rückfluss der Signale innerhalb der Ebene, durch den Abziehbildsignalfluss führt. Bei jedem Voraussagefehler würden sich die Signale verzweigen und so nie zu einem Strang verschmelzen, wie es das serielle Denken verlangt.

Aber genaugenommen sind Signale, welche auf der nächsten Ebene miteinander verbunden, und auf diese Weise vorausgesagt werden können, ja gar keine Voraussagefehler!! Sie dürfen daher auch auf der vorhergehenden Ebene nicht zum Abziehbildsignalfluss führen, zumindest vorläufig noch nicht! Vielmehr werden sie von Ebene zu Ebene weitergegeben, bis ein Teil von ihnen in der Hierarchie der Verschaltungen so weit nach oben gelangt ist, dass keine Voraussage mehr möglich ist. Dort erst, wo noch keine geeignete Chunkzelle gebildet ist, bzw. diese noch nicht verschalten werden konnte, dort erst entsteht der Voraussagefehler. Dort entspringt der Impuls unserer Aufmerksamkeit. Nun fließt das Signal über alle Ebenen zurück. Erst jetzt kommt es auf den Ebenen zum Abziehbildsignalfluss. Wenn es an derzeit aktiven Sinneszellen anlangt, aktiviert es diese. Die Wirkung der Aufmerksamkeit bis hinab auf die primäre Sehrinde ist bereist durch Experimente belegt (Abo-Ticker 1999.05.07, Abo-Ticker 2001.02.26 Link).

Ein Objekt führt zu Redundanzketten in seiner Fläche, es führt aber eine Ebene höher auch zu Redundanzketten entlang seiner Konturen. Es gibt eine stärkere Verbindung zwischen Konturen gleicher Farbe, gleicher Bewegung, gleicher Entfernung. All diese Ketten bilden eigene Ebenen (Quasiebenen), aber all diese Ebenen stehen auch miteinander in Verbindung, da sie alle, wenn auch über Umwege, von den Zellen der Netzhaut gespeist werden. Die rückfließenden Signale durchsteigen alle diese Ebenen. Der Abziehbildsignalfluss führt dazu, dass die Signale auf allen Ebenen fast gleichzeitig im Objektzentrum ankommen. Alle Signale verlaufen also synchron. Das Modell erklärt damit wie es dazu kommen kann, dass Neuronen, die zum Reaktionsbild eines Objektes gehören, dem wir Aufmerksamkeit schenken, alle synchron zu pulsen beginnen. (Studie auf Abo-Ticker 2000.03.16 Link)

Die Länge der Fließsignale und ihr Ort, das heißt die Ebene, auf der sie sich bilden, beschreiben die visuellen Eigenschaften des Objektes. Diese werden nun zeitlich verarbeitet. Ist das Objekt schon länger im Blickfeld, so sind die zeitlichen Codes, die es vermittelt bekannt, und es ergeht ein hemmendes Signal durch das gesamte Netz der Redundanzketten zurück. Das Objekt ist damit deaktiviert.

Kommt jedoch ein neues Objekt in unser Blickfeld, z.B eine herbeilaufende Katze, so erregt sie unsere Aufmerksamkeit, weil sie zu neuen Redundanzketten und neuen Zeitcodes führt, also zu Voraussagefehlern. Das Neue kann isoliert betrachtet werden, da das Alte bereits deaktiviert ist. Das bedeutet, es funkt keine fremde Information dazwischen. Damit führt uns das Modell der Aufmerksamkeit zur Lösung des nächsten Problems:

Trennung von Figur und Grund

Das Modell der Aufmerksamkeit bietet aber nicht nur eine Erklärung dafür, wie durch Redundanzketten alle Reize, die ein Objekt ausmachen, zusammengehalten werden können (Bindungsproblem Abo-Ticker 2000.06.13, Hardcastle 2002 Link), es bietet damit auch eine Erklärung für die Trennung von Figur und Grund. Eine Figur bildet einen Redundanzbereich, der durchflossen werden kann. Ist die Figur abgeschaltet, so kann der Grund ungehindert durchflossen werden. Die Figur steht dem Signalfluss nicht mehr im Weg. Die Signale können nun den gesamten Grund durchfließen. Die abgeschalteten Flächen, wo einst die vordergründige Figur aktiv war, gelten nun einfach als Lücken zwischen aktiven Bereichen des Hintergrundes. Es sind Lücken, die selbst keine Aktivität haben, also nichts Sichtbares vermitteln. Durch den Signalfluss über diese Lücken hinweg, werden die Formen des Hintergrundes ungehindert verarbeitet. Nun ist dessen Form erkennbar. Oft wird der Grund in sich auch wieder eine Figur bilden. So können auch Überschneidungen von Objekten verarbeitet werden.

