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ESSAY

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Falkenburg, Brigitte: Wieviel erklärt uns die Hirnforschung? Über Naturverständnis und Menschenbild

aus Heft 1/2012

Drei plausible Thesen, die sich nicht vertragen

Die Philosophie des Geistes stellt uns vor ein Trilemma. Sie weist darauf hin, dass wir gern jede der drei folgenden Thesen unterschreiben würden:

(V) Radikale Verschiedenheit: Mentale Phänomene, also die geistigen Zustände, Prozesse, oder Ereignisse, die wir erleben, sind nicht physisch. D. h. sie sind strikt verschieden von allen physischen Phänomenen.

(W) Mentale Wirksamkeit: Mentale Phänomene können physische Phänomene verursachen, d. h. unsere bewussten Absichten können Handlungen unseres Körpers in der Außenwelt bewirken.

(K) Kausale Geschlossenheit: Der Bereich der physischen Phänomene ist kausal geschlossen, d. h. physische Zustände, Prozesse und Ereignisse haben nur physische, aber keine nicht-physischen Ursachen.

Die These (V) der radikalen Verschiedenheit hält fest, dass wir geistige Phänomene völlig anders erleben als alle Erscheinungen der physischen Welt einschließlich unseres eigenen Körpers, was bereits Descartes aufgefallen war. Die These (W) der mentalen Wirksamkeit drückt unsere Erfahrung aus, dass wir, wenn wir handeln, also physisch in die Welt eingreifen, nicht nur passiv und unbewusst auf die Umgebung reagieren, sondern auch aktiv aus freiem Willen tätig werden können; dabei setzen wir mentale Entschlüsse in körperliche Aktivitäten um. Die These (K) der kausalen Geschlossenheit drückt die rationale Überzeugung aus, dass alles in der Welt mit rechten Dingen zugeht; sie besagt, dass alles, was in der physischen Welt, der Natur, geschieht, natürliche und keine außernatürlichen Ursachen hat.

Je zwei dieser Thesen sind mit der jeweils dritten unvereinbar. Die physische Welt kann nicht kausal geschlossen sein, wenn unser Geist auf körperliche Phänomene einwirken kann, von denen er strikt verschieden ist. Doch wenn die physische Welt kausal geschlossen ist, so können mentale Phänomene entweder gar nicht auf physische Phänomene einwirken, oder aber sie können nicht radikal verschieden von ihnen sein. Also: Wenn wir verstehen wollen, wie der Geist in die Welt eingreifen kann, müssen wir eine der drei Thesen fallen lassen, um uns nicht in Widersprüche zu verwickeln. Aber welche?

Viele Philosophen neigen heute dazu, angesichts der Erfolge der Hirnforschung die Thesen (V) und (W) aufzugeben bzw. sie im Sinne eines reduktionistischen und naturalistischen Weltbilds zu relativieren. In Bezug auf die menschliche Freiheit unterstellen viele Philosophen den Kompatibilismus, nach dem Determinismus und Freiheit miteinander vereinbar sein sollen. Die inhaltliche Auseinandersetzung mit den Ergebnissen der Hirnforschung bleibt ihnen so erspart.

Dagegen ist es um die wissenschaftsphilosophische Auseinandersetzung mit der Hirnforschung höchst kümmerlich bestellt: Außer Peter Janichs kulturalistischer Wissenschaftskritik und der Sprachkritik des Neurowissenschaftlers Max Bennett und des Wittgenstein-Experten Peter Hacker gibt es bisher nichts. Doch wer sich der Mühe unterzieht, die Methoden, Ergebnisse und Erklärungen der Hirnforschung wissenschaftstheoretisch zu analysieren, gewinnt eine völlig andere Sicht der obigen drei Thesen als sie derzeit in der Philosophie üblich ist.

 

 


Die Methoden der Hirnforschung

Physiker, Chemiker, Biologen oder Hirnforscher gehen immer in zwei Richtungen vor: analytisch oder top-down – vom Ganzen zu den Teilen, von den Wirkungen zu den Ursachen; und umgekehrt synthetisch oder bottom-up – von den Teilen zum Ganzen, von den Ursachen zu den Wirkungen. Die Forschung zielt darauf, das Ganze möglichst vollständig aus den Teilen zu erklären und die Wirkungen möglichst lückenlos aus den Ursachen. Der top-down-Ansatz soll den Schluss auf die beste Erklärung der Phänomene ermöglichen, während der bottom-up-Ansatz umgekehrt zeigen soll, wie gut diese Erklärung funktioniert – ob sie die Ausgangsphänomene erklärt und darüber hinaus neue Phänomene vorhersagt. Es ist dies eine moderne Variante der resolutiv-kompositiven Methode Galileis, die Newton und seine Zeitgenossen die Methode der Analysis und Synthesis nannten. In der Chemie ist bis heute von der Analyse und Synthese chemischer Stoffe die Rede, in anderen Gebieten der Naturwissenschaften sprechen die Forscher heute lieber vom top-down- und bottom-up-Vorgehen.

In der Hirnforschung schließt das Vorgehen top-down

- vom Gehirn zu den Neuronen, aus denen es besteht;

- von mentalen Ausfällen zu Hirnschädigungen als ihrer physischen Ursache;

- von der elektrischen Hirnaktivität, die durch Hirnscans sichtbar gemacht wird, zu ihrer elektrochemischen Grundlage, der Signalübermittlung durch chemische Neurotransmitter;

- in Reiz-Reaktions-Experimenten von Reaktionen zu den Reizen, die sie auslösen.

