Teil 2.15. Die Entstehung von Bewusstsein und Denken als systemtheoretische Realität

 

Dieses Kapitel war ursprünglich nicht geplant, und eigentlich ist es aus erkenntnistheoretischer Sicht etwas zu früh, die gewählte Thematik hier zu behandeln. Denn das Verständnis der analogen und der binären Arbeitsweise der Teilsysteme des Nervensystems ist eine wesentliche Vorsetzung für diesen Teil. Ebenso müsste die Prägung von Signalfolgen und die Systemtheorie der Bindung erklärt werden. Genau dies ist im Teil 3 und Teil 4 der Monografie geplant, aber halt aus Zeitgründen noch nicht fertiggestellt.

 

Dennoch verfügen wir mit den bereits dargestellten Theorieelementen über die wesentlichsten Grundlagen, um die Entstehung von Bewusstsein systemtheoretisch zu begreifen.

 

Wir fassen die wesentlichsten Theorieelemente zusammen, um aus ihnen einen Prozess abzuleiten, der sich als eine Art „Verselbständigung“ beschreiben lässt. Es gibt das Sprichwort der „Geister, die ich rief“. Manche Prozesse haben die Fähigkeit, sich unvorhergesehen zu entwickeln. Physiker werden sich mit Schrecken daran erinnern, welche gewaltige zerstörerische Kraft in den unvorhergesehenen Resonanzen steckt, denen Brückenbauwerke ausgesetzt sind. Scheinbar aus dem Nichts können Schwingungen, die als Fremdeintrag z. B. von Fußgängern, vom Wind oder Regen erzeugt werden, über Eigenresonanzen bedrohliche Ausmaße annehmen.

Die Unplanbarkeit solcher Erscheinungen beruht auf einem elementaren Prinzip: Der Output des Systems wird wieder als Input dem System zugeführt. Eine geringe Inputzufuhr kann daher über längere Zeit aufsummiert werden und eine qualitative Veränderung, eine Art Quantensprung, erzeugen.

Welche dieser Aspekte treffen auf die Entstehung von Bewusstsein zu? Nach Ansicht des Autors dieser Monografie sind es die nachfolgenden Voraussetzungen:

 

-          Das inverse System des Cerebellums ist in der Lage, einen Komplexsignal-Input in die übergeordnete inverse Assoziativmatrix wieder in die ursprünglichen Elementarsignale zu transformieren und führt diese Signale genau jenen Thalamusneuronen zu, die auch den Originalinput dieses Komplexsignales erhalten hätten.

-          Das System aus primärem Thalamus, primärem Cortex, primärem Cerebellum, sekundärem Thalamus, sekundärem Cortex und sekundärem Cerebellum ist mehrstufig rekursiv aufgebaut. Der Output der niederen direkten Systeme ist der Input der höheren direkten Systeme. Der Output der höheren inversen Systeme ist der Input für die niederen inversen Systeme.

-          Auf Grund des Potenzierungstheorems nimmt der Anzahl der Komplexsignalneuronen in den höheren Cortexarealen (den Assoziationsarealen) exponentiell zu.

-          Dadurch nimmt aber auch die Anzahl der Elementarsignal-Neuronen in den Thalamusgebieten höherer Stufe exponentiell zu, da jedes Komplexsignal im System der Stufe k auch entsprechende Elementarsignale der Stufe (k-1) besitzt.

-          Die rezeptive Nachbarhemmung im Thalamus wird mit zunehmender Stufenzahl der Teilsysteme immer wirkungsloser. Dies liegt daran, dass die rezeptive Nachbarhemmung, die ein bestimmtes Thalamusneuron ausübt, räumlich begrenzt ist und mit zunehmendem Abstand schwächer wird. Ab einer gewissen Stufe in den rekursiv aufgebauten Systemen fällt diese rezeptive Nachbarhemmung faktisch weg, weil der Abstand der zu hemmenden, aktiven Signalneuronen zu groß wird. Je mehr Elementarsignale es gibt, umso größer ist deren statistischer Abstand zueinander, so dass die rezeptive Nachbarhemmung statistisch gegen Null gehen muss.

-          Dadurch gewinnt der Output der inversen Systeme ab einer gewissen Stufenhöhe die Oberhand, weil er sich nunmehr ungehemmt im System bewegen kann.

-          Die Bewegung der Outputsignale des inversen Systems geschieht in zwei Richtungen.

-          Die divergierende Richtung führt diesen Output als Input den höheren direkten Systeme zu. Dadurch erhalten die übergeordneten direkten Systeme neue Inputbeiträge, die ab einer gewissen Stufenhöhe als „Gedanken“ des Individuums klassifizierbar sind.

-          Die konvergierende Richtung führt den Output des inversen Systems wieder den untergeordneten inversen Systemen zu. Dadurch erhalten die untergeordneten inversen Systeme neue Inputbeiträge, die als „Vorstellungen“ (also auch „Gedanken“) die innere Wahrnehmung der eigenen Reflexionen verändern.

-          Auf diese Weise – meist durch äußeren Input in Bewegung gehalten – entsteht ein zeitveränderliches individuelles Abbild einer teils realen, teils nur vorgestellten Welt, in der auf scheinbar unerklärliche Weise – aber gesetzmäßig durch das Prinzip der Rückkopplung des Systems mit sich selbst über die Hintereinanderschaltung von Assoziativmatrizen und inversen Assoziativmatrizen realisiert – Gedanken, Vorstellungen, aber auch Stimmungen und Gefühle das aktuelle Bewusstsein bilden.

 

Der Autor beschließt, diese (bisher noch ungeprüfte) Erkenntnis als das Theorem von Avignon zu bezeichnen. Unter Hinweis auf das dieser Monografie vorangestellte Gedicht „Der Zikade letzte Lieder“ aus der Feder des Autors hegt der Autor die reale Befürchtung, eine Überprüfung und mögliche Förderung seiner wissenschaftlichen Forschung nicht mehr zu erleben. Dann wären dies die letzten zu Papier gebrachten Erkenntnisse zu diesem Thema.

 

 

Theorem 2.37: Theorem von Avignon über die Entstehung von Bewusstsein im Gehirn

 

Mit der wachsenden Anzahl der Signale im rekursiv aufgebauten System aus direkten und indirekten Assoziativmatrizen des Gehirns nimmt die Hemmungsstärke in der rezeptiven Nachbarhemmung des Thalamus mit zunehmender Stufenzahl der Rekursionen abstandsbedingt ab.

Dadurch kann sich der Output der inversen Systeme verselbständigen und in Überlagerung und Rückkopplung mit dem aktuellen sowie mit dem früheren, zwischengespeicherten Input ein inneres, multimodales und zeitveränderliches Abbild der Welt erschaffen, welches als Bewusstsein bezeichnet werden kann.

 

An dieser Stelle greifen wir in dieser Monografie letztmalig die Frage auf, ob das Gehirn denn computerähnlich arbeitet oder nicht. Wir haben bisher erkannt, dass ein Systemtakt im Striosomensystem der Basalganglien entsteht, der die Grundlage für das magnocellulare Kletterfasersignal ist. Letzteres erwies sich als neuronaler Schreibbefehl. Es sorgte dafür, dass die digitale Signatur eines Komplexsignals in einer Purkinjegruppe abgespeichert wurde. Dadurch wurde das Prägungssignal zum Eigensignal der Purkinjegruppe, und die Prägungssignatur des Prägungssignals wurde zur Eigensignatur der Purkinjegruppe. Systemtakt und Schreibbefehl gibt es auch bei Computern.

Wir erkannten, dass das parvocellulare Kletterfasersignal dem Nachprägen, also quasi einer ständigen Auffrischung der gespeicherten Signaturen in den Purkinjegruppen dient. Ein Nachprägen, genauer ein Auffrischen gibt es auch in der Computerelektronik: Der Refresh-Zyklus bei modernen RAM-Speichern sorgt dafür, dass die zwischengespeicherten Binärwerte einer Dualzahl in den Speicherzellen nicht verloren gehen. Die Binärwerte werden schließlich durch elektrische Ladungen repräsentiert. Diese unterliegen einer andauernden Entladung durch unerwünschtes Abfließen und werden mit Hilfe des Refresh-Befehls andauernd aufgefrischt. Fällt der Refresh-Zyklus dauerhaft aus, so sind die abgespeicherten Daten binnen weniger Millisekunden für immer verloren.