Eine weitere Hilfe zur Trennung von Figur und Grund, bietet die Entfernungswahrnehmung. Auch hier gilt: Nahes wird zuerst behandelt. Ist es erkannt, und abgeschaltet, so kann der Hintergrund verarbeitet werden.

Der Lerntrieb bzw. ästhetische Trieb

Die Aufmerksamkeit wird also immer auf den am stärksten komprimierbaren Aspekt gelenkt, weil von dort die stärksten Signale ausgehen, wie im obigen Beispiel der Kreis. Letztlich werden aber die unerwartetsten Aspekte innerhalb einer Wahrnehmung am längsten verarbeitet, weil sie nicht abgeschaltet werden können. Die Voraussagefehler führen also zu aktivierenden, die Voraussagen zu deaktivierenden Rückflusssignalen.

Die aktivierenden Rückflüsse der Voraussagefehler gleichen dem Rückflusssignal, welches im Zukunftsbaum den Weg isolierte, der dann unser Handeln lenkte. Aber wenn es sich dort um die selbe Art von Signalen handelt, müssen dann nicht auch die hier entstehenden Rückflusssignale einen Weg isolieren, der sobald motorische Zellen dem Weg liegen, eine Handlungsanweisung darstellt? Zwar entspringt das Rückflusssignal in diesem Fall nicht dem Lustzentrum, aber es bleibt doch ein Rückflusssignal.

Welchen Ursprung hat es nun eigentlich? Es entsteht an den Voraussageenden, dort also, wo nach neuen Lernverbindungen gesucht wird. Tatsächlich haben wir, wie ich im Folgenden zeigen werde, damit schon den Lerntrieb definiert. Das Rückflusssignal, welches zur Verbindungsfindung notwendig ist, kann, wenn es über die Startzellen in ältere Ebenen vordringt, also die Verbindungen zeitlich zurückläuft, einen Verhaltensweg isolieren, also als Bedürfnis wirken.

Was ich hier annehme ist also eine enge Verwandtschaft zwischen den Mechanismen, die Aufmerksamkeit auslösen, und jenen, die Handlungen verursachen. Der Unterschied liegt nur darin, dass bei zweiteren motorische Neuronen beteiligt sind. Ich bin nicht der erste, der eine solche Gleichartigkeit der Mechanismen annimmt (Siehe Artikel von Balkenius 2000 Link).

Um mich verständlich zu machen, will ich mit den Überlegungen noch einmal etwas weiter vorne beginnen: Erinnern wir uns an das grafisch dargestellte Beispiel mit Evas blauen und Karls großen Augen. Wir haben festgestellt, dass neue Verbindungen nur gebildet werden, wenn Voraussagen fehlschlagen, denn solange alles vorausgesagt werden kann, ist Lernen blockiert (Macho 1999). Verläuft also alles um uns herum wie gewohnt, so werden die Erwartungen, die in unserem Gehirn entstehen, immer bestätigt. Erst wenn eine Erwartung nicht bestätigt wird, wird eine neue Chunkzelle gebildet, die die neue Situation repräsentiert. Da diese neue Situation ja in Zukunft auch vorausgesagt werden soll, versucht diese neue Chunkzelle Verbindungen zu knüpfen. Sie sendet Kämmsignale aus und nimmt mit anderen aktiven Zellen Kontakt auf. Von dem Kontaktpunkt ausgehend fließt ein Signal zurück, um die Verbindung abzunabeln.