Das Vorgehen bottom-up verfolgt die umgekehrte Richtung:

- es will den Geist vom Gehirn her verstehen;
- es erklärt neuropathologische Symptome von der neuronalen Gehirnaktivität her, um Epilepsie, Parkinson oder Depression durch Gehirnoperationen oder Medikamente zu lindern und die Folgen von Schlaganfällen zu behandeln;

- es erklärt, welche neuronalen Aktivitäten kognitiven Leistungen wie Lernen, Erinnerung oder Mustererkennung zugrunde liegen;

- es löst physische Reize aus und untersucht physische oder mentale Reaktionen.

Das anspruchsvollste bottom-up-Ziel ist zu erklären, wie die feuernden Neurone des Kortex Bewusstsein und Selbstbewusstsein hervorbringen.

Beide Stoßrichtungen der Erklärung haben mereologische und kausale Bedeutung. Die Hirnforscher untersuchen, aus welchen Teilen sich das Gehirn als Ganzes aufbaut (mereologische Bedeutung) und auf welche Ursachen seine mentalen Leistungen zurückgehen (kausale Bedeutung).

Top-down zerlegen sie das Gehirn anatomisch in seine Teile, bis hinab zu den Neuronen, Axonen, Dendriten und Synapsen sowie ihrem zellbiologischen und biochemischen Aufbau. Kausal gehen sie von kognitiven Funktionen oder Dysfunktionen aus und suchen top-down nach deren physischen Ursachen im Gehirn. Darüber hinaus unterwerfen sie die Signalübertragung in den Neuronen der experimentellen Analyse, etwa durch die Messung von Aktionspotentialen und den Nachweis von Neurotransmittern; und sie sehen mit bildgebenden Verfahren in das Gehirn hinein.

Umgekehrt zielt das Vorgehen bottom-up darauf, die kognitiven Leistungen des Gehirns durch tieferstufige und höherstufige neuronale Mechanismen zu erklären. Dies geschieht durch mechanistische Erklärungen, die typischerweise kausale und mereologische Aspekte miteinander verbinden: Sie erklären ein Ganzes vom Zusammenwirken seiner Teile her. Ein Mechanismus hat kausale Komponenten, deren Zusammenspiel erklärt, wie Phänomene einer höheren Organisationsstufe zustande kommen.

Um die Erklärungsleistung der Hirnforschung einordnen zu können, müssen wir verstehen, was mechanistische Erklärungen sind, wie sie sich zu vertrauten Typen wissenschaftlicher Erklärung verhalten und was ihre kausalen Komponenten sind. Und wir müssen klären, was dabei unter „Kausalität“ zu verstehen ist.

Probleme mit der Kausalität

Nach dem üblichen Kausalitätsverständnis sind kausale Prozesse deterministisch und zeitlich gerichtet: Die Wirkung folgt zeitlich sowie auch strikt gesetzmäßig auf die Ursache. Genau dieses Kausalitätsverständnis liegt der obigen These (K) von der kausalen Geschlossenheit der Welt zugrunde. Dieser vorwissenschaftliche Begriff der Kausalität muss präzisiert werden. Doch seine Präzisierung macht Schwierigkeiten. Um die kausalen Aspekte wissenschaftlicher Erklärungen zu erfassen, kommen vier philosophische Kausalitätsauffassungen in Frage:

1. Kants Kausalprinzip: Nach Kant folgt der Verstand seinen eigenen Gesetzen, wenn er nach Ursachen sucht, die notwendig bestimmte Wirkungen nach sich ziehen. Kants Kausalprinzip ist ein methodologisches Prinzip – die Devise, nach den Ursachen gegebener Phänomene zu suchen, die schon Newton in seinen Regeln zur Erforschung der Natur vorgab. Es ist also keine Tatsachenbehauptung, sondern eine Vermutung, die sich die Naturforscher zur Richtschnur machen. Naturwissenschaftler schieben nichts auf Wunder oder göttlichen Eingriff, sondern suchen nur nach den natürlichen Ursachen gegebener physischer Phänomene.

2. Humes Regularitätstheorie: Nach Hume ist es psychologische Gewohnheit, dass wir die Verknüpfung von Ursache und Wirkung als notwendig betrachten. Dabei handelt es sich faktisch nur um Ereignisse, die nach aller bisherigen Erfahrung regelmäßig aufeinander folgen. Diese empiristische Sicht der Kausalität ist in der Philosophie heute hoch im Kurs, weil sie auf metaphysische Annahmen über die Gültigkeit von Naturgesetzen verzichtet, eine hervorragende Grundlage für die kausale Analyse komplexer Bedingungsgefüge bietet und sich bestens mit den probabilistischen Erklärungen verträgt, die in den heutigen Wissenschaften weit verbreitet sind.

3. Die interventionistische Sicht der Kausalität: Sie ist anthropomorph; nach ihr sind wir die Ursache von dem, was wir in der Welt bewirken. Um Experimente zu verstehen, ist sie ein Stück weit hilfreich; doch ihre Generalisierung führt zu einer instrumentalistischen Sicht der Naturwissenschaften, und vom neuzeitlichen Naturverständnis zurück zu den teleologischen Erklärungen von Aristoteles. Dies geht am Selbstverständnis der Naturwissenschaften genauso vorbei wie an den Erklärungserfolgen, die sie außerhalb des Experimentierlabors aufweisen können – von Newtons Erklärung der Planetenbewegungen durch das Gravitationsgesetz bis hin zur Behandlung neurologischer Erkrankungen durch Medikamente, die sich auf die Konzentration der Neurotransmitter im Gehirn auswirken.
Für eine starke These über die faktische kausale Geschlossenheit der Welt taugt offenbar keine dieser drei Auffassungen der Kausalität. (Kontrafaktische Annahmen und eine Semantik möglicher Welten nach David Lewis tun es auch nicht.)

