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KAPITEL V

 

DAS HIRN ALS FUZZY-SYSTEM

MÖGLICHKEITEN DER INFORMATIONSVERARBEITUNG

 

Es gibt "logische" Informationen, die mit Sprache, Zahlen und Symbolen ausgedrückt und in dieser Form gespeichert werden können. Ihnen gegenüber stehen andere, schwieriger zu beschreibende Informationen: Emotionen, Empfindungen, atmosphärische Eindrücke, etc. Befassen wir uns zunächst mit der Verarbeitung "logischer Informationen":

 

ZWEI GRUNDSÄTZLICHE MECHANISMEN

Alles was im Hirn in bezug auf informationsverarbeitende Prozesse und die Repräsentation von Inhalten geschieht, hat mit WAHRNEHMUNG und KOGNITION zu tun. Hierzu vorab zwei kurze Begriffsdefinitionen:

WAHRNEHMUNG:
Aufnahme und Verarbeitung von Reizen aus der Umwelt oder dem eigenen Körper. Aufgrund von Wahrnehmungen ist der Mensch in der Lage, mit seiner Umwelt in Kontakt zu treten und sich Wissen anzueignen. Wahrnehmung erfolgt mit Hilfe von Sinnesorganen (Augen, Gehör, etc). Die Verarbeitung der wahrgenommenen Sinnesempfindungen enthält immer eine subjektive Komponente und wird von Gefühlen, Einstellungen und Bewertungen des Wahrnehmenden beeinflusst.

KOGNITION:
Verarbeitung von Informationen und menschlichen Erkenntnisprozessen. Neben dem Denken zählen dazu u.a. Aufmerksamkeit, Lernen, Wahrnehmung, Erinnerung, Entscheidung und Beurteilung.

Wahrnehmung und Kognition sind keine grundverschiedenen Mechanismen! Sie bedingen sich vielmehr gegenseitig. Oft entscheidet die Intensität eines Prozesses oder der Grad seiner Bewusstheit darüber, ob er dem Bereich der Wahrnehmung oder jenem der Kognition zuzuordnen ist: Eine un- oder vorbewusste Kategorisierung (etwa wenn ich eine Spinne spontan als solche erkenne und sie aus der Ordnungskategorie "Insekt" in eine Unterebene verschiebe) ist eindeutig ein Wahrnehmungsprozess. Die genauere Analyse (wenn ich in meinem inneren Archiv zoologisches Wissen abrufe und den Versuch unternehme, die exakte Art zu benennen) entspricht eindeutig einer Kognitionsleistung.

Kognition ist im Grund eine potenzierte Form der Wahrnehmung, die zielgerichtet ist und i.d.R. stark mit der augenblicklichen Intention des wahrnehmenden Subjektes in Verbindung steht. Wahrnehmung ist etwas unglaublich Universelles. Auch unsere Selbst-Repräsentation beruht auf Wahrnehmungsprozessen (auf Empfindungsebene). Ich kann Dinge wahrnehmen ohne sie (bewusst oder willentlich) kognitiv zu bewerten. Aber ich kann keine Kognitionsleistung bzw. prinzipiell keinen "Willensakt" vollbringen, ohne denselben nicht notwendiger Weise auch in irgendeiner Form und irgendeiner Intensität wahrzunehmen.

 

 

MÖGLICHKEITEN UND SYSTEME DER INFORMATIONS-VERARBEITUNG

 

A) PRÄORGANISIERTE FUNKTIONEN UND FÄHIGKEITEN DES GEHIRNS

Unter "präorganisierten Fähigkeiten" versteht man solche Fähigkeiten, die praktisch ohne jegliche vorherigen Erfahrungen und  Lernvorgängen von Geburt an im Gehirn angelegt sind.

Die Tatsache das es eine Reihe solcher Fähigkeiten gibt ist überaus interessant. Lange Zeit wurde angenommen, dass Gehirn eines Neugeborenen sei, abgesehen von von einigen sehr fundamentalen "Überlebensdispositionen" wie etwa dem Sauginstinkt, praktisch ein "weißes Blatt", vergleichbar mit einer leeren PC-Festplatte die erst formatiert werden muss.