Bei der Besprechung des Phänomens „Aufmerksamkeit“ sind wir davon ausgegangen, dass dieses Rücklaufsignal nicht nur bis zur Chunkzelle fließt, sondern weiter, über bereits vorhandene Verbindungen, auch auf tiefere Ebenen zurückfließt, und dort Aufmerksamkeit bewirkt. Was ist aber, wenn die Redundanzketten zeitlicher Natur sind? Dann fließt das Signal gegen den Zeitstrom, bis es sich durch Verbindungswiderstände verliert, oder aber über Umwege wieder bei gegenwärtig aktiven Sinneszellen landet. In diesem Fall kann von der gegenwärtigen Reizsituation ein Weg in eine Zukunft angestrebt werden, die wieder zu den erkannten Zusammenhängen führen müsste. Die Zusammenhänge können dann in dieser Zukunft noch einmal erlebt, und somit überprüft werden.

Wenn das Rücklaufsignal von den gegenwärtigen Sinnesreizen in die Vergangenheit laufen kann, bis es sich aufgrund der Wiederstände der Leitungen verliert, was unterscheidet dann noch Wahrnehmung von Vorstellung. Antwort: Wahrnehmung bedarf, genauso wie motorische Aktivität, zusätzlich noch des Echtzeit-Erwartungssignals. Dieses ist nur bei gegenwärtig vorhandenen Reizen gegeben.

Was ist nun der Effekt von einem Rücklaufsignal über die Gegenwart hinaus in die Vergangenheit? Diese Rücklaufsignal wird, sofern es nicht von einem stärkeren überschrieben wird, unsere Aufmerksamkeit und unser Verhalten dahin lenken, dass wir noch einmal die neue Situation betrachten, bzw die davor vollführten Handlungen noch einmal setzen.

Die Handlungen bringen uns also wieder in die eben erlebte Situation, und dabei können die neu entstandenen Verbindungen gleich überprüft werden. Bestätigen sie sich nicht, so entsteht wieder ein Voraussagefehler, wieder eine Chunkzelle, die wieder neue Verbindungen aufbaut, wobei wieder Rücklaufsignale entstehen. Der Prozess startet so oft von vorne, bis entweder ein gültiger neuer Zusammenhang erkannt ist, oder Adaptionsprozesse die Reizschwelle der beteiligten Zellen so weit hinaufgesetzt haben, dass die Lernversuche zum Stillstand kommen. An Kleinkindern ist die Tendenz zum Lernen durch Wiederholung gut zu beobachten. Man denke nur an das Spiel: Dose auf, Ding hinein, Dose zu. Dann wieder auf, Ding heraus, Dose zu, und alles von vorne…

Die Vermutung, dass Aufmerksamkeit und der Erwerb von Körperkontrolle dem selben Mechanismus entspringt, dass ihnen also ein allgemeiner Lerntrieb zugrundeliegt, ist relativ neu (Balkenius 2002 Link).

Die Notwendigkeit des Lerntriebes für den Erwerb der Bewegungskontolle

Es ist gewiss so, dass ein Baby noch kaum eines seiner körperlichen Bedürfnisse selbst erfüllen kann. Deshalb kommen diese für seine Aktivitäten als Auslöser nicht in Frage. Der Hauptauslöser liegt somit beim Lerntrieb. Erst wenn das Baby genug Einblick in die Welt erworben hat, und Voraussageverbindungen zu den körperlichen Sollwerten entstanden sind, können diese wirksam werden. Damit es soweit kommt, muss erst einmal der Lerntrieb in Kraft treten (vgl. WSA 2002.11.29 Link).

Genaugenommen dürfte das Lernen durch Wiederholung schon beim Embryo beginnen, also schon zu einer Zeit, wo sich das Gehirn entwickelt. Es ist anzunehmen, dass bereits ein Embryo lernt, seine Bewegungen ein wenig zu kontrollieren. Der Prozess beginnt damit, dass Verbindungen geschaffen werden, wenn Reize oftmals zeitgleich aktiv sind. Zum Beispiel die motorischen Zellen, die ein Bein bewegen, und die Gelenkssensoren, die die Bewegung des Beines rückmelden. Nehmen wir an, die Verbindung startet bei abgewinkeltem Gelenk und vollem Signal des Gelenksensors, und führt zu einem Ausstrecken des Beines und damit verstummen des Gelenksensors. Die Regel lautet also: Je mehr Aktivität zu den Muskeln kommt, desto weniger meldet der Gelenksensor. Die motorische Zelle wird mit der „Anti-Gelenksensorzelle“ eine Verbindung eingehen. (Wir erinnern uns, dass es im System zu jeder Zelle eine Anti-Zelle gibt, die verkehrt herum reagiert)