4. Der Verweis auf die Naturgesetze der Physik: Dies ist die philosophische Option der Naturwissenschaftler – und zugleich die einzige Option, die Hoffnung macht, die These der kausalen Geschlossenheit der Welt zu begründen. Auf sie bauen neuronale Deterministen. Doch die Hoffnung ist trügerisch. Die heutige Physik trägt nicht dazu bei, den vorwissenschaftlichen Kausalbegriff klar und eindeutig zu präzisieren. Stattdessen bietet sie mehrere Kausalitätskonzepte an:

(i) Die Entwicklung eines Systems nach strikt deterministischen Gesetzen (klassische Mechanik und Elektrodynamik). Diese Gesetze sind reversibel, zeitlich umkehrbar. Für sie lässt sich die Zeitrichtung nur durch die Wahl der „richtigen“ Anfangs- oder Randbedingungen erzwingen. Dabei fungiert unser Wissen über den Zeitpfeil als unverzichtbares Auswahlkriterium.

(ii) Die irreversiblen Prozesse der Thermodynamik sowie die Quantenprozesse; sie entsprechen dem Zeitpfeil, sind aber letztlich indeterministisch. Die Annahme, dass die Thermodynamik auf der klassischen statistischen Mechanik beruht, führt in bestimmte Paradoxien; und eine Ignoranz-Deutung der Quanten(feld)theorie nach dem Vorbild des Laplaceschen Dämons verpflichtet zu unüberprüfbarer spekulativer Metaphysik (Parallelwelten; oder verborgene Parameter).

(iii) Die Einstein-Kausalität der Speziellen Relativitätstheorie, nach der sich Signale höchstens mit Lichtgeschwindigkeit übertragen. Sie ist zwar mit den nicht-lokalen Korrelationen einer Quantentheorie, etwa den EPR-Korrelationen, verträglich, doch um den Preis, dass diese als akausal gelten.

Am nächsten kommt dem üblichen Kausalitätsverständnis noch der physikalische Vorgang der Signalübertragung: Signale breiten sich deterministisch aus (etwa nach der Elektrodynamik oder der Quantentheorie), aber sie werden in einem irreversiblen Prozess registriert (nach den Gesetzen der Thermodynamik und der Quantentheorie).

Im allgemeinen verlaufen kausale physikalische Prozesse abschnittsweise teils deterministisch und reversibel, teils indeterministisch und irreversibel. Sie werden also durch patchwork-Physik im Sinne von Nancy Cartwright beschrieben. Dasselbe gilt für „höherstufige“ kausale Mechanismen von chemischen Prozessen über die Proteinfaltung bis hin zu den neuronalen Mechanismen, die wir uns jetzt ansehen.

Mechanistische Erklärungen

Die mechanistischen Erklärungen der Naturwissenschaften beruhen nicht auf den deterministischen Gesetzen der Mechanik; der Ausdruck „Mechanismus“ ist insofern irreführend. Das simpelste Beispiel für kausale Mechanismen, wie sie die Naturwissenschaftler in ihren wissenschaftlichen Erklärungen rekonstruieren, ist die erwähnte physikalische Signalübertragung. Sie ist ein kausaler Prozess, der teilweise deterministisch (Signalausbreitung) und teilweise indeterministisch (Signalempfang) verläuft. Die beiden traditionellen Merkmale der Kausalität, d. h. die zeitliche Richtung und die Verknüpfung nach einem strikten Gesetz, sind dabei in ein abwechselnd realisiertes Mischmasch beider Charakteristika aufgesplittet.

Mechanistische Erklärungen sind schwächer als DN-(deduktiv-nomologische) Erklärungen, aber stärker als probabilistische Erklärungen. Sie rekonstruieren Einzelprozesse, die partiell nach einem strikten Gesetz ablaufen (wie nach der DN-Erklärung gefordert) und partiell nur probabilistisch bestimmt sind. Wie Nancy Cartwright gezeigt hat, gibt es in den Naturwissenschaften fast keine DN-Erklärungen. Doch rein probabilistische Erklärungen sind auch nicht hinreichend. Es kommt den Physikern, Chemikern, Geologen, Biologen, Neurobiologen und Hirnforschern sehr oft auf die Erklärung von Einzelprozessen an, die teilweise, aber nicht vollständig determiniert sind. Hier greifen die mechanistischen Erklärungen, mit denen sich die Wissenschaftstheorie (zu) lange nicht befasst hat.