Also gibt es heute (in Jahre 2012) sowohl beim Gehirn als auch beim Computer den Refresh-Zyklus, auch wenn der beim Gehirn ein eventuelles Umlernen ermöglicht.

 

Angesichts der Wichtigkeit dieses Prozesses definieren wir einen neuen Begriff.

 

Definition 2.17: Neuronaler Refresh-Zyklus

 

Den Vorgang der Nachprägung einer Purkinjegruppe durch das aus ihrem Output abgeleitete parvocellulare Kletterfasersignal des Matrixsystems bezeichnen wir als neuronalen Refresh-Zyklus.

 

Der neuronale Refresh-Zyklus dient der Auffrischung der digitalen Signatur der Purkinjegruppe sowie der Anpassung der Eigensignal- und Fremdsignalanteile dieser Purkinjegruppe an mögliche Veränderungen. Gleichzeitig ist er – nach der ungeprüften Ansicht des Autors – unbedingt notwendig für den Erhalt der eingespeicherten Informationen.

 

Erkennt eine Purkinjegruppe dauerhaft ihr Eigensignal nicht, weil es entweder über einen sehr langen Zeitraum völlig fehlt oder zu stark von Fremdsignalen überdeckt wird, so sind die zugehörigen Purkinjezellen stark erregt, vorwiegend von den Fremdsignalanteilen. Die zum Eigensignal gehörenden Parallelfasern sind anfangs per LTD in ihrer synaptischen Kopplung zur Purkinjezelle vermindert, aber wenn sie (teilweise) aktiviert werden, wird die Kopplung wieder stärker und nähert sich letztlich dem Ursprungswert 1. Für die dauerhafte Aufrechterhaltung der LTD wäre – wenn auch in großen Zeitabständen – die tetanische Erregung durch das inzwischen ausbleibende Nachprägungs-Kletterfasersignal nötig. Das dauerhafte Ausbleiben des nachprägenden Kletterfasersignals – bedingt durch das Ausbleiben des Komplexsignals – führt zum Verlernen des zuvor geprägten Eigensignals – also zum Vergessen. Aber auch bei den Eigensignaldetektoren (Korb-, Stern- und Golgizellen) findet eine permanente und langsame Veränderung der synaptischen Kopplung statt, wenn das Eigensignal längere Zeit ausbleibt. Diese unbestätigte Hypothese fassen wir in ein neues Theorem.

 

Theorem 2.38: Theorem des Vergessens im Cerebellum

 

Tritt das Prägungssignal einer nachprägungsfähigen Purkinjegruppe über einen langen Zeitraum von mehreren Tagen nicht mehr auf, so unterbleibt die von ihm bewirkte Nachprägung der zugehörigen Purkinjegruppe durch das parvocellulare Kletterfasersignal des Matrixsystems. Dadurch vergisst die Purkinjegruppe das gespeicherte Prägungssignal und kehrt in einem langsamen Prozess des Vergessens in den ungeprägten Zustand zurück. Etwa im gleichen Zeitraum vergisst eine nicht nachprägungsfähige Purkinjegruppe ihren abgespeicherten Inhalt, wenn das abgespeicherte Eigensignal in diesem Zeitraum nicht auftritt, zu schwach ist oder von Fremdsignalen derart überlagert wird, dass die Purkinjegruppe es nicht erkennt.

 

Beim Computer ist die Zeitspanne von der Stromanschaltung bis zum völligen Verlust des Speicherinhaltes relativ kurz. Beim Cerebellum ist diese Zeitspanne deutlich länger.

Erinnert werden sollte an dieser Stelle, dass nicht alle Purkinjegruppen über eine Nachprägungs-Kletterfaser des Matrixsystems verfügen. Speziell die evolutionär älteren der drei Cerebellum-Subtypen sind kletterfasermäßig evtl. gar nicht in das Matrixsystem eingebunden. Und im Pontocerebellum wird die Nachprägungs-Kletterfaser einer Purkinjegruppe erst in einem längeren Prozess gebildet, wenn die zugehörige Purkinjegruppe mit einem Eigensignal geprägt worden ist. Vorher ist diese Gruppe striosomengekoppelt. Sollte sie ihre gespeicherte Information vergessen, unterbleibt die bei Signalerkennung typische Hemmung des magnocellularen (striosomalen) Kletterfasersignals, so dass diese synaptische Verbindung wieder zum Tragen kommt. Eine matrixgekoppelte Purkinjegruppe wird also nach dem Vergessen ihres Speicherinhaltes wegen fehlender Nachprägung automatisch wieder eine striosomengekoppelte Purkinjegruppe. Sie kann also erneut mit einem – diesmal vielleicht völlig anderem – Eigensignal neu geprägt werden. Dies ist allerdings nur eine unbestätigte Theorie des Autors dieser Monografie.

Daher unterscheiden wir striosomengekoppelte und matrixgekoppelte Purkinjegruppen. Erstere werden von den magnocellularen Kletterfasern angesprochen, die vom Signalmittelwert des Cortexclusters abgeleitet werden. Die matrixgekoppelten Purkinjegruppen verfügen bereits über das Nachprägungsaxon der parvocellularen Matrix-Kletterfasern.

Da sich diese beiden Purkinjegruppen aber vom Aufbau her nicht sonderlich unterscheiden, werden auch die striosomengekoppelten Purkinjegruppen einem Vergessensprozess unterworfen sein, wenn sie ihr Prägungssignal lange nicht mehr wahrgenommen haben.

 

Dennoch bleibt die Frage, warum wir gespeicherte Informationen nicht vergessen, obwohl sie nicht täglich wiederholt werden. Hier kommt einerseits der Prozess des Träumens ins Spiel. Im aufgezeigten Beispielprozess des Träumens (Hundefilm!) wird deutlich, dass er mit dem Nachprägungssignal untrennbar verbunden ist. Geträumtes wird also durch Nachprägung speichermäßig gefestigt. Andererseits sorgt das in den folgenden Ausführungen vorgestellte „Oszillationstheorem“ für einen dauernden neuronalen Refresh-Zyklus. Und letztlich gibt es noch andere Orte und Algorithmen im Gehirn, die der Speicherung von Signalen dienen. Die cerebellaren Purkinjegruppen-Speicher sind nur ein Element von mehreren, welches im Gehirn benutzt wird. Genannt seien hier der Hippocampus, der Gyrus cinguli, aber auch die Cortexrinde als mögliche Speicherorte.

Es scheint, die bisher erkannten Gemeinsamkeiten zwischen Computer und Gehirn wären bereits komplett aufgezählt. Dennoch sollten wir dieses Thema nicht so einfach abhaken. Denn es gibt noch eine Gemeinsamkeit von Computer und Gehirn: die Repräsentation von Zahlen.

 

Im Gehirn werden Komplexsignale durch ihre digitale Signatur repräsentiert. Diese digitale Signatur stellt eine Dualzahl dar. Nun sind alle Dualzahlen ganz gewöhnliche Zahlen. Also bedient sich das Gehirn auch der Zahlentheorie. Ab hier sollten Mathematiker kritisch weiterlesen, denn nun beschreiten wir den zahlentheoretischen Weg zum Verständnis des Bewusstseins und des Denkens.

 

Jedem neuronalen Komplexsignal entspricht ein Komplexneuron im sekundären Cortex. Dem Komplexsignal und dem Komplexneuron haben wir eine natürliche Zahl, die digitale Signatur des Signals, zugeordnet. Hierbei entspricht der digitalen Signatur eine Dualzahl, deren Ziffern dem Aktivitätszustand der zugehörigen Signalneuronen entsprechen. Eine Dualziffer Null repräsentiert ein inaktives Signalneuron, die Dualziffer Eins ein aktives.

Somit kann ein Komplexsignal auf zweierlei Arten im Gehirn repräsentiert werden:

 

-          durch ein aktives Komplexneuron im sekundären Cortex oder

-          durch eine Menge von aktiven Signalneuronen in primären Cortex.