Wenn es irgendwann wieder zu einem abgewinkelten Bein kommt, ist die Ausgangsbedingung da, um die Bewegung wiederholen zu können. Heißt das, das System muss warten, bis es zufällig wieder zur Ausgangssituation kommt? Nein! Nicht wenn es schon über ausreichende Erfahrung verfügt. Dann kann das beschriebene Rücklaufsignal von der neuen Lernerfahrung über die Verknüpfungen zurücklaufen, bis es auf eine Situation stößt, die der Gegenwart (nach der Lernerfahrung) entspricht. Von dort können Handlungen gesetzt werden, die wieder in die Situation führen, die vor der Lernerfahrung geherrscht hat. Dann kann die Lernerfahrung wiederholt werden. In unserem Fall könnte also das Bein wieder abgewinkelt werden. Ist sowohl das Abwinkeln als auch das Strecken des Beines ansatzweise erlernt, so wird der Embryo zu strampeln beginnen, bis beide Bewegungen im Gehirn richtig stabil verknüpft sind, und jeweils eine eigene Chunkzelle gebildet haben. Auf diese Weise erlernt er Bewegungskontrolle.

Ausgangspunkt war also das Rücklaufsignal, das bei der Verbindungsfindung entsteht. Es ist nicht durch eine Sollwertabweichung eines Bedürfnisses gebildet, sondern es ist ein, für Lernprozesse notwendiges Rücklaufsignal. Aber es kann als Handlungsauslöser fungieren. Dann sprechen wir vom Spiel- bzw. Lerntrieb. Allerdings ist dieser nicht so stark wie die körperlichen Bedürfnisse. Kommen die stärkeren Rücklaufsignale aus dem Lustzentrum dazwischen, so werden die schwächeren des Lerntriebes überschrieben. Das freie Spiel, mit dem Kinder die Welt kennenlernen, ist also am ehesten zu beobachten, wenn es ihnen gerade sonst an nichts fehlt, also kein körperliches Bedürfnis zu aktiv ist.

Der Lerntrieb dient also dazu, das Gehirn anzuhalten, erst einmal möglichst viele Informationen über die Welt zu sammeln, in der Hoffnung, diese Wissen später einsetzen zu können, um Bedürfnisse zielgerichtet befriedigen zu können. Aber nach welchen Kriterien können die Informationen gesammelt werden, solange noch keine Bedürfnisse im Spiel sind? Zunächst nach dem Kriterium der Komprimierbarkeit, denn es kann eine größere Menge an Information abgespeichert werden, wenn sie komprimiert in den Speicher kommt. Zweitens nach der Wiederholbarkeit, also Gültigkeit. Mit einer Information, die ich gleich überprüfen kann, passiert es mir nicht, dass sie lange Zeit wertvollen Speicherplatz besetzt, und sich letztlich als falsch herausstellt.

Beide Kriterien sind im Lerntrieb automatisch inkludiert. Die Komprimierung aller Informationen entsteht durch die Verknüpfungshierarchie bereits vorhandener Chunks, und die Überprüfung neuer Informationen entsteht durch die Tendenz zur Wiederholung, da das Rücklaufsignal, welches beim Voraussagefehler startet, die davor aufgetretenen Handlungen noch einmal aktiviert, bis Voraussage erlernt wird.

Kreativität. Ausprobieren neuer Handlungen

Der Leser wird vielleicht verblüfft sein, wenn ich nun, da das Modell fast fertig ist, feststelle, dass es in seiner jetzigen Form noch überhaupt nichts leisten würde. Ein Baby kann nämlich keine Handlungen erwerben ohne Ausprobieren. Das blieb bisher ungelöst.

Unser System beobachtet also die Abläufe der Welt, und versucht sie vorauszusagen. Auch die Kontrolle des Verhaltens erfolgt auf diese Weise. Es beobachtet, welche Bewegungen aus der Aktivität bestimmter motorischer Zellen (die ihre Signale an die Muskeln leiten) hervorgehen, und versucht diese Bewegungen vorauszusagen. Auch die Konsequenzen der Bewegungen werden vorausgesagt, und so kann das System in Zukunft zielgerichtete Handlungen setzen.

