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