 

Dabei erfordert das Signal das Vorhandensein einer ideellen und einer materiellen Komponente:

 

-          die ideelle Komponente besteht im Zustand der Erregtheit entweder des Komplexneurons im sekundären Cortex oder der zugehörigen Signalneuronen im primären Cortex

-          die materielle Komponente besteht in der körperlichen Existenz sowohl des Komplexneurons im sekundären Cortex als auch der zugehörigen Signalneuronen im primären Cortex.

 

Beide Komponenten sind nötig, sowohl die ideelle als auch die materielle. Denn das reine körperliche Vorhandensein des Komplexneurons oder der Signalneuronen reicht nicht aus. Dies liegt an der Dualität des Signalwertes: Das Komplexsignal – aber auch alle beteiligten Elementarsignale – können aktiv oder passiv sein.

Daher ist es eine schwierige Aufgabe, von der reinen körperlichen Existenz der Neuronen und der vermuteten Kenntnis ihrer Verschaltung untereinander auf die Signalwerte, genauer gesagt auf die digitalen Signaturen der beteiligten Neuronen schließen zu wollen.

 

Zur Vereinfachung des Sprachgebrauches definieren wir den Begriff der Elementarneuronen.

 

Definition 2.18: Elementarneuronen

 

Die aktiven Signalneuronen, die einem aktiven Komplexsignal zugeordnet sind, bezeichnen wir als die Elementarneuronen dieses Signals.

 

Zu den Elementarneuronen zählen also nur diejenigen Signalneuronen, die aktiv sind. Jene, deren Inaktivität in der digitalen Signatur des Komplexsignals durch eine Null gekennzeichnet ist, zählen wir nicht zur Menge der Elementarneuronen des Signals. Jedem Elementarneuron entspricht auf der Ebene des primären Cortex wieder ein nichttriviales Elementarsignal. Das Komplexneuron zählt ebenfalls nicht zu den Elementarneuronen.

 

Damit gilt das nachfolgende Theorem:

 

Theorem 2.39: Theorem der doppelten Dualität

 

Jedes aktive neuronale Komplexsignal hat zwei duale Formen der Repräsentation, eine ideelle und eine materielle. Die ideelle Repräsentation besteht in der neuronalen Aktivität. Die materielle Repräsentation besteht in der Existenz der zugehörigen Neuronen.

Jede Repräsentationsform eines Komplexsignals hat weiterhin zwei duale Signalformen: die Komplexform und die Elementarform. Die Komplexform besteht im Vorhandensein und der Erregtheit des Komplexneurons. Die Elementarform des Komplexsignals besteht in der Existenz und in der Erregtheit der zugehörigen Elementarneuronen.

 

Das obige Theorem behauptet nicht, dass alle Signale des Gehirns grundsätzlich Komplexsignale sind. Einer solchen dogmatischen Auslegung möchte der Autor ausdrücklich widersprechen. Es sind durchaus weitere, bisher nicht beschriebene Existenzformen von neuronalen Signalen möglich. Insbesondere kann einer weitverbreiteten These, die Information wäre weitläufig (eventuell sogar diffus) im Gehirn verteilt, in keiner Weise widersprochen werden. Denn angesichts der Tatsache, dass eine Purkinjezelle in einer geprägten Purkinjegruppe maximal etwa dreihunderttausend Parallelfasern anzapfen kann, von denen im Extremfall jede einzelne ein eigenes Elementarsignal repräsentieren könnte, hat eine digitale Signatur eines solchen Eigensignals dann möglicherweise dreihunderttausend Elementarsignale. Jedem einzelnen entspricht im primären Cortex dann ein eigenes Elementarneuron. Und diese sind bestimmt nicht alle an der gleichen Stelle konzentriert. Im Gegenteil: Wir müssen davon ausgehen, dass die Purkinjezellen mit ihren riesigen Dendritenbäumen die Clustergrenzen der zugehörigen Cortexcluster überschreiten und mit Nachbarclustern synaptisch verkoppelt sind. Dann wäre die zu einem Komplexsignal mit hinreichender Bitbreite gehörige „Neuronenwolke“ aus Elementarneuronen im Gehirn quasi diffus verteilt.

Einer Überlappung der Clustergrenzen haben wir bereits auf Seite 1 dieser Monografie den Vorzug gegeben. Dort erklärten wir unmittelbar nach der Definition der Cortexcluster:

 

(Eigenzitat von Seite 1 dieser Monografie):

 

„Die Cortexcluster dürfen sich gegenseitig überlappen, so dass benachbarte Cluster eine gemeinsame Neuronen-Teilmenge aufweisen. Diese Überlappung ist aus systemtheoretischer Sicht sinnvoll, wie später gezeigt werden wird.“

                                                                                                                      (Ende Eigenzitat)

 

Zusätzlich zur Überlappung der Cortexcluster kam es durch das (im Verlaufe der Evolution einsetzende) räumliche Wachstum der Dendritenbäume der Purkinjezellen zu einer Überschreitung der Clustergrenzen, so dass ein Purkinje-Dendritenbaum auch den Input der Nachbarcluster nutzen konnte. Die Überschreitung der Clustergrenzen durch die Purkinjezellen eines Cerebellumclusters macht Sinn. Dadurch können auch Elementarsignale zu einem Komplexsignal zusammengefasst werden, die verschiedenen, vielleicht sogar gar nicht benachbarten Clustern zugehörig sind.  

 

Theorem 2.40: Überschreitung der Clustergrenzen im Cerebellum

 

Im Verlauf der Evolution vergrößerten sich die Radien der Cortexcluster, so dass deren Überlappung zunahm. Parallel dazu konnten die Dendritenbäume der Purkinjezellen schrittweise größer werden und letztlich riesige Ausmaße erreichen. Dies führte zur zusätzlichen Überschreitung der Clustergrenzen. Dadurch nahm die Bitbreite der digitalen Signaturen der erlernbaren Komplexsignale extrem zu.

 

Die Überschreitung der Clustergrenzen ist eine Voraussetzung für die Entstehung der Multimodalität, bei der Signale verschiedener Modalitäten (Sehen, Riechen, Schmecken, ...) kombiniert werden können.

Nach diesem kurzen Einwand erinnern wir uns an die Ausgangslage: Jedes aktive Signal konnte einerseits in der Aktivität seiner Elementarneuronen existieren, andererseits in der Aktivität seines Komplexneurons existent sein. Für die erste Signalform war der primäre Cortex zuständig, für die zweite Form der sekundäre Cortex.

Somit hätten wir auf der einen Seite die Repräsentation des Signals in einem einzelnen Komplexneuron in seiner Komplexform. Alternativ wäre das gleiche Signal in den aktiven Elementarneuronen in seiner Elementarform existent.

Damit wird innerhalb der Neuronen als Datenspeicher eine Klassenbildung realisiert. Einerseits gibt es Komplexneuronen, die als Multi-Bit-Speicher arbeiten. Ihnen entspricht eine Dualzahl, die als digitale Signatur das gespeicherte Eigensignal repräsentiert. Diese Neuronenklasse ist im Cerebellum präsent und ist in Wirklichkeit nicht nur in Form der Purkinjezellen, sondern auch in den mit ihnen zusammenwirkenden Korb-, Stern-, Golgizellen sowie den Kernneuronen präsent (Eigen- und Fremdsignaldetektoren).

Die andere Neuronenklasse speichert die Elementarsignale in Ein-Bit-Neuronen ab, die sich im primären und sekundären Cortex befinden.

 

 

Eine bisher unerwähnte Neuronenklasse befindet sich im primären Cortex und hat die Aufgabe, den analogen Input der Rezeptoren des Lebewesens zu digitalisieren, damit er von den Ein-Bit-Neuronen des sekundären Cortex und den Multi-Bit-Neuronen des Cerebellum weiterverarbeitet werden kann. Diese werden wir im geplanten dritten Teil der Monografie wiederfinden.

 

Wie aber entsteht angesichts solcher Repräsentationszustände im Gehirn das Denken als informationstheoretischer Vorgang?