Ein Mechanismus ist eine Maschine mit kausalen Komponenten, deren Aktivitäten so zusammenwirken, dass sie Phänomene hervorbringen, die dem Explanandum der gesuchten mechanistischen Erklärung entsprechen. Diese kausalen Aktivitäten beruhen immer auch auf den Gesetzen der Thermodynamik, insbesondere auf dem 2. Hauptsatz, der den thermodynamischen Zeitpfeil begründet und irreversiblen Prozessen entspricht. Andernfalls hätte der kausale Mechanismus keine intrinsische zeitliche Richtung. Das heißt aber: Die Mechanismen der Physik, Chemie, Geologie, Biologie, Neurobiologie sowie der Hirnforschung funktionieren nicht wie mechanische Uhren, sondern eher wie Dampfmaschinen. Sie leisten Arbeit; doch diese Arbeit ist damit erkauft, dass insgesamt die Entropie steigt. Und sie haben nur einen beschränkten Wirkungsgrad, d. h. etliches von der Energie, die sie verbrauchen, verpufft in die Umgebung.

All dies gilt auch für die neuronalen Mechanismen, mit denen uns die Hirnforscher beeindrucken. Dabei gilt für neuronale Mechanismen, was für alle biologischen Prozesse gilt: Sie laufen fern vom thermodynamischen Gleichgewicht ab, sind nicht-linear und durchlaufen Verzweigungspunkte, an denen ihr weiterer Verlauf nicht determiniert ist.

Neuronale Mechanismen und Computer-Analogie

Neuronale Mechanismen laufen ebenfalls abwechselnd teils deterministisch, teils indeterministisch ab. Schon künstliche neuronale Netze funktionieren nicht strikt deterministisch, sondern stochastisch; und ihre natürlichen Vorbilder tun dies erst recht.

Die Signalübertragung in den Nervenzellen wird nach dem Schaltkreis-Modell von Hodgkin und Huxley durch die Gesetze der Elektrodynamik beschrieben, also deterministisch. Das Modell begründet die Computer-Analogie zwischen einem natürlichen und einem künstlichen neuronalen Netz: Eine Nervenzelle funktioniert durch die Ionisationsprozesse, die in ihr und an den Zellwänden ablaufen, wie ein elektrischer Schaltkreis, aus dem sich Computer-Chips aufbauen lassen. Dies ist eine formale Analogie, wie sie in den Naturwissenschaften gang und gäbe ist. Sie wird erfolgreich auf die Vernetzung der Neurone über die Synapsen durch die Neurotransmitter ausgeweitet, in einer Analogie zwischen natürlichen und künstlichen neuronalen Netzen.

Die Vernetzung zwischen den Nervenzellen ist jedoch nicht strikt determiniert. Die Neurotransmitter, die an den Synapsen ausgeschüttet werden, um Signale zu übertragen, haben z. T. nur einen Wirkungsgrad von 10-20 %, funktionieren also kaum besser als eine herkömmliche Glühbirne. Ein künstliches neuronales Netz simuliert diesen begrenzten Wirkungsgrad durch statistische Gewichte, die es beim Rechenprozess anpasst. Sein Rechenalgorithmus läuft auf ein statistisches Näherungsverfahren hinaus. Für den Fall, dass sich das Netz „festfährt“, d.h. seine Ergebnisse relativ zur vorgegebenen Fehlertoleranz nicht mehr verbessern kann, ist es so programmiert, dass es sich Zufallszahlen generiert und mit der Berechnung von vorne anfängt – immer wieder, bis es den vorgegebenen Fehler unterschreitet.
Die Hirnforscher dehnen diese formale Analogie zwischen elektrochemisch vernetzten Neuronen und stochastisch verknüpften elektrischen Schaltkreisen sodann auf eine kausale Analogie aus. Diese behauptet viel mehr, nämlich: Das Gehirn verhält sich zu seinen kognitiven Leistungen, etwa zur Erkenntnis der Welt, so ähnlich wie ein Computer zur Information, die er verarbeitet:
Gehirn: Erkenntnis = Computer: Information

Hier fungiert der Informationsbegriff als semantische Brücke. Bedeutungen, die wir verstehen, werden der Computer-Information gleich gesetzt; übrigens, ohne im geringsten zu berücksichtigen, dass Computer nur deshalb Information verarbeiten, weil sie durch Menschen zu diesem Zweck programmiert werden. Kausal ist diese Analogie, weil sie suggeriert, dass das neuronale Geschehen mentale Phänomene wie Lernen, Mustererkennung oder Erinnerung so ähnlich hervorbringt wie ein Computer die Informationen, die er als Rechenergebnisse ausspuckt.

Eine „ordentliche“ mechanistische Erklärung ist dies jedoch nicht. Der kausale Mechanismus ist nur auf der Computer-Seite der Analogie bekannt, aber auf der Gehirn-Seite nicht. Es handelt sich um einen Analogieschluss, wie er im 17./18. Jahrhundert üblich war, als Newton seine Atomismus-Hypothese begründete, indem er annahm, die Natur sei im Kleinen so strukturiert wie im Großen. Wir wissen seit der Quantentheorie, wie stark sich Newton über die Atome geirrt hat. Warum sollte es den Hirnforschern mit der Informations-Analogie besser ergehen?

Mentale Phänomene und die experimentelle Methode

Naturwissenschaftliche Phänomene liegen nicht auf der Hand. Erst die Forschung bringt sie als stabile, reproduzierbare Naturerscheinungen zutage. Die Werkzeuge dafür, die Phänomene der Physik und ihrer Nachfolgedisziplinen beobachtbar zu machen, sind Beobachtungsinstrumente wie das Fernrohr oder das Mikroskop. Zu ihnen kommen die experimentelle Methode, Messgeräte und die Mathematik, d. h. die Analyse und Synthese der Phänomene im Versuchslabor, die Vermessung ihrer Komponenten und die Beschreibung ihrer funktionalen Zusammenhänge.