Überlebensdispositionen
Das Gehirn verfügt über angeborene Schaltkreise, deren Aktivitätsmuster - unterstützt von biochemischen Prozessen des Körpers - Reflexe, Triebe und Instinkte zuverlässig steuern um Atmung und Ernährung in geeigneter Weise stattfinden zu lassen. Dadurch werden wichtige biologische Prozesse am Laufen gehalten. Die hierfür zuständigen neuronalen Einheiten sind  u.a. über das Hormonsystem  mittels "Feedback-Schleifen" (Feedback= wörtlich: Rückmeldung) sehr eng an Organe des Körpers gekoppelt.

Komplexere präorganisierte Mechanismen
Präorganisierte (= vorprogrammierte, angeborene) Mechanismen sind für biologische Grundregulationen wichtig. Sie helfen aber auch dem Organismus Ereignisse anhand ihrer möglichen Auswirkungen aufs Überleben als "gut" oder "schlecht" einzustufen.
Dies bedeutet: Der Organismus hat ein angeborenes Grundmuster an Präferenzen, Kriterien, Vorurteilen und Wertvorstellungen.
Ihr Einfluss und jener der Erfahrung erhöht den Bestand an Dingen die als "gut" oder "schlecht" eingestuft werden.

Auch folgende Sachverhalte fallen unter Präorganisation und "angeborenes Wissen":

Ein Säugling versucht einem Gegenstand, der sich zügig auf ihn zubewegt auszuweichen (etwa durch Neigung des Körpers) oder hält sich die Arme vors Gesicht. Er "weiß" das es zur Kollision kommt (und sich nicht etwa das Objekt beim Aufprall auflöst oder ihn folgenlos durchdringt). Ebenso "weiß" ein auf dem Tisch krabbelnder Säugling, dass er bei Überschreiten des Randes (sofern er ihn eindeutig erkennen kann) abstürzen und sich nicht etwa durch die Luft weiter bewegen würde. Der wesentlichste angeborene Mechanismus ist jenes "Grammatik-Regel-Suchsystem", dass uns die Muttersprache im Eiltempo erlernen lässt.

 

Allgemeine Beispiele von Präorganisation:

 Antrophologen entdeckten bspw. das es eine weltweit verbreitete Struktur an Farbenbenennung gibt! In Kulturen mit nur zwei Farbbezeichnungen bedeuten diese Namen dunkel und hell. Bei drei Namen bezeichnet der dritte die Farbe Rot. Bei vier Namen kommt Gelb dazu, bei fünf Grün oder umgekehrt.  Es liegt nahe, das wir das Farbenspektrum nicht willkürlich einteilen, sondern die Farben gemäß einer universellen Struktur kategorisieren. Diese Struktur wiederum könnte vom Bauplan des Gehirns abhängen!

 

 

ALLGEMEINE KOGNITIVE FUNKTIONSEIGENSCHAFTEN DES GEHIRNS

Nachfolgend geschilderte Grund-Mechanismen neuronaler Informationsverarbeitung können sowohl den Charakter von Wahrnehmungs- als auch auch von kognitiven Prozessen haben. Zumeist entscheidet der Grad deren Bewusstheit  und deren Funktionsstärke hierüber.

 

A) KATEGORISIERUNG  /  BILDUNG VON "PROTOTYPEN"

Erworbenes Wissen wird strukturell gespeichert - es erfolgt eine KATEGORIENBILDUNG !

Das Gehirn entwickelt Kategorien - z.B. von Objekten, und ordnet den jeweiligen Kategorien alle Dinge zu, welche bestimmte Eigenschaften oder Wirkungen haben. 