 

Hier erinnern wir uns an die Zusammenarbeit des direkten und des inversen Systems im Gehirn. Bestimmte Subsysteme im Gehirn sind in der Lage, ein in der Elementarform vorliegendes Signal in seine Komplexform zu transformieren.

Wir erinnern uns an das direkte Signalauswertungsprinzip:

 

-          Wirkt ein unbekanntes prägungsfähiges Komplexsignal in seiner Elementarform über den primären Thalamus auf den primären Cortex ein, so führt der über die Brückenkerne zum Cerebellum geleitete Moosfaserinput zur Prägung des Signals in einer Purkinjegruppe. Hierzu wird das vom Striosomensystem gebildete magnocellulare Kletterfasersignal benötigt, das wir dem Kurzzeitgedächtnis zuordnen. Dieses wird später durch das parvocellulare Kletterfasersignal des Matrixsystems abgelöst wird, welches wir dem Langzeitgedächtnis zuordnen.

-          Der Output der positiven Kernneuronen der mit diesem Komplexsignal geprägten Purkinjegruppe erreicht über den sekundären Thalamus den sekundären Cortex und erregt dort genau ein Komplexneuron.

-          Liegt dieses Komplexsignal nach seiner Prägung später nochmals in seiner Elementarform vor und erregt den primären Thalamus, so überführt das Doppelsystem aus primärem Cortex und primärem Cerebellum diese Elementarform in ihre Komplexform. Dadurch wird das zugehörige Komplexneuron erregt.

 

Aber es gibt auch das dazu inverse Signalauswertungsprinzip:

 

-          Einem prägungsfähigen Signal in seiner Komplexform entspricht ein erregtes Komplexneuron in sekundären Cortex. Auf natürliche Weise entsteht dessen Erregung über die Inputzufuhr zum primären Thalamus und von dort zum primären Cortex. Aus den Signalen der beteiligten Elementarneuronen gewinnt das Matrixsystem der Basalganglien eine Gruppe von Kletterfasersignalen, die im inversen, sekundären Cerebellum genauso viele Purkinjegruppen okkupiert, wie das Komplexsignal in seiner Elementarform Elementarneuronen besitzt. Durch Prägung wird jede der Elementarsignal-Purkinjegruppen später immer dann aktiv sein, wenn das Komplexneuron im sekundären Cortex aktiv ist. Denn dessen Aktivität speist die Erregung über ein Brückenkernneuron und eine zugehörige Moosfaser in diese Purkinjegruppen ein. Die positiven Kernneuronen dieser Purkinjegruppen aktivieren nun im Aktivitätsfall genau diejenigen Thalamusneuronen in primären Thalamus, die zur Elementarform des Komplexsignals gehören.

-          Damit transformiert das Doppelsystem aus sekundärem Cortex und inversem sekundären Cerebellum jedes geprägte Signal von seiner Komplexform in die Elementarform.

 

Daher gilt das nachfolgende Oszillationstheorem, das der Autor nach sich benennt, damit wenigstens ein Theorem dieser Theorie seinen Namen trägt. Ab hier möge jeder selbst entscheiden, ob das Gehirn und die (gegenwärtigen) Computer sich eher ähnlich oder eher unähnlich sind. Das Oszillationsprinzip ist bei Computern der Gegenwart (im Jahre 2012) völlig unbekannt. Daten werden in Computern statisch gespeichert und besitzen nicht zwei komplementäre und oszillierende Erscheinungsformen. Der Autor ist überzeugt davon, dass die Frage, ob das Gehirn wie ein Computer arbeitet, keine wirklich nutzbringende Frage ist. Wenn wir wissen werden, wie das Gehirn denkt, werden wir eines Tages denkende Objekte bauen, die man wahrscheinlich ebenfalls als Computer bezeichnen wird. Ob diese mit den gegenwärtigen Computern irgendetwas zu tun haben werden, wird die Zukunft zeigen.

 

 

Theorem 2.41: Das Oszillationstheorem von Malczan

 

Ein neuronal aktives Komplexsignal führt im Gehirn bei völligem Fehlen der rezeptiven Nachbarhemmung im primären Thalamus zu einer ständigen Oszillation seiner Signalform zwischen den zwei möglichen Repräsentationsformen, der Komplexform und der Elementarform. Die Transformation der Elementarform in die Komplexform realisiert das Doppelsystem aus primärem Cortex und primärem direkten Cerebellum. Die Transformation der Komplexform in die Elementarform realisiert das Doppelsystem aus sekundärem Cortex und sekundärem, inversen Cerebellum. Die Oszillationszeit hängt von der Laufzeit der Signale in den beteiligten Teilsystemen ab. Das ständige Oszillieren zwischen den beiden Signalformen dient auch der Zwischenspeicherung des Signals. Beim Vorliegen einer wenigstens teilweisen rezeptiven Nachbarhemmung der beteiligten Neuronen kann diese permanente Oszillation durch Dämpfung zum Stillstand kommen, so dass das zugehörige Signal dann weder in seiner Komplexform noch in seiner Elementarform dauerhaft beständig ist. Werden nur einzelne Elementarsignal-Komponenten rezeptiv gehemmt, während neuer Elementarsignalinput oder neuer Komplexsignalinput hinzukommt, so können wegen der selektiven Signalerkennung im Cerebellum neue Komplexsignale entstehen, deren Aktivität ebenfalls zwischen der Elementarform und der Komplexform oszilliert.

 

Da die beteiligten Axone als lange Projektionsleitungen zum größten Teil stark myelinisiert sind, schätzt der Autor die Zeit für einen kompletten Schleifendurchlauf auf etwa 25 bis 30 Millisekunden. Dann hätte das Oszillieren eine Frequenz von etwa 30 bis 40 Hertz. Dies ist allerdings nur eine unbestätigte Vermutung.

An dieser Stelle sei der Hinweis gestattet, dass man sich das Oszillieren der Signale gut in der Skizze 2.8 auf der Seite 149 vergegenwärtigen kann.

 

Trifft dieses Oszillationstheorem zu, so müssen wir uns das Vorhandensein eines bestimmten Signals als eine Schwingung in einem neuronalen Schwingkreis vorstellen, der aus zwei Teilsystemen besteht. Das eine Teilsystem besteht aus dem primären Thalamus, dem primären Cortexcluster und dem primären Cerebellum. In diesem Teilsystem befindet sich die Elementarform des Signals und wird durch das Vorhandensein und die Aktivität der genau zu diesem Signal gehörenden Elementarneuronen repräsentiert.

Das dazu komplementäre System besteht aus dem sekundären Thalamus, dem sekundären Cortex und dem inversen sekundären Cerebellum. Hier liegt das Signal in seiner Komplexform vor und wird durch das Vorhandensein und die neuronale Aktivität des Komplexneurons repräsentiert. Bedingt durch die relativ unveränderliche, aber größere Länge der beteiligten Axone benötigt ein Aktionspotential, welches vom Komplexneuron kommend die Elementarneuronen erregt, so dass diese nunmehr Aktionspotentiale erzeugen und diese in Richtung Komplexneuron senden, für einen kompletten Schleifendurchlauf eine bestimmte Zeit. Diese Umlaufzeit ist relativ konstant, da die Axonlänge sich (fast) nicht ändert und die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Aktionspotentiale ebenfalls nicht. Daher schwingen die beteiligten Neuronen abwechselnd mit einer relativ konstanten Frequenz, mal das Komplexneuron, dann wieder die Elementarneuronen, danach wieder das Komplexneuron, und danach wieder die Elementarneuronen, usw. usw. (Ähnlich funktionieren die sogenannten Taktgeneratoren im Gehirn).

Möglich wäre, dass die zwei Teilsysteme durch zusätzliche rekurrente Leitungen auch hemmend aufeinander einwirken. Dann würde, ähnlich dem Elementarschwingkreis im Striosomensystem, eine getaktete Schwingung vorliegen, bei der ein Dauersignal für jeweils eine relativ kurze Zeit völlig unterdrückt würde, um danach für kurze Zeit (genauso lange) wieder voll aktiv zu sein.