Die Phänomene Newtons und seiner Nachfolger sind „theoriegeladen“. In ihnen darf alles bewährte, empirisch gesicherte Wissen der Disziplin stecken. Die Phänomene sind das, was beim jeweiligen Wissensstand als Befund vorliegt und erklärt werden soll; und das ist im Lauf der Zeit immer „entlegener“. Galilei und Newton wollten mechanische und optische Erscheinungen erklären; die heutige Physik hat die Massen subatomarer Teilchen, die Strukturbildung im Universum oder die Zusammensetzung der kosmischen Strahlung als ihre Explananda.

Die Hirnforscher wollen bottom-up die Brücke vom neuronalen Geschehen zu den kognitiven Leistungen des Gehirns schlagen. Dafür machen sie nicht nur physische, sondern auch mentale Phänomene zu den Explananda ihrer wissenschaftlichen Erklärungen. Um mentale Phänomene zu naturwissenschaftlichen Phänomenen zu machen, müssen sie unser Erleben unter kontrollierbaren Bedingungen als stabile, reproduzierbare Naturerscheinung in den Griff bekommen. Hierbei sind sie nicht weiter als Galilei in der Physik mit seiner schiefen Ebene und seinem Pendel war: Sie setzen bei vorwissenschaftlichen Phänomenen ein und ringen darum, sie mittels der experimentellen Methode zu wissenschaftlichen Phänomenen zu machen. Anders als alle anderen Naturwissenschaften ist die Hirnforschung dabei angewiesen auf die Auskunft von Versuchspersonen über ihr subjektives Erleben.

In der Physik hat die experimentelle Methode folgende Merkmale: die

(1) Abstraktion von allen qualitativen Eigenschaften, die sich nicht messen lassen;

(2) Idealisierung, d. h. Vernachlässigung unwesentlicher Aspekte zum Zweck der mathematischen Beschreibung;

(3) kausale Analyse und Synthese, d. h. Zerlegung top-down und Zusammensetzung bottom-up der Phänomene als Wirkungen bestimmter Ursachen;

(4) Isolation des untersuchten Systems, d. h. Abschirmung gegen Störeinflüsse;

(5) Reproduzierbarkeit der Ergebnisse unter kontrollierten Versuchsbedingungen;

(6) Variation der Versuchsbedingungen, um die Abhängigkeit der Messgrößen voneinander durch mathematische Funktionen zu beschreiben.

Nicht alle diese Merkmale taugen dafür, mentale Phänomene naturwissenschaftlich zu erschließen. Viele Reiz-Reaktions-Experimente schaffen es ganz gut, eine naturwissenschaftliche Brücke von den physischen zu den mentalen Phänomenen zu schlagen, wie etwa die Erfolgsgeschichte des Weber-Fechnerschen Gesetzes der Psychophysik zeigt. Solange die Reize physisch sind und die Reaktionen mental, erbringen diese Experimente beachtliche, stabil reproduzierbare Resultate, die den Vergleich mit der Physik nicht scheuen müssen. Die Schwachstellen liegen aber bei der Idealisierung (2), der kausalen Analyse und Synthese (3) und der Isolation (4) der untersuchten Systeme.

Für mentale Phänomene lässt sich der Unterschied von Wesentlichem und Vernachlässigbarem nicht quantitativ bestimmen und durch Messfehler mit genau definierter statistischer Signifikanz ausdrücken. In Reiz-Reaktions-Experimenten ist kaum bis gar nicht kontrollierbar, ob vernachlässigte mentale Faktoren kausal relevant für die Deutung der Messergebnisse sind. Die Reize, die bestimmte Reaktionen auslösen, lassen sich dabei nur ansatzweise analysieren, weil die Komponenten und mentalen „Randbedingungen“ mentaler Reize oder mentaler Reaktionen nicht analysierbar sind. Der Dreh-und Angelpunkt ist dabei, dass sich mentale Phänomene nicht isolieren lassen. Welche Bewusstseinsinhalte bei einer Versuchsperson in ein Reiz-Reaktions-Experiment einfließen, lässt sich noch nicht einmal ansatzweise messen, und die Auskünfte der Versuchspersonen darüber sind auch nicht verlässlich. Wie sich physische Reize überlagern und in ihren mentalen Wirkungen maskieren, lässt sich messen. Doch was der Versuchsperson in einem Reiz-Reaktions-Experiment sonst noch alles im Kopf herumschwirrt, während sie sich ihrer Aufgabe widmet, lässt sich nicht messen.
Aus diesem Grund hat das berühmte Libet-Experiment keine Bedeutung für die Willensfreiheit. Seine Ergebnis, dass ein messbarer Hirnstrom deutlich vor dem „spontanen“ Impuls, die Hand zu bewegen, ist zwar stabil reproduzierbar. Doch welche kausal relevanten Faktoren dabei im Spiel sind, ist völlig unklar. Da die Zusammensetzung mentaler Phänomene nicht objektivierbar ist, sind es die kausal relevanten Faktoren, unter denen sie stehen, ebenfalls nicht. Deshalb besagt das Libet-Experiment zur „Willensfreiheit“ gar nichts für die Frage, ob der Mensch grundsätzlich zu freien Willensentscheidungen fähig ist oder nicht.

Sind mentale und physische Phänomene radikal verschieden?