Diese Art der Kategorisierung funktioniert aber nicht lückenlos!  Es gibt bspw. viele Dinge welche die Eigenschaften eines Stuhles haben, aber kein Stuhl sind! Die Fähigkeit der Kategorisierung wird deshalb durch ein zusätzliches System ergänzt: Das Gehirn fertigt für viele Kategorien  "PROTOTYPEN" oder "BESTE BEISPIELE " von Objekten  an und vergleicht wahrgenommene Objekte auf den Grad ihrer Übereinstimmung mit einem bestimmten Prototypen!

So haben Forscher bspw. repräsentativ herausgefunden, das die allermeisten Menschen beim Begriff "Vogel" an ein Lebewesen denken, das in etwa wie ein Rotkehlchen aussieht! Würde man im Satz "Die Vögel saßen auf der Fensterbank" das Wort "Vögel" durch "Truthähne" ersetzen, würde dies befremdlich wirken!


Ebenso denken die meisten Menschen beim Begriff AUTO  an eine viertürige Limousine. Diese ist offensichtlich für diesen Begriff repräsentativer als etwa ein Landrover.

Eine weitere interessante Feststellung machten die Antrophologen Brent Berlin und Paul Kay bei ihren Untersuchungen an primitiven Kulturen, als sie analysierten, wie diese Menschen in ihrer Umgebung Pflanzen benannten.
   Die Eingeborenen gliederten die Pflanzen nicht nach einem bestimmten Nutzwert den sie für die betreffende Kultur besaßen, etwa ob sie essbar, gefährlich oder als Unterschlupf geeignet sind. Vielmehr benannten sie die Pflanzen nicht viel anders, als sie in der westlichen Wissenschaft klassifiziert werden, nämlich aufgrund ihres ähnlichen Aussehens. Obwohl diese Kulturen vielfach abgestufte Pflanzennamen kannten, wurde i.d.R. der Name verwendet, der einer Kategorie entspricht, die weitgehend mit der botanischen Gattung zusammenfällt!
Zumindest bei Pflanzen scheint es also eine grundlegende Kategorisierungsebene zu geben, mit der alle Menschen bestens zurechtkommen.

 Wir verfügen über solche grundlegenden Kategorisierungsebenen, weil das Gehirn ein Teil unseres Körpers ist. Wären Kategorien unabhängig vom Gehirn, dann gäbe es für uns keinen Grund, grundlegende Begriffe wie Auto (im Gegensatz zu Fahrzeug) oder Stuhl (im Gegensatz zu Möbel) zu bilden. Aber wir arbeiten mit diesen grundlegenden Begriffen. Werde ich gefragt was ein typisches Auto ist, kann ich es mir im Geiste vorstellen und Einzelheiten beschreiben. Viel schwerer wäre es eine detaillierte Beschreibung eines Fahrzeuges zu geben, weil diese Kategorie so umfassend ist, dass kein geistiges Bild entsteht, das Autos, Züge, Kettenfahrzeuge, Schiffe, Flugzeuge und Motorräder einschließt!

Der Grund warum wir Autos als fundamentale Kategorie betrachten liegt darin, dass Autos einer Ebene angehören, auf der wir mit unserem Körper interagieren. Solche grundlegenden Kategorien haben einen Bezug zu menschlichen Verrichtungen (man fährt Auto, man sitzt auf Stühlen), und diese Wechselbeziehung bestimmt, wie wir unser Wissen von der Welt organisieren. Kinder fangen mit der Informationsorganisation auf dieser grundlegenden Ebene an, verallgemeinern dann nach oben und spezialisieren nach unten.