So wäre es durchaus möglich, dass der Output der negativen Kernneuronen im Nucleus ruber hemmend auf diejenigen absteigenden Brückenkernsignale des Cortex wirkt, die ihrerseits das Cerebellum mit seinem Moosfaserinput beliefern. Diese Variante würde hervorragend zur Erklärung der Funktionsweise von Systemen passen, bei denen Erkennungsgitter (Cortex) und Suchgitter (Cerebellum) zusammenwirken. Diese Thematik wird jedoch nicht in dieser Monografie behandelt, sondern ist im geplanten Teil 3 und 4 vorgesehen. Dort werden wir (voraussichtlich) erfahren, warum und vor allem wie der Nucleus ruber in der Auswahl seiner Signale vom Cortex auf das Cerebellum oder vom Cerebellum auf den Cortex umschaltet. Diese Umschalt-Hypothese existiert schon seit längerem in der neuronalen Fachwelt, konnte aber bisher nicht präzisiert werden.

 

Das Oszillationstheorem gibt uns eine Antwort auf die Frage, wie im Gehirn dem Vergessen vorgebeugt wird. Einerseits ist vergessen überaus wichtig. Daher ist es im Gehirn, speziell im Cerebellum, einfach mit eingeplant (Theorem des Vergessens).

Andererseits lehrt die Praxis, dass wir auch über Langzeitspeicher verfügen.

Das Oszillationstheorem lässt die Signale in geschlossenen Signalschleifen rotieren. Bei jedem Schleifenumlauf wird im Cerebellum die Nachprägung aktiviert. Dadurch wird das Eigensignal nachgeprägt, also ein mögliches Vergessen zeitlich hinausgezögert.

Andererseits hat die Signaloszillation einen für uns Menschen faszinierenden Nebeneffekt. Sie dient dem Starten von Träumen. Bei zunehmender Signalarmut – z. B. bei Beginn der Dämmerung – nimmt die rezeptive Nachbarhemmung in primären Thalamus ab, weil zunehmend die Signale fehlen, die diese Hemmung bewirken. Dadurch können die im System noch vorhandenen, oszillierenden Signale – vornehmlich die Stärksten von ihnen – die zugehörigen Purkinjegruppen über die Nachprägungsaxone stärker erregen. Stärkere Erregung ergibt aber stärkere Nachprägungssignale (Eigenresonanz). Wenn diese, wie im Abschnitt über den inversen Videospeicher beschrieben, nun auch die Nachbar-Purkinjegruppen erregen, läuft ein Film ab, in dem alle Signale der sequentiellen Speicherkette nacheinander aktiviert werden. Diese Signale liefern über das inverse System die Illusion, die zugehörigen Originalsignale wären aktiv. Genau dies ist das Traumerlebnis. Es verdankt seinen Start der Oszillation von bedeutsamen Signalen der höheren Subsysteme. Es ist vergleichbar mit den Wellen auf einer Wasseroberfläche, die durch Überlagerung ein lokales Maximum bilden, welches den Start eines Traumerlebnisses bewirkt.

Wir fassen diese Erkenntnis in ein eigenes (unbestätigtes) Theorem.

 

Theorem 2.42: Theorem der Traumentstehung

 

Bedingt durch die zunehmende Erschöpfung zum Tagesende, verknüpft mit der Verminderung der allgemeinen Reizstärke unter anderem durch die abnehmende Helligkeit und die eintretende Abendruhe sowie gefördert durch einen vom Nucleus suprachiasmaticus (SCC) gesteuerten Aktivitätsrhythmus nimmt die Aktivität des Rezeptorinputs im primären Thalamus zum Tagesende hin ab. Dadurch können sich die noch im System oszillierenden, stärkeren Komplex- und Elementarsignale gegenüber den schwächeren Signalen und gegen die schwachen Rezeptorsignale durchsetzen. Gefördert wird dies zusätzlich durch die Verminderung der Stärke der indirekten Signale (ARAS) im Cerebellum, wodurch sich der Arbeitspunkt so verschiebt, dass die Antwortvielfalt abnimmt. Durch die Rückkopplung in den geschlossenen Signalschleifen können diese Signale an Stärke gewinnen, da die rezeptive Nachbarhemmung stark vermindert ist. Die stärksten dieser Komplexsignale können die in den cerebellaren Speicherketten (Videospeichern) abgelegten Signalfolgen aktivieren, da sie Teilsignale von ihnen sind. Über die Nachprägungsaxone wird der Speicherinhalt der Speicherkette sequentiell aktiviert, was über die Nebenerregung der Eigensignaldetektoren von ähnlichkeitsverketteten Purkinjezellen unterstützt wird. Dadurch findet eine Aktivitätswanderung innerhalb der Speicherkette statt, bei der jede Purkinjegruppe vom Nachprägungsaxon ihrer Vorgängergruppe aktiviert wird und ihrerseits mit ihrem Nachprägungsaxon die Nachfolgergruppe aktiviert. Das inverse Cerebellum liefert für jede aktivierte Purkinjegruppe die ursprünglichen Originalsignale an den primären Thalamus. Dort entsteht die Illusion, das gespeicherte Geschehen fände aktuell statt. Dieser Vorgang entspricht dem Erleben eines Traumes. Die dabei stattfindende starke Signaloszillation macht sich im EEG bemerkbar (REM-Phase).

 

Es müssen jedoch nicht nur visuelle Träume sein, die durch den beschriebenen Algorithmus oder durch andere, nach Ansicht des Autors ebenfalls funktionsfähige Schaltungsvarianten bewirkt werden. Auch muss der Start einer in einer Speicherkette abgelegten Signalfolge nicht unbedingt unwillkürlich im Unterbewusstsein erfolgten.

Wir sind z. B. durchaus in der Lage, ein bereits erlerntes Gedicht – z. b. die Glocke von Schiller – bewusst abzurufen. Hier geschieht die Aktivierung der ersten Purkinjegruppe der Kette bewusst und meist vorsätzlich, auch wenn ein unbewusster Start ebenso möglich ist. Letzteres wird bei den sogenannten „Ohrwürmern“ deutlich. Dies sind Melodien, die (mit oder ohne Gesang) quasi von selbst im Kopf starten und abgespielt werden. Dies bereitet dann sogar Vergnügen, obwohl es eine Art „Fremdeingriff“ darstellt und quasi unseren eigenen Willen untergräbt. Gute Ohrwürmer machen sich im Kopf selbständig und rotieren dort (als Signalfolgen) ständig hin und her – aber nicht nur bei einem Betroffenen, sondern bei Hunderttausenden. Von diesem Standpunkt aus könnten sich sogar potentielle „Gegner“ einer Oszillationstheorie mit genau der vorgestellten Oszillationstheorie anfreunden.

Auch die Aktivierung von Traumata-Erlebnissen kann selbständig – fast ohne äußeren Anlass – vor sich gehen. Hier könnte man aus den Behandlungsmethode durchaus Rückschlüsse auf die neuronale Schaltung (speziell der unbewussten und der bewussten Aktivierung) ziehen, wenn man die Zeit hätte, sich damit genauer zu befassen. Das Wissen der Psychologen und Psychoanalytiker stellt gerade im Hinblick auf die Entschlüsselung der realen neuronalen Schaltungen einen bisher nur wenig genutzten Schatz dar.

Natürlich muss festgestellt werden, dass es zur Speicherung von Signalfolgen einen weit besseren Algorithmus gibt als den der cerebellaren Speicherketten unter Beteiligung der Nebenerregung ähnlichkeitsgekoppelter Signale und der Aktivierung der benachbarten Purkinjegruppen durch zusätzliche Nachprägungssignale der Vorgängergruppe. Diese werden jedoch bewusst nicht in dieser Monografie dargestellt, da sie eine eigene, in sich geschlossene Theorie des Hippocampus und des limbischen Systems erfordern. Diese ist erst angearbeitet.

 

Hier gibt es eine reale Schnittstelle zum bereits zitiertem Buch „Zur Konstruktion künstlicher Gehirne“ von Ulrich Ramacher und Christopf von der Malsburg. Beide gehen in ihrem Werk – wie viele andere, z. B. auch Prof. Wolf Singer – davon aus, die neuronale Repräsentation eines Signals beruhe auf der zeitlich synchronen Aktivität von Neuronenensembles. Ein Objekt mit vielen verschiedenen Eigenschaften würde also im Gehirn im Prozess der Bindung dadurch neuronal fassbar, weil eine genau zu ihm gehörende Neuronenmenge durch ihre synchrone Aktivität das Vorhandensein (die Aktivität) dieses Signals realisiere.

