Wolf SingerMax Planck Institut für Hirnforschung

Frankfurt

Hirnentwicklung und Hirnentwicklung und UmweltUmweltoderoder

Wie Wissen erworben Wie Wissen erworben und gespeichert wirdund gespeichert wird

Ein epistemisches Caveat Erkenntnistheoretische

Warnung• Wir können nur erkennen, erdenken, uns vorstellen, was die kognitiven Leistungen unserer Gehirne zu fassen erlauben

• Diese kognitiven Leistungen verdanken sich evolutionären Prozessen, für die nur jene Aspekte der Welt relevant waren, die für Überleben wichtig sind

• Folglich müssen unsere kognitiven Leistungen begrenzt und eklektisch sein - und sie sind es!

Die Behauptungen der Neurobiologie

• Alles Wissen über die Welt residiert in der funktionellen Architektur des Gehirns

• Die Regeln, nach denen dieses Wissen erworben, verhandelt und angewandt wird, residieren ebenfalls in dieser funktionellen Architektur

• Alle, auch die höchsten mentalen Funktionen beruhen auf neuronalen Prozessen

• Neuronale Prozesse gehorchen den Naturgesetzen• Kein Raum für ontologischen Dualismus

AllesWissen und die Verarbeitungsprogramme

residieren in der funktionellen

Architektur des Gehirns

Architekturen werden determiniert durch:Evolution (Gene)Entwicklung(frühe

Prägung)Lernen

In der Anordnung und Vernetzung von

Hirnrindenarealen ist Wissen über die Welt

gespeichert

Die Verschaltung der sensorischen HirnrindenarealeDie Verschaltung der sensorischen Hirnrindenareale Punkte:Einzelne Areale Linien:Verbindungsbahnen

EmotionaleBewertung

Tasten

Sehen

Hören

Die Großhirnrinde, die letzte bahnbrechende „Erfindung“ der EvolutionDie Großhirnrinde, die letzte bahnbrechende „Erfindung“ der Evolution

Mehr vom Gleichen macht den großen UnterschiedMehr vom Gleichen macht den großen Unterschied

Angepaßte Verarbeitungsstrategien werden konserviertSie determinieren:Sensorische Kategorien

ObjektdefinitionenLernregeln

Regeln logischen Schließens

Beispiele für implizites a priori

WissenDie spezifische Auslegung von

Verarbeitungsstrukturen legt fest wie wir wahrnehmen und kategorisieren

A und B sind gleich hellDer Schatten wird berücksichtigt

Die Modifikation von Verschaltungen durch

frühkindliche Erfahrung

Neuronale Aktivität bestimmt, welche

Verbindungen konsolidiert und welche wieder gelöst werden

Das visuelle System als Modell

Die hier entdeckten Prinzipien der

erfahrungsabhängigen Anpassung neuronaler Architekturen gelten auch für alle anderen

Systeme

Die Verschaltung der Sehbahn

Primaten Niedere Vertebraten

Die Auswirkungen fehlender oder

abnormer sensorischer Signale

Tiefgreifende und irreversible

Veränderungen der neuronalen

Verschaltungen

Nur die Verbindungen bleiben erhalten, die

gebraucht werden„Neurons wire together if they fire together“

Zusammenfassung der Modifikationsregeln

Der entscheidende Kontrollparameter ist die zeitliche Korrelation der

Aktivität verbundener Neuronen.

Die gleichen Regeln gelten für Lernprozesse im ausgereiften Gehirn

Erfahrung hat auch Erfahrung hat auch einen wesentliche einen wesentliche

Anteil bei der Auswahl Anteil bei der Auswahl der Myriaden von der Myriaden von

AssoziationsverbindungAssoziationsverbindungen in der en in der

GroßhirnrindeGroßhirnrindeHier liegen die meisten Freiheitsgrade, da nur

die generellen Rahmenbedingungen

genetisch festgelegt sind

Funktionelle Gliederung der Sehrinde in kolumnäre Systeme

Warum geht die Natur das Risiko ein, daß

Umwelteinflüsse Hirnarchitekturen nachhaltig und

irreversibel zerstören können?

Die Steuerbarkeit des Entwicklungsprozesses durch Erfahrung muß bedeutende Vorteile

bieten

Die Lösung von Korrespondenzproblemen

als Beispiel

Anpassung von Architekturen an die realen Gegebenheiten

Aber das reifende Gehirn behält die

Kontrolle über seine Entwicklung und

entscheidet selbst,welche

Informationen es zur Optimierung seiner

Verschaltungen heranzieht

Interne Interne Bewertungssysteme, die Bewertungssysteme, die auch mit der Steuerung auch mit der Steuerung

von Aufmerksamkeit von Aufmerksamkeit befaßt sind, befaßt sind, überwachen überwachen

aktivitätsabhängige aktivitätsabhängige Änderungen der Änderungen der VerschaltungVerschaltung

Verschiedene Hirnrindenareale reifen unterschiedlich schnell, Verschiedene Prägungsphasen für unterschiedliche Funktionen

Sehen

Objektidentifikation

Sprache Hören

Raum

KörperschemaMotorik

Planen

Moral

Aufmerksamkeit

Wenn Erwachsene lernen ändert sich nur noch

die Effizienz bestehender VerbindungenDie Veränderungen erfolgen an den

Kontaktstellen zwischen den Nervenzellen,den

Synapsen,Es gelten die gleichen

Regeln wie in der Entwicklung

Der bedingte Reflex als Beispiel für

assoziatives LernenVerbindungen werden

verstärkt,wenn Neuronen häufig gleichzeitig

aktiv sind

The principles of circuit formationSimilarities with Darwinian selection

Attraction and repulsion

Cooperation and competition

Trial and error