Anmerkung: Bei vorherigen Absätzen über präorganisierte Mechanismen, Kategorisierungsvermögen und "Bildung von Prototypen" habe ich teilweise auf Inhalte aus folgender Buch-Quelle zurückgegriffen: "Menschliches Denken - Künstliche Intelligenz"; Untertitel: "Von der Gehirnforschung zur nächsten Computer-Generation"; Autor: William F- Allman; Verlag: Knaur/München;

 

 

 

B) ASSOZIIEREN

Diese Fähigkeit stellt eine Erweiterung der Kategorisierungsleistung und jener der Prototypenbildung dar. Der Vorteil liegt auf der Hand: Wären im Gehirn nur starre Kategorien von Dingen vorhanden, könnte es mit der Wahrnehmung eines Objektes das die Definitionskriterien einer Kategorie nicht erfüllt nichts anfangen! So aber wird entweder das gesamte "Ding" oder zumindest Teile davon mit etwas assoziiert (=in Bezug gesetzt, gleichgesetzt), was eine unter den Umständen des gegebenen Sachverhaltes "höchstmögliche  Ähnlichkeit" aufweist!

Alles was wir wahrnehmen, wird unentwegt und vor allem auch  bereits vorbewusst mit diversen Prototypen (von Objekten) oder Grunderfahrungen (Situationen, Sachverhalte) abgeglichen und assoziiert!

Je effektiver die alltäglichen Reize mit vorhandenen Referenzwerten übereinstimmen, umso unwahrscheinlicher ist es, das die entsprechenden Wahrnehmungsinhalte ins Bewusstsein dringen! Je schwerer sich das Gehirn tut ein Ding oder eine Situation auf vorbewusster Ebene in Bezug auf einen Referenzwert oder ein (Bedeutungs) Konzept zu assoziieren, umso eher werden wir bewusst darauf aufmerksam! Die höheren (kognitiven) Ebenen des Bewusstseins werden involviert und wir denken bewusst über den Wahrnehmungsinhalt nach! D.h. wir assoziieren nun auf bewusster Ebene und vollbringen eine kognitive Leistung (während un- und vorbewusste Assoziation der Wahrnehmung zuzuschreiben ist).

 

C) IMPLIZITES WISSEN

Assoziation bedeutet also eine flexible Zuordnung von Wahrnehmungsinhalten an einen nächstliegenden Referenzwert! Informationen weißen aber häufig  innerhalb mehrerer verschiedener Kategorien eine Übereinstimmung mit einem Referenzwert auf! Ein "Karpfen" bspw. ist sowohl ein Fisch als auch etwas zum Essen! Nun - in diesem Fall tritt einer der größten Vorteile in Erscheinung, den  biologische (aber auch künstliche) neuronale Systeme in Bezug auf Informationsverarbeitung überhaupt aufweisen - es entsteht völlig unbewusst, sozusagen automatisch IMPLIZITES WISSEN, eine Verknüpfung von Inhalten infolge der Übereinstimmung innerhalb einer der mehrerer Bedeutungsebenen!

 

D) PRIMING

Dieser Begriff bezeichnet  im ursprünglichem Sinne ebenfalls eine bestimmte Gedächtnisform. Es geht dabei namentlich um die oben dargestellte Fähigkeit des Gehirns unbewusste Zusammenhänge wahrzunehmen - also um die Fähigkeit implizites Wissen zu erzeugen.

Unsere Erfahrungen und unser Wissen entwickeln aber nicht nur dahingehend ein Eigenleben, das sie sich ggf. selbständig zu impliziten Informationen verknüpfen, sondern sie "prägen" uns darüber hinaus in unserer Wahrnehmung, unserem Fühlen und Denken! Eine Information kann sich nicht nur mit anderen semantischen Informationselementen verknüpfen! Sie wird mitunter auch emotional bewertet, löst in uns u.U. Motive aus und wir empfinden dann ein großes Interesse !

Je häufiger und intensiver eine Erfahrung gemacht wurde, je häufiger und intensiver ein spezifisches Wissen eingeprägt wurde und umso intensiver bestimmte Informationen mit spezifischen Emotionen korrelieren, umso mehr werden sich diese Erfahrungen und dieses Wissen auf das allgegenwärtige Realitätsempfinden, auf Gedanken, Gefühle und Gewohnheiten auswirken! Die Kraft oder sagen wir die zwischen subtil und penetrant variierende Wirkung dieser Erfahrungen infiltrieren unentwegt das innere Milieu unseres Bewusstseins! Welche "inneren Bilder", Vorstellungen, Gefühle und Bewertungen ein Mensch irgendwelchen persönlichen oder allgemeinen Themen gegenüber aufbringt - geht es nun um freiwilliges Tempo 100 auf der Autobahn, biologischen Erbsenanbau oder um die Kosten für die Weltraumforschung - hängt davon ab, welche Informationen, Erfahrungen, Emotionen etc. ihn diesbezüglich bisher in welcher Intensität "geprägt" haben.