Rückblickend muss man sagen, dass die zeitliche Synchronität tatsächlich vorliegt.

Im Falle der Komplexsignale ist es halt so, dass die zeitlich synchrone Aktivität der zugehörigen Elementarneuronen genau die Voraussetzung für die Prägung der Purkinjezelle und später für die Wiedererkennung des Komplexsignals ist. Und auf Grund des Oszillationstheorems verbleibt ein einmal erkanntes Komplexsignal, wenn es sich auf einer hinreichend hohen Stufe des rekursiven Systems befindet – wo die rezeptive Nachbarhemmung entfällt – dem Gehirn relativ lange erhalten. Es wechselt halt (im Millisekundenbereich) ständig von seiner Elementarform zu seiner Komplexform und umgekehrt und hält dadurch die einmal erzielte Synchronität des Schwingens solange am Leben, bis ein Fremdeintrag von Elementar- oder Komplexinput zur Erkennung der veränderten Signalkonfiguration führt. Daher bestätigt diese Monografie die Vermutung, zeitliche Synchronität von neuronaler Aktivität und Signalerkennung würden einander bedingen.

 

Spätestens hier entsteht die Frage, ob die periodischen neuronalen Erregungen, die mittels EEG nachweisbar sind, nicht eine Bestätigung des Oszillationstheorems sein könnten. Wir erinnern uns auch an das Theorem 1.14 über die lose Synchronisation der dopaminergen Neuronen in der Substantia nigra pars compacta. Ebenso erinnern wir uns daran, dass die Cortexsignale auf ihrem Weg durch das Matrixsystem genau durch diese Substantia nigra pars compacta hindurchziehen müssen, um letztendlich zu parvocellularen Nachprägungsaxonen zu werden. Hier greift die (lose) nigrale Synchronisation in das oszillatorische Geschehen aktiv ein.

 

Die künftige Forschung möge abklären, mit welcher Frequenz die Signale zwischen der Komplexform und der Elementarform, also zwischen primärem Cortex, primärem Cerebellum, sekundärem Cortex und inversem sekundärem Cerebellum oszillieren und ob es wirklich eine phasenverschobene Hemmung gibt, die mit gewissem Zeitabstand nach der Erregung eintritt. Die Schwingungsdauer einer Schwingung, - also des Wechsels der Signalform von einem Zustand in den anderen und zurück – ist entscheidend für die Geschwindigkeit des analytischen Denkens. Mindestens diese Zeit braucht ein latenter (ungeborener) Gedanke, um dem Unterbewusstsein zu entsteigen und uns bewusst zu werden.  Dies wird nachfolgend näher erläutert.

 

Nunmehr können wir uns – quasi zum krönenden Abschluss – der Frage stellen, was denn Denken an sich sein könnte. Wobei es viele Arten und Methoden des Denkens geben kann. Der Autor will hier nur eine Form des Denkens aufzeigen, die er als analytisches Denken bezeichnet. Es dient der Erkennung der Zusammenhänge zwischen einem Komplexsignal und seinen Elementarsignalen.

Die Frage „Ist das ein Hund?“ kann man nur beantworten, wenn man die wichtigsten Erkennungsmerkmale für einen Hund kennt. Weiterhin muss man das Objekt, welches mit der Präzisierung „das“ gemeint ist, analytisch beobachten. Mit jeder Eigenschaft, die man an diesem Objekt erkennt, kann man die Frage, ob „das“ ein Hund ist, besser beantworten. Mit jeder erkannten Eigenschaft erhält die Purkinjegruppe „Hund“ im primären Cerebellum weiteren, zusätzlichen Input über ihre Parallelfasern. Deren Input stammt von den Signalneuronen des primären Cortex, wo die Einzelsignale – quasi die Elementareigenschaften eines Hundes – Schritt für Schritt erkannt werden. Übersteigt der Moosfaserinput die erforderliche Mindeststärke, überwiegen die Eigensignale in der „Hundezelle“ gegenüber den ebenfalls noch vorhandenen Fremdsignalen. Die „Hundezelle“ meldet die Erregung dem sekundären Thalamus und dem sekundären Cortex: „Hund erkannt!“.

Hier verselbständigt sich der Prozess. Das Komplexneuron „Hund“ im sekundären Cortex aktiviert über die Brückenkerne diejenigen Purkinjegruppen des inversen Cerebellums, die den Elementarsignalen des Hundes zugeordnet sind. Deren positive Kernneuronen aktivieren die Elementarneuronen im primären Thalamus, die zum Komplexsignal „Hund“ gehören. Dort entsteht die Illusion, einen Hund wahrgenommen zu haben. Aber: Das Komplexneuron „Hund“ aktiviert alle zum Objekt „Hund“ gehörenden Elementarzellen in primären Thalamus. Es werden also alle Elementarsignale zur Hundezelle aktiviert, speziell auch solche, die man durch die zuvor erfolgte Beobachtung des realen „das“- Objektes gar nicht erkannt hatte. Da die Elementarneuronen zu den „Hundeeigenschaften“ zueinander einen relativ großen räumlichen Abstand haben, ist die rezeptive Nachbarhemmung eines jeden von ihnen nicht in der Lage, die übrigen Elementarsignale des Hundesignals zu hemmen.

Das inverse Cerebellum aktiviert also sämtliche Elementarneuronen im primären Thalamus, die zum Komplexsignal Hund gehören. Darunter auch solche, die wir bei unserer Analyse nicht erkannt haben. Und es werden alle Modalitäten aktiviert: optische Merkmale wie Farbe oder Form, aber auch akustische wie „Bellen“, zusätzliche olfaktorische wie „riecht nach Hund“, ja selbst Schmerzsignale wie etwa „Hund beißt die Hand“. Diese zusätzlichen Signale stellen einen Input dar, den das System selbst erzeugt hat.

 

Die vom Autor als Theorem von Palm bezeichnete Eigenschaft, dass eine Purkinjegruppe ihr Eigensignal erkennt, auch wenn es maximal bis zur Hälfte von Fremdsignalen überdeckt wird oder unvollständig vorliegt, erweist sich nun als systemtheoretische Triebfeder des analytischen Denkens.

Das Cerebellum (als Assoziativmatrix) erkennt also ein Komplexsignal, obwohl es entweder unvollständig ist oder von einem Fremdsignal überlagert wird, solange der Eigensignalanteil überwiegt. Sein Output aktiviert ein Cortexneuron, dessen Output im inversen System alle erlernten Elementarsignale zum erkannten Signal aktiviert. Darunter befinden sich auch solche, die zuvor inaktiv waren. So erzeugt das inverse System selbst zusätzlichen Input, der sich mit den übrigen Signalen im neuronalen System überlagern und zu neuen Komplexsignalen verbinden kann. Dieser selbst erschaffene Input stellt die Gedanken dar, die während des analytischen Denkens in uns erzeugt werden. Sie entsteigen unserem Unterbewusstsein, weil wir zuvor gelernt haben, dass das Objekt „Hund“ mehr Eigenschaften hat, als wir während der eigenen Analyse erkannt haben. Unsere Komplexzelle im Cortex ergänzt über das inverse System die fehlenden Eigenschaften, die als neue Gedanken wie etwa „Der Hund ist aber zutraulich“, „Der Hund ist kuschelweich“, „Der Hund kläfft gar nicht“ oder gar „Das ist unser Hund Djego!“ in unserem Gehirn gebildet werden.

 

Diese Art der Signalverarbeitung möchte der Autor dieser Monografie als analytisches Denken bezeichnen.