Phänomenologisch sind mentale und physische Phänomene verschieden. Die Verschiedenheitsthese (V) beruht auf unserer Erfahrung: Wir erleben unsere Bewusstseinsinhalte als radikal anders als Gegenstände, Zustände, Prozesse oder Ereignisse in der Außenwelt. Doch sie unterscheiden sich auch im Hinblick auf die experimentelle Methode. Die mentalen Phänomene sind und bleiben widerspenstig, sie sperren sich gegen die Analyse im Versuchslabor der Hirnforscher. Sie lassen sich nicht im selben Maß objektivieren, vermessen und durch Naturgesetze beschreiben wie die physischen Phänomene der Physik, Chemie, Biochemie, Molekularbiologie, Genetik, usw.

Mentale Phänomene sind also nicht nur phänomenologisch, sondern auch strukturell verschieden von physischen Phänomenen. Um ihre Reduzierbarkeit auf die letzteren steht es schlecht, solange die Hirnforschung nur Analogieschlüsse vorweisen kann, aber keine einzige messbare Eigenschaft, die Gehirn und Geist gemeinsam hätten. In den kausalen Mechanismen der Physik ist die Energiebilanz zentral dafür zu erklären, wie sich ein System aus kausalen Komponenten zusammensetzt. Der Brückenbegriff der Information, den die Hirnforscher benutzen, ist weit davon entfernt, so etwas zu leisten.

Kann der Geist auf den Körper einwirken?

Die These (W) besagt: Mentale Phänomene können physische Phänomene verursachen, d. h. unsere bewussten Absichten können bewirken, dass wir physisch handeln und auf die Außenwelt einwirken. Die Philosophie des Geistes hebt mit (W) vor allem die top-down-Richtung der Wechselwirkungen zwischen mentalen und physischen Phänomenen hervor. Dabei ist von „verursachen“ oder „bewirken“ nicht im Sinne des neuzeitlichen Kausalitätsverständnis die Rede, sondern im Alltagssinn – etwa im Sinne der Vier-Ursachen-Lehre des Aristoteles, die Zweckursachen als Gründe einschließt.

Dagegen sind in der Hirnforschung die kausalen Wirkungen in beiden Richtungen gleich rätselhaft geblieben. Die Neurowissenschaft befasst sich nur mit naturwissenschaftlichen Wirkursachen und kausalen Mechanismen; sie sucht nach Mechanismen mit kausalen Komponenten, die neuronale und mentale Phänomene erzeugen. Dabei legt sie aus guten, heuristischen Gründen das Kausalprinzip als eine methodologische Richtschnur mit unbeschränkter Geltung zugrunde (d. h. als einen regulativen Grundsatz in Kants Sinn). Die teleologischen Aspekte, die unser Handeln nach Aristoteles verständlich machen, sind aus naturwissenschaftlichen kausalen Erklärungen getilgt, denn die Naturforscher möchten verstehen, wie die Naturprozesse für sich genommen funktionieren. Jeder Hirnforscher wird deshalb (W) im Sinn der Wirkursachen verstehen und nach kausalen Mechanismen fragen, die es bewirken, dass ein mentaler Akt einen physischen Akt hervorrufen kann.

Doch dies läuft dem plausiblen ursprünglichen Sinn von (W) gerade entgegen. Kausale Mechanismen wirken bottom-up, dies ist die vorgesehene Stoßrichtung neurowissenschaftlicher Erklärungen. Das Konzept von Mechanismen mit kausalen Komponenten, die bottom-up wirken, schließt es aus, die Frage zu untersuchen, ob und wie mentale Phänomene top-down auf physische Phänomene wirken können.

Sollen wir also die Wirksamkeitsthese (W) aufgeben, nur weil sie sich gegen die naturwissenschaftliche Methodologie sperrt? Dagegen spricht nicht nur unsere Alltagserfahrung, sondern auch das Funktionieren von Neuroimplantaten. Dabei handelt es sich um eine Weiterentwickung der Computersysteme, mit deren Hilfe querschnittsgelähmte Patienten Geräte wie einen PC oder einen Rollstuhl durch ihre Augenbewegungen oder ihren Atemrhythmus steuern können. Ein Sensor liest die Augen- oder Atembewegungen aus; das Computersystem setzt die ausgelesenen Signale dann in technische Vorgänge um. Die Neuroimplantate verlagern das Auslesen der physikalischen Signale, die der Patient erzeugt, von den messbaren Augen- oder Atembewegungen direkt ins Gehirn. Sie sind in den motorischen Kortex eingesetzt, und der Patient kann sie mit seinen Gedanken steuern. Das Neuroimplantat enthält einen Chip, der die mit den Gedanken korrelierten neuronalen Aktivitäten aufnimmt. Es liest also elektrische Signale in den Neuronen und Synapsen aus, die durch bewusste Bewegungsabsichten erzeugt werden. Einem querschnittsgelähmten Mann, der sich als Versuchsperson zur Verfügung stellte, gelang es auf diese Weise, durch „Gedankenkraft“ schließlich einen künstlichen Arm zu steuern. Die technische Entwicklung ist hier weiter als die neurowissenschaftliche Erklärung: Das Neuroimplantat funktioniert, auch wenn niemand weiß, wie die Gedanken es bewirken, dass die Neurone feuern.