 

Das Gehirn als
 FUZZI - SYSTEM

"Fuzzy" ist ein englischer Begriff und bedeutet wörtlich übersetzt "UNKLAR". Wir sind es gewohnt davon auszugehen, das unsere Wahrnehmungen, Erinnerungen, Denkvorgänge absolut vollständig und zuverlässig sind und die Realität praktisch 1:1 abbilden!  Dieser Schein trügt gewaltig! Unser Gedächtnis ist keinesfalls eine "Blackbox" die alle Details eines gespeicherten Ereignisses in seiner ursprünglichen tatsächlichen Abfolge wiedergeben kann! Unsere Wahrnehmung liefert mitnichten nur "harte Fakten" ohne jegliche Zensur und ohne jegliche Beimischung nicht real vorhandener Details!

Wie kann man sich das vorstellen und wie kann diese "Unzuverlässigkeit" überhaupt zu Stande kommen?! Erfüllt sie am Ende sogar eine wichtige Funktion?

 

 

FUZZY - EFFEKTE
 bei der Wahrnehmung:

Die Wahrnehmung  steht am Beginn der Realitätserfassung. Hier bereits leistet das Gehirn Erstaunliches! So müssen Informationen die parallel aus verschiedenen Sinneskanälen eintreffen synchron verarbeitet und zu einem Gesamtbild oder Gesamt-Eindruck zusammengefügt werden.

Nicht alles was wir wahrnehmen, nehmen wir auch bewusst wahr. Und vor allem: Nicht alles was wir (bewusst) wahrnehmen, nehmen wir so wahr, wie es wirklich ist!!!

Das Gehirn gleicht in seiner Funktion einem  "Fuzzy-System".  Dieser suspekte Ausdruck beschreibt die Fähigkeit, aus unvollständigen Informationen ein vollständiges oder (in Bezug auf was auch immer) "schlüssiges" Gesamtbild zu konstruieren.

Im folgenden Bild erahnen wir ein sich mit einem Rechteck überlappendes Dreieck. Die Objekte existieren genau genommen gar nicht. Unser Hirn bildet sie vielmehr durch Vervollständigung angedeuteter Konturen.


Abb. 1: Angedeutete geometrische Figuren

 

Alle menschlichen Gehirne fallen auf bestimmte optische Täuschungen in gleicher Weise herein! Das hat damit zu tun, dass die gespeicherten neuronalen Repräsentationen im visuellen Cortex das Bild der aktuellen optischen Wahrnehmung vervollständigen bzw. ergänzen, noch lange bevor die ganze Information wahrgenommen wurde! D.h. das Gehirn wartet gar nicht erst ab was es wirklich zu sehen gibt, sondern gibt "seinen Senf" schon vorher dazu! 

Auch den Elefanten im folgenden Bild könnten wir nicht erkennen, wenn unser Hirn die Konturen nicht sofort mit einer gespeicherten visuellen Vorstellung eines Elefanten abgleichen und dementsprechend vervollständigen würde.