 

Theorem 2.43: Das Theorem des analytischen Denkens

 

Die Ursache für das analytischen Denkens ist die Komplettierung der zuvor nur teilweise vorhandenen Elementarsignale zu einem Komplexsignal während der ständigen Oszillation der Signalform zwischen der komplexen und der elementaren Form, die durch das inverse System realisiert wird. Das Komplexsignal wird erkannt, obwohl es unvollständig ist und von Fremdsignalen überlagert sein kann, weil sein Eigensignalanteil den Fremdsignalanteil übersteigt. Die nach der Erkennung trotz unvollständigem Input erfolgende Signalkomplettierung durch das inverse System schafft neuen Elementarsignal-Input, den wir als neue Gedanken interpretieren. Diese verändern unser inneres Abbild und werden uns als (analytisches) Denken bewusst. Analytisches Denken kann meist nur in den höheren Stufen des rekursiv aufgebauten Systems stattfinden, weil dort die rezeptive Nachbarhemmung abstandsbedingt unwirksam ist.

 

Nun können wir präzisieren, was es bedeutet, wenn „Gedanken dem Unterbewusstsein entsteigen“. Wir können dieses Unterbewusstsein im Gehirn räumlich lokalisieren und sogar seine neuronale Schaltung angeben (falls die Theorie des Autors bestätigt werden wird).

Das Unterbewusstsein wird vom inversen Cerebellum gebildet. Dort liegen unsere bereits zum Langzeitgedächtnis gehörenden Informationen in ihrer Elementarform vor, sind aber im Allgemeinen inaktiv. Erst die Aktivierung von Komplexneuronen im sekundären Cortex liefert über die Brückenkerne und Moosfasern den Input für die Signalantwort, die dann dem inversen Cerebellum „entsteigt“ und sich – gegen eine mögliche rezeptive Nachbarhemmung – zum primären Thalamus durcharbeitet. Diese Signale werden im Moment des Erreichens dieses Thalamus zu unseren Gedanken. Daher ist der Thalamus auch zu recht „das Tor zum Bewusstsein“.

 

Wir fassen unsere Erkenntnis über das Unterbewusstsein in ein eigenes Theorem. Es wird wohl das letzte Theorem in dieser Monografie sein.

 

Theorem 2.44: Das Theorem vom Unterbewusstsein

 

Das Unterbewusstsein wird von den indirekten Cerebellumclustern gebildet. Sie transformieren den Komplexsignalinput vom übergeordneten (sekundären) Cortex, der sie in den Komplexformen über die Brückenkerne erreicht, wieder in die vervollständigten Elementarformen der Elementarsignale und senden sie zum untergeordneten (also primären) Thalamus, wo sie uns bewusst werden. Da der Thalamus diese Daten wieder dem übergeordnetem Cortex übergibt, der sie wieder in die Komplexform überführt, oszillieren diese Daten längere Zeit zwischen der Komplexform und der Elementarform hin und her und stehen uns in dieser Zeit als Gedanken, Vorstellungen und Wahrnehmungen im Bewusstsein zur Verfügung. Die Veränderung der Inputlage durch neuen Input oder die rezeptive Nachbarhemmung führt zur ständigen aktiven Beeinflussung des Bewusstseins durch das Unterbewusstsein.

 

Das inverse Cerebellum stellt nicht nur das Unterbewusstsein zur Verfügung, sondern es ermöglicht uns das analytische Denken.

Das analytische Denken setzt jedoch Wissen voraus, welches möglichst umfassend sein sollte. Anschließend reicht bei der Objekterkennung eine Teilmenge an Eigenschaften aus, die unser inverses System komplettiert. Die Komplettierung setzt neuen, selbsterzeugten Input frei, der mit dem bisherigen aktuellen Input und mit bereits gespeichertem Input kombiniert wird und wiederum zu neuen „Komplettierungsgedanken“ führt.

 

Anwendungsbeispiele gibt es viele. So wird der Satz des Pythagoras beispielsweise in unserem Gehirn neuronal so hergeleitet, dass Anfangsinformationen vom inversen System schrittweise ergänzt werden. Aus den so selbst gewonnenen Informationen wird durch Kombination mit bereits vorhandenem Wissen letztlich in einer Beweiskette die Gültigkeit des Lehrsatzes bewiesen.

 

Je nach Umfang und Exaktheit des bereits vorhandenen Wissens kann das analytische Denken auch völlig in die Irre führen. Wer gelernt hat, dass die Erde eine Scheibe ist, wird von der Angst besessen sein, an deren Rand herunterzufallen. Daher ist das ewige Streben nach neuen und bestätigten Erkenntnissen nicht nur eine Voraussetzung, das analytische Denken fehlerfreier zu gestalten, sondern es bewahrt uns vor den negativen Folgen von Fehlentscheidungen. Dies gilt sowohl individuell als auch für die Gesellschaft als Ganzes. Andererseits gibt es auch Bestrebungen gewisser Interessengruppen, genau diese Wissensvermittlung zu begrenzen. Hier sind es vor allem diktatorische Systeme und ideologiebegründete Machtansprüche, die einer Wissensverbreitung entgegenstehen und freies Denken durch Dogmatismus ersetzen wollen. [1]

 

Aber auch die Stellung des Menschen zum Menschen und zu den übrigen Lebewesen hängt davon ab, ob wir uns der Gemeinsamkeiten und Unterschiede bewusst werden, oder ob wir uns (unberechtigter Weise) selbst ermächtigen, uns über all das Leben zu erheben und eine Sonderstellung zu beanspruchen. Spätestens mit dieser Monografie hat der Mensch den Anspruch verwirkt, das einzige denkende und intelligente Wesen dieses Planeten Erde zu sein. Ebenso ist zu prüfen, ob das Bewusstsein an sich nicht bereits bei den ersten Säugetieren vorhanden war, oder gar noch früher existieren konnte. Die neuronalen Schaltungen dazu sind aus evolutionärer Sicht sicherlich bereits uralt!

 

Notwendig erscheint es nun, darauf hinzuweisen, dass das sekundäre Cerebellum – wie jedes Cerebellum – erregend zum übergeordneten Thalamus projiziert. Es wäre müßig, dieses Thalamus als tertiären Thalamus zu bezeichnen, der seine Signale wieder zu einem tertiären Cortex sendet. Ebenso werden die Outputsignale der Neuronen des tertiären Cortex im Matrixsystem wieder zu Kletterfasersignalen transformiert usw. Zu jedem Cortex der Stufe k < n gibt es einen übergeordneten Cortex der Stufe k+1, wobei die Stufenzahl n natürlich endlich ist. Ebenso gibt es wieder ein untergeordnetes und ein übergeordnetes direktes Cerebellum sowie im übergeordneten Cerebellum ein inverses Cerebellum, welches den untergeordneten Thalamus mit inversem Input versorgt. Zusätzlich beobachten wir eine Überschreitung der Clustergrenzen in den Cerebelli der verschiedenen Stufen. Daher sind die höheren Cortices grundsätzlich als Assoziativgebiete zu betrachten, die Komplexsignale auf höherer Stufe integrieren und auswerten.

 

Nicht vergessen werden sollte, dass es neben dem parvocellularen System auch das magnocellulare gibt. Erinnert sei hier an das Theorem von der Auflösungspyramide nach Ramacher. Auch die Signale dieses Systems werden im Cerebellum ausgewertet und begründen den Teil der Integrationsgebiete des Cortex. Dieses System ist evolutionär älter und arbeitet eng mit dem limbischen System zusammen. Davon ist jedenfalls der Autor überzeugt.

 

Als von dieser Monografie bereits die Endfassung zur letzten Kontrolle ausgedruckt worden war, bemerkte der Autor noch eine Unvollkommenheit zur Problematik der Zusammenarbeit der direkten und der inversen Systeme. Diese scheint so bedeutsam zu sein, dass es hier nun eine Art ungeplanter Zugabe gibt. Es ist ein weiteres Resultat aus der Gültigkeit des Theorems von Palm.

 

Bekanntlich erkennt eine Purkinjegruppe ihr Eigensignal auch dann, wenn es unvollständig ist, solange der Fremdsignalanteil den Eigensignalanteil nicht übersteigt. Die Erkennung aktiviert ein Komplexneuron im sekundären Cortex. Dessen Output zieht über die Brückenkerne auch zum inversen sekundären Cerebellum. Die positiven Kernneuronen der zugehörigen Purkinjegruppen aktivieren nunmehr im primären Thalamus alle zum Komplexsignal gehörenden Elementarsignale. Diese aktiven Thalamusneuronen aktivieren im primären Cortex alle zum Komplexsignal gehörenden Elementarneuronen.