Aber damit es lernen kann vorauszusagen, welche motorische Zellgruppe welche Bewegung auslöst, muss die Bewegung erst einmal beobachtet werden. Es müssen Bewegungen ausprobiert werden. Nur durch Versuch und Auswahl können die ersten Schritte des Bewegungslernens erworben werden. Mutation und Selektion wurden von vielen Wissenschaftern als die Prinzipien schlechthin dargestellt, die der Entwicklung des Gehirns zugrundeliegen (Edelmann 1993 S.28f, Calvin 1993). Aber inzwischen hat sich gezeigt, dass ohne statistische Prinzipien, die zu einer inneren Welt mit Voraussicht führen, nicht viel erreichbar ist. Die Differenz zwischen den beiden Methoden hat Marken (2000) sehr schön mit einem Wegfindungsspiel veranschaulicht.

Aber woher kommt nun der nötige Impuls für die ersten Bewegungen? Da ja noch kein Ziel da ist, kann der dazu nötige Impuls nur nach dem Zufallsprinzip gesetzt werden. Unser System muss sich also erst einmal chaotisch verhalten, bevor Kontrolle erlernt werden kann. Das ist ja auch an den chaotischen Bewegungen eines Embryos zu beobachten. Woher kommt nun der nötige Zufall. Aus meiner Sicht gibt es dafür eine klare Quelle. Er kommt aus dem, jedem System eigenen, Hintergrundrauschen.

Ich stelle mir vor, die Zellen sind im Ursprung zufallsaktiv, wobei die Durchschnittliche Aktivität sich ähnlich verhält wie das Rauschen eines Fernsehers ohne Empfang, oder eines lautgedrehten Verstärkers ohne Input. Dazu braucht es keine neue Regel. Adaption sorgt dafür, dass Zellen in ihrer Sensitivität maximal „lautgestellt“ sind, solange sie noch keine Reizerfahrungen gemacht haben. Dieses „graue“ Rauschen, wird mit zunehmender Lernerfahrung gehemmt oder aktiviert, so dass sich, nach den Konditionierungsregeln, die erhöhte oder verminderte Bereitschaft der Zellen ergibt, zu Feuern.

Das Rauschen hat noch eine Funktion. Zellen können zu einem Zeitpunkt ja nur entweder feuern oder schweigen. Das Rauschen dient, wie ein Raster dazu, dieses Entweder- Oder aufzuteilen in ein Mehr, oder Weniger. Rauschen vermindert also nicht die Leistung des Systems, sondern erhöht sie sogar. Dies will ich mit folgender Grafik verständlich machen:

Stellen wir uns einen ganz kurzen Zeitpunkt vor. Zellen der Netzhaut können innerhalb dieses Zeitraums nur zwei Zustände einnehmen. Entweder sie senden gerade einen Impuls, oder eben nicht. Ein dazwischen gibt es nichts. Das Bild von mir, würde dann so dargestellt, wie wenn ich es mit einem Schwellenwert behandle.

Stellen wir uns nun vor, das Originalbild ist stark verrauscht, und führen wir dann noch einmal den Schwellenwert durch. Wir sehen, dass in diesem Fall durch das Rauschen ein viel informationsreicheres Endergebnis entstanden ist. Dass Signalrauschen die Wahrnehmung unterstützt, legen auch neurologische Studien nahe (WSA 2002.05.24 Link).

Was das Zusammenspiel von Zelle und Antizelle betrifft, so kann man sich das mit dem Zufallsrauschen folgendermaßen vorstellen: Eine nicht verschaltete Zelle weist Zufallsrauschen auf. Grundlage des Rauschens ist die maximale Taktfrequenz. Das Rauschen weist mittleres Grau auf, also durchschnittlich halbe Taktfrequenz. Rauschen ist für die bayesianische Statistik durchschnittlich nicht von Bedeutung, weil zwischen rauschenden Zellen ebensooft Löschungen wie Verbindungen gebildet werden. Die Antizelle rauscht mit, aber sie reagiert jeweils negativ zur Zelle. Eine Aktivierung entsteht, indem Aktivität von der Antizelle in die Zelle verlagert wird. Aktivität wird also nicht gebildet, sondern nur verschoben.