Abb. 2: Schemenhafter Elefant

 

Die Vorteile dieses automatisierten "Informations- Vervollständigungs- Prozesses" sind vielfältig, insbesondere wenn man evolutionäre Hintergründe  unserer Spezies und unserer Gehirne mit einbezieht! Für einen Urmenschen der in schwer einsehbarem Gelände unvermittelt auf einen Tiger traf, war es unschätzbar wichtig, die Gefahr schnellstmöglich, notfalls auch nur anhand weniger unvollständiger Details wie etwa der Farbe des Felles, der Größe von Augen und Ohren oder etwa dem Aussehen des Schwanzes, den der gut getarnte Tiger in diesem imaginären Beispiel fahrlässiger Weise aus dem Gebüsch hängen ließ, zu erkennen! Nur dann bestand Aussicht auf eine rechtzeitige Flucht! Aber auch heute profitieren wir selbstverständlich von der Fähigkeit unseres Gehirns unvollständige Informationen eigenmächtig zu ergänzen! 
 


  Wir könn Wörtr versten, auh wen si falch gschribn sin, oder die Lücken ausfüllen, die durch fehlende B.chst.b.n entstehen!

 


Abb. 3: Verdeckter Begriff

Natürlich können wir auch oben stehendes Wort lesen, wenngleich es teilweise verdeckt ist.


Wären unsere Gehirne, wie Siliziumchip-Rechner, auf vollständige, konkrete Daten angewiesen, könnten wir mit solchen Informationen nichts anfangen!

 

FUZZY - EFFEKTE
bei Gedächtnis-Leistungen:

In Bezug auf das Gedächtnis sind ähnliche Effekte vorhanden! Erinnerungen sind nämlich keine unveränderlichen Dateien wie auf einer PC-Festplatte! Sie verändern sich im Laufe der Zeit, werden bei jedem Abruf wieder neu "zusammengefügt" und etwaige Lücken werden großzügig gestopft. Wir alle entwickeln über die Zeit hinweg auch eine Reihe "falscher Erinnerungen"!

 

FUZZY - EFFEKTE
bei Denk - Prozessen

Selbst bei der kognitiven, gedanklich- abstrakten Verarbeitung von Fakten, treten die manchmal keineswegs uneingeschränkt wünschenswerten Effekte eines "Fuzzy-Systems" in Erscheinung.


Dies soll am Beispiel folgender Scherzfragen  verdeutlicht werden:
 

Wie viele Tierarten hat Moses in seine Arche aufgenommen?

Wenn ein Flugzeug an der Grenze zwischen den USA und Kanada abstürzt, in welchem Land werden dann die Überlebenden bestattet?

Ist es egal wenn ein Mann die Schwester seiner Witwe heiratet?

Sehr häufig kann man Leute mit solchen Scherzfragen in eine lange Denkschleife setzen! Moses hatte mit der Arche nichts zu tun, Überlebende werden nicht bestattet und ein Mann, der eine Witwe hat, ist bereits tot!

Wenn wir uns mental auf die Beantwortung eines Rätsels vorbereiten, versucht unser Gehirn so viele Informationen wie möglich aufzusaugen! Es stürzt sich dabei auf solche, die für die Problemlösung wichtig sind und verwirft jene, die es für abwegig hält. Dies geschieht unerhört schnell und deshalb rutscht Moses in der Arche oft unten durch. Moses weist immerhin so viele Eigenschaften Noahs auf, dass sich das Gehirn damit zufrieden gibt, wenn von einer biblischen Gestalt in der Arche die Rede ist. Würde die Frage lauten wie viele Tiere der deutsche Ex-Kanzler Helmut Kohl in die Arche genommen hat, würde der Gefragte den Unsinn sofort bemerken!

Ebenso ist die Wahrscheinlichkeit von Überlebenden bei einem Flugzeugabsturz erfahrungsgemäß derart gering, das das Gehirn diesen Begriff blitzschnell "unterschlägt" um sich dem vermeintlich  "politischen Problem" der Begräbnis-Stätte für die Opfer zuzuwenden.

 

Anmerkung: In den Absätzen über die Fuzzy-Effekte habe ich teilweise auf Inhalte aus folgender Buch-Quelle zurückgegriffen: "Wie das Gehirn denkt"; Untertitel: "Die Evolution der Intelligenz"; Autor: William H. Calvin; Verlag: Elsevier GmbH; München