Natürlich ist es vorwissenschaftlich, davon zu sprechen, dass die Gedanken die Prothese steuern. Ein kausaler Mechanismus, der die Gedanken mit kohärenter neuronaler Aktivität verbinden würde (und umgekehrt), ist ja gerade nicht bekannt. Ihn zu erkennen hieße, das „Bindungsproblem“ der Hirnforscher und das psychophysische Problem der Philosophen zu lösen. Angesichts des Erfolgs von Neuroimplantaten, mittels derer querschnittsgelähmte Patienten durch ihre Gedanken Prothesen steuern, wäre es allerdings unklug, die vorwissenschaftliche These (W) aufzugeben, nach der unser Geist auf das Gehirn wirken kann.

Ist die Natur kausal geschlossen?

These (K) besagt: Der Bereich der physischen Phänomene ist kausal geschlossen, d. h. physische Zustände, Prozesse und Ereignisse haben nur physische, aber keine nicht-physischen Ursachen. Was ist aus der Sicht der Physik von (K) zu halten?

In der Physik gibt es kein Naturgesetz, das zugleich deterministisch ist und die Zeitrichtung festlegt, so dass die Wirkung zwangsläufig auf die Ursache folgt. Die heutige Physik zwingt uns dazu, vom vorwissenschaftlichen Kausalitätsverständnis entweder den strikten Determinismus oder die zeitliche Reihenfolge von Ursache und Wirkung aufzugeben. Und dies hängt nicht an den spezifischen Gesetzen der Physik, die heute bekannt sind, sondern es ist ein grundsätzliches Problem.

Ein deterministisches Gesetz verknüpft Ursache und Wirkung zwangsläufig, aber es legt ihre zeitliche Folge nicht fest. Deterministische Gesetze beschreiben reversible Prozesse, und ein reversibler Vorgang kann auch umgekehrt in der Zeit ablaufen. Dagegen geschieht nach dem indeterministischen Gesetz, das einen irreversiblen Prozess beschreibt, die Wirkung später als die Ursache; doch die Ursache hat nicht zwangsläufig genau diejenige Wirkung zur Folge, die sich dann faktisch einstellt.

Die physikalische Präzisierung des Kausalitätsbegriffs führt also in das Dilemma, dass Sie entweder auf den strikten Determinismus oder auf den Zeitpfeil verzichten müssen, sprich: entweder auf die Zwangsläufigkeit oder aber auf die Zeitrichtung der Übertragung kausaler Wirkungen. Für die These (K) der kausalen Geschlossenheit der Welt sind beide Hörner des Dilemmas gleichermaßen fatal.

Ohne die Annahme eines strikten Determinismus macht die Behauptung (K) keinen Sinn. Ob es nun Wunder, göttliches Eingreifen, menschliche Gedankenkräfte oder was auch immer neben physischen Ursachen gibt oder auch nicht gibt: Eine Welt mit Kausalitätslücken darf sicher nicht als kausal geschlossen betrachtet werden.

Doch eine deterministische Welt ohne Zeitpfeil, in der Ursachen und Wirkungen beliebig vertauschbar sind – etwa im Sinne des Block-Universums, an das manche Anhänger der Allgemeinen Relativitätstheorie angesichts der Quantentheorie glauben – ist auch nicht gerade das, was man sich als kausale Welt wünscht. Wie wir es auch drehen und wenden: Entweder wir geben den strikten Determinismus und die These (K) der kausalen Geschlossenheit der Welt auf. Oder wir bezahlen einen hohen metaphysischen Preis.

Auflösung des Trilemmas

Naturwissenschaftliche Erklärungen sind und bleiben unvollständig. Sie berufen sich zum Teil auf strikt deterministische Mechanismen, die auch umgekehrt in der Zeit ablaufen könnten, zum Teil auf kausale Mechanismen, die indeterministisch ablaufen und deren kausale Komponenten nur probabilistischen Gesetzen gehorchen. Das traditionelle, vorwissenschaftliche Kausalitätsverständnis, nach dem die Beziehung von Ursache und Wirkung sowohl deterministisch als auch zeitlich gerichtet ist, wird durch diese Erklärungen nicht einheitlich eingelöst. Im patchwork-Flickenteppich der heutigen mechanistischen Erklärungen sind die beiden traditionellen Aspekte der Kausalität oft so ineinander verwoben, dass Naturprozesse abschnittsweise als reservibel und deterministisch, abschnittsweise als irreversibel und indeterministisch beschrieben werden. Und dies ist offenbar der einzige Weg, den die Physik und ihre Nachfolgedisziplinen offen lassen, um kausale Mechanismen zu bekommen, die als Einzelprozesse gesetzmäßig und zeitlich gerichtet verlaufen.

Darüber hinaus ist festzuhalten, dass die kognitive Neurowissenschaft nach ihrem derzeitigen Stand keine neuronalen Mechanismen vorweisen kann – egal ob strikt deterministisch oder nicht –, die erklären könnten, wie das Bewusstsein aus dem neuronalen Geschehen hervorgeht. Das Bewusstsein ist und bleibt rätselhaft.

Die Ansätze, es vom neuronalen Geschehen her zu erklären, beruhen vor allem auf der Analogie zwischen der Computer-Information und den kognitiven Leistungen des Gehirns. Die Tragfähigkeit dieser Analogie ist begrenzt. Man wird sehen, wie weit hier das Blue Brain-Projekt in Lausanne führt – eine Simulation der kortikalen Säulen von Neuronen, die beansprucht, ein realistisches Modell zugrunde zu legen. Dagegen bleibt die Rede vom „Phasenübergang“, der das Bewusstsein durch das synchrone Feuern von Neuronen als ein emergentes Phänomen hervorbringen soll (Wolf Singer), wie sich zeigen lässt, metaphorisch.