Ich vermute, dass ein System machbar ist, in dem das, Rauschen, also die ungeordnete Energieform, keinen Energieverbrauch kostet. Die Verlagerung würde dann aber sehr wohl etwas Energie kosten, denn es entsteht ja ein Mehr an Ordnung, und Ordnung kostet Energie.

Die hier dargestellte Idee, dass dem Gehirn das Hintergrundrauschen als Kreativitätspotential dienen könnte, gilt inzwischen fast schon als bestätigt. Dopamin und Noradrenalin werden im Gehirn ausgeschüttet werden, um das Signal/Rauschverhältnis sinnvoll zu modulieren (Spitzer S. 289-315 Link). Entspannung, und damit einhergehendes höheres Rauschen, führt zu mehr kreativem Potential.

Das Verhältnis von „Außenwelt“ zu „Innenwelt“

Es mag so scheinen, als wäre dieses Herumprobieren, das unserem Bewegungslernen zugrundeliegt, ein äußerst uneffektives Verfahren, um Erkenntnisse zu gewinnen. Tatsächlich ist es aber so, dass wir kaum eine neue Handlung setzen können, ohne etwas Wesentliches zu lernen, denn jeder neue Umgang mit Objekten bringt neue Objekteigenschaften zutage. Was immer wir mit einem Objekt machen, offenbart Informationen, an denen wir später Objekte erkennen können. Werfen wir ein Ding in das Wasser, so erfahren wir etwas über seine Löslichkeit. Stoßen wir Dinge aneinander, so hören wir ihren Klang. Schmeißen wir sie, so erfahren wir deren Zerbrechlichkeit. Durch weitere Handlungen können Eigenschaften wie Wärmeleitfähigkeit, Verklebbarkeit, Fettlöslichkeit, elektrische Leitfähigkeit, Durchlässigkeit für verschiedene elektromagnetische Wellen usw. erfahren werden. Die ganze Wissenschaft baut darauf auf, ständig neue Handlungen zu erfinden, deren Ausgang im vorhinein noch nicht klar sein kann. Ohne solche Spielerei hätten wir nicht viel Wissen über die Welt. Neue Eigenschaften sind immer Grundlage für neue Entwicklungen, vom Klebstoff bis zum Röntgengerät. Jeder Qualität, die wir von einem Objekt kennen, liegt ein Verfahren zugrunde, das wir spielerisch erfunden haben. Die Qualitäten sind sogesehen unsere Erfindung.

Natürlich gibt es auch einige Eigenschaften, wie zum Beispiel die Lichtrefflexionsfähigkeit von Objekten, auf die wir die Objekte mit unseren angeborenen Sinnen untersuchen, in dem Fall dem Auge. Aber auch diese Sinne sind „spielerisch“ durch Zufall, also durch Mutationen erlernt worden, allerdings nicht von uns, sondern evolutionsgeschichtlich von unseren tierischen Vorgängern. Auch die phylogenetische Entwicklung unterliegt den Gesetzen des Erkenntniserwerbs.

Eigenschaften bestehen immer aus den zwei Komponenten Qualität und Quantität. Ich kenne keinen Philosophen, der erklärt hätte, wie sie zustande kommen, weil sie eben nicht logisch zu erklären sind. Es ist unser spielerisches Zutun, das die Qualität erfindet. Die Natur vermittelt uns nur die Quantität in der eine Qualität auf ein Objekt zutrifft. In der Außenwelt, jenseits von uns, gibt es sogesehen nur Quantiäten, also Quanten.

Ich will die Sache mit dem Zufall, dem Rauschen, der Mutation bzw. der Spielerei (wie immer wir es nennen wollen) damit abschließen. Es sind ja bereits neuronale Netze bekannt, die auf Zufall und Auswahl (Mutation und Selektion) beruhen (Edelmann 1993, S.387 Link). Die letzten Ausführungen sollten nur zeigen, dass diese Idee durchaus, ohne wesentliche Schwierigkeiten, mit dem hier dargestellten Modell vereinbar ist, ja sogar vereint werden muss, um kreatives Verhalten zu erklären. Damit sind alle mir bekannten Problemstellungen eines selbstlernenden Systems ansatzweise gelöst. Das Modell ist im Prinzip fertig! Es folgt eine Zusammenfassung der Regeln und die Anwendung auf die Sehrinde.