Der Konflikt zwischen der Kausalitätsthese (K), der Verschiedenheitsthese (V) und der Wirksamkeitsthese (W) löst sich angesichts der wissenschaftstheoretischen Befunde in Luft auf. Je zwei dieser Thesen sind mit der dritten unvereinbar: Die physische Welt kann nicht kausal geschlossen sein, wenn der Geist nach (W) auf körperliche Phänomene einwirken kann, von denen er nach (V) strikt verschieden ist. Und wenn die physische Welt kausal geschlossen ist, so können mentale Phänomene entweder nicht auf physische Phänomene einwirken oder aber nicht radikal verschieden von ihnen sein. Doch wenn sich die Philosophen schon darin einig sind, dass wir eine dieser drei Thesen fallen lassen müssen, um uns nicht in Widersprüche zu verwickeln: Warum fällt es ihnen so schwer, sich von der These (K) der kausalen Geschlossenheit der Welt zu verabschieden?

Für zwei der drei Thesen, nämlich (V) und (W), sprechen gute, empirische Gründe. Dagegen ist die dritte These (K) der kausalen Geschlossenheit der Welt hochgradig spekulativ. Für sie spricht nichts als die alten metaphysischen Überzeugungen der Neuzeit, die im Denken von Hobbes und Laplace wurzeln. Es ist heroisch, daran festzuhalten. Doch muss das sein? Und wozu soll es gut sein? Es gibt also gute Gründe, (V) und (W) beizubehalten und sich von (K) zu verabschieden.

Der Abschied von der metaphysischen These der kausalen Geschlossenheit der Welt bedeutet keinen Abschied vom Kausalprinzip, sondern die Rückkehr zu Kants Einsicht, dass es ein heuristisches Prinzip ist – eine methodologische Regel, die unverzichtbar für die Naturwissenschaften ist. Dies setzt nicht der kognitiven Neurowissenschaft und ihren beeindruckenden Erfolgen Grenzen, wohl aber dem metaphysischen Wahn, wir könnten im Prinzip alles in der Welt restlos erklären.

Schlussfolgerungen

I. Das neuronale Geschehen ist nicht strikt determiniert. Neuronale Mechanismen funktionieren wie thermodynamische Maschinen, die stochastisch, irreversibel und nichtlinear fern des thermodynamischen Gleichgewichts arbeiten.

II. Die Neurowissenschaft erklärt unsere kognitiven Fähigkeiten nicht durch kausale Mechanismen. Die Erklärung ist sehr viel schwächer; sie beruht auf einem Analogieschluss, der den Informationsbegriff als semantische Brücke benutzt.

III. Die These der kausalen Geschlossenheit der Natur ist entweder sinnlos oder falsch oder aber sie hat einen hohen metaphysischen Preis, indem sie den physikalischen Zeitpfeil zugunsten hochgradig spekulativer Annahmen aufgibt.

IV. Mentale und physische Phänomene sind strukturell so verschieden, dass es den Hirnforschern nicht gelingt, die mentalen Phänomene über den Leisten der physischen Phänomene zu schlagen. Aus methodologischen Gründen übersehen sie dies aber gern, weshalb sie zu kausalen und mereologischen Fehlschlüssen neigen.

V. Die kausalen Beziehungen zwischen Gehirn und Geist sind nach allen Befunden nicht einseitig, sondern wechselseitig, d. h. bottom up und top-down. Für die top-down-Richtung spricht unter anderem die gedankliche Steuerung von Prothesen durch Neuroimplantate.

VI. Keine der beiden Richtungen der kausalen Wechselbeziehung zwischen Gehirn und Geist wird durch die kausalen Mechanismen der Neurowissenschaften erklärt. Die bottom-up-Erklärung ist nur partiell mechanistisch, sie erfordert einen Analogieschluss. Und die kausale top-down-Beziehung entzieht sich schon vom Ansatz her weitgehend der wissenschaftlichen Erklärung.

All dies spricht dafür, die These von der kausalen Geschlossenheit der physischen Welt als irreführenden Restbestand der neuzeitlichen Metaphysik aufzugeben und die beiden anderen Thesen beizubehalten. So löst sich das eingangs besprochene Trilemma in Luft auf.

Die Hirnforschung liefert uns tiefe, aber nur bruchstückhafte Einsichten in die Wirkungsmechanismen, die Gehirn und Bewusstsein verbinden. Sie erklärt uns nicht, wie wir uns als geistige Wesen verstehen können. Das Computer-Modell des neuronalen Netzes im Kopf ist nur ein Modell. Es weit davon entfernt, unsere kognitiven Prozesse realistisch zu beschreiben. Dass das neuronale Geschehen nicht strikt determiniert ist, bedeutet also noch lange nicht, dass wir als parallel verschaltete Roboter am Faden des Zufalls baumeln. Die Befunde legen es nahe, uns vom Determinismus und vom Reduktionismus zu verabschieden. Die höheren Organisationsformen der Natur lassen sich nicht lückenlos aus den niedrigeren herleiten. Und der Geist nicht aus der Natur.

UNSERE AUTORIN:

Brigitte Falkenburg ist Professorin für Philosophie an der Technischen Universität Dortmund.

Ihr Buch Mythos Determinismus. Wieviel erklärt uns die Hirnforschung? erscheint demnächst im Springer-Verlag Berlin / Heidelberg.




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