 

Wie wir erkannt haben, projiziert aber auch jedes aktive Signalneuron des primären Cortex über die Brückenkerne ins primäre Cerebellum. Dort sind genau die zu diesem Komplexsignal gehörenden Moosfasern aktiv – und zwar alle – auch die zuvor inaktiven.

 

Wir gingen bisher davon aus, dass die genannten Moosfasern mit ihrer Aktivität dafür sorgten, dass nunmehr die Komplexform des Signals aktiv wurde, indem die Purkinjegruppe zu genau dem betrachteten Komplexsignal aktiviert wurde. So ergab sich die ständige Oszillation zwischen der Elementarform und der Komplexform des betrachteten Signals.

 

Dies alles ist richtig, jedoch unvollständig. Denn wenn im primären Cerebellum eine Schaar von Moosfasern aktiv ist, so wird normalerweise nicht nur genau ein Signal – das oben betrachtete – aktiviert, sondern mehrere, manchmal sogar viele. Warum?

Weil jede Purkinjegruppe, deren Eigensignal wenigstens zur Hälfte von der aktivierten Moosfaserpupolation gespeist wird, mit einem Output antwortet, wenn der störende Fremdsignalanteil nicht zu groß ist. Eine aktive Schaar von Moosfasern erregt im Cerebellum meist eine ganze Klasse von Purkinjegruppen, deren Eigensignal wenigstens zur Hälfte von diesen aktiven Moosfasern gebildet wird, wenn die Störsignale nicht zu stark sind.

 

Also erzeugt das inverse Cerebellum nicht nur die Elementarform eines aktiven Komplexsignales K, sondern das primäre Cerebellum antwortet (leicht zeitverzögert) zusätzlich mit dem Output aller möglichen Komplexsignale K1, K2, K3, ... , Km, die mit dem Signal K wenigstens die Hälfte aller Moosfasern gemeinsam haben und deren Fremdsignalanteil nicht zu groß ist. Der Output der positiven Kernneuronen dieser aktivierten Purkinjegruppen erreicht nunmehr als vom System selbst erschaffener Input die zugehörigen Komplexneuronen in sekundären Cortex.

 

Während unser Unterbewusstsein die unvollständig erkannten Elementarsignale zu einem Komplexsignal ergänzt und diese uns bewusst werden, entstehen in unserem sekundären Cortex zusätzlich alle diesem Komplexsignal hinreichend ähnlichen Komplexsignale. Hier beginnt die Eigenschaft, die man bei Computern mit Multitasking bezeichnen würde.

 

Wenn beispielsweise gefragt wird: „Ist das ein Hund“, so liefert das inverse Cerebellum zunächst einmal alle Hundeeigenschaften. Eine wäre z. B. „Hunde fressen Fleisch und Knochen“. Wenn aber in unseren cerebellaren Datenspeichern die Sätze „Löwen fressen Fleisch und Knochen“, „Tiger fressen Fleisch und Knochen“, „Schakale fressen Fleisch und Knochen“ bereits gespeichert sind, so gibt es auch die drei Purkinjezellen mit genau diesem Inhalt. Jeder Satz besteht aus vier wesentlichen Wörtern (wenn man das Hilfswort „und“ nicht mitzählt). Und daher ist jeder Satz zu 75 Prozent mit dem Satz „Hunde fressen Fleisch und Knochen“ verwandt. Alle vier Purkinjezellen verwenden die Moosfasern der drei Signalbestandteile: „fressen“, „Fleisch“, „Knochen“. (Das Hilfswort „und“ dient nur der Grammatik).

Wenn also die Moosfasern zum Satz „Hunde fressen Fleisch und Knochen“ aktiviert werden, antworten die Purkinjegruppen „Löwe“, „Tiger“ sowie „Schakale“ mit einem Output.

Daher darf es uns nicht verwundern, wenn jemand beim Anblick unseres Hundes erfreut ausruft: „Der sieht ja aus wie ein kleiner Tiger“, „Der hat ja Hunger wie ein kleiner Löwe“, oder etwa: „Der stürzt sich auf das Fleisch und die Knochen wie ein verhungerter Schakal!“ Solche Sätze in Gegenwart eines kleinen Hundes sind der Beleg dafür, dass der Hund als solcher erkannt wurde, aber dass die Elementarsignale des Hundes in unserem inversen Cerebellum eben nicht nur die Komplexzelle „Hund“ in sekundären Cortex aktivierten, sondern über den Weg des direkten, primären Cerebellums auch die ähnlichen Komplexsignale „Tiger“, „Löwe“ und „Schakal“.

 

Hier müssen wir jedoch die Ähnlichkeit von Signalen mathematisch erfassen.

 

Definition 2.19: Ähnlichkeit von Signalen

 

Gegeben seinen n Elementarsignale. Wenn jedes Elementarsignal entweder aktiv oder passiv sein kann, die zugehörigen Signalwerte also 1 bzw. 0 sind, so können aus diesen Elementarsignalen insgesamt 2n verschiedene Komplexsignale gebildet werden. Zwei beliebige Komplexsignale aus dieser Komplexsignalmenge mögen nun beide genau k gleiche aktive Elementarsignale verwenden, während sie in den übrigen Elementarsignalen verschieden seien. Dann ist der Quotient aus der Zahl k und der Zahl n die Ähnlichkeit dieser Signale.

 

Die Ähnlichkeit ist eine Zahl zwischen 0 und 1. Wir analysieren ein Beispiel:

 

-          S1 = (1; 1; 0; 0; 1; 0; 0; 1; 1; 0)

-          S2 = (1; 0; 0; 1; 1; 0; 1; 1; 1; 0)

-          In der ersten, der fünften, der achten und der neunten Position ist in beiden Signalen das zugehörige Elementarsignal aktiv, hat also den Signalwert 1. Das sind genau vier Positionen. Beide Signale bestehen je aus 10 Positionen.

-          Der Ähnlichkeitswert ist V = 4/10, also V = 0,4.

-          Die beiden Signale sind sich zu vierzig Prozent ähnlich.

 

Jeder Position, die in beiden Signalen gleichzeitig aktiv ist, also den Wert 1 besitzt, entspricht im primären Cerebellum eine gemeinsame Moosfaser. Ein Signal der Form

 

            S = (1; 0; 0; 0; 1; 0; 0; 1; 1; 0)

 

würde, wenn es aktiv wäre, nicht nur die Purkinjegruppe zum Signal S aktivieren, sondern ebenso die Purkinjegruppen zu den Signalen S1 und S2. Vorausgesetzt, kein aktives Fremdsignal wäre übermäßig stark und würde alles „übertönen“.

 

Daher kann also das Zusammenwirken des direkten Systems und des indirekten Systems in Verbindung mit der Signaloszillation dazu führen, dass nicht nur unvollständige Signale komplettiert werden, sondern auch ähnliche Signale im System selbst generiert werden und als Gedanken in unser Bewusstseins treten. Wir wollen diese Erkenntnis als allerletztes Theorem dieser Monografie hinzufügen, quasi als Zugabe. Denn diese Erkenntnis war ursprünglich nicht vorhanden und entstieg selbst auf die gerade beschriebene Art und Weise dem Unterbewusstsein des Autors.

 

Theorem 2.45: Theorem von der Generierung ähnlicher Komplexsignale als neue Gedanken

 

Während der Oszillation von Signalen zwischen ihrer Komplexform und ihrer Elementarform werden von den gerade aktiven Moosfasern im primären Cerebellum zusätzlich alle Purkinjegruppen aktiviert, deren Eigensignal wenigstens zur Hälfte aus diesen aktiven Moosfasern gespeist wird und deren aktuelle Fremdsignalstärke diese Eigensignalstärke nicht übersteigt. Dadurch entstehen während der Signaloszillation zusätzliche Komplexsignale im sekundären Cortex, die den bisherigen ähnlich sind und uns als neue, ähnliche Gedanken bewusst werden

 

Als letzte These sollte die Vermutung diskutiert werden, dass vor allem in den unteren Stufen des rekursiven Systems, und dort vor allem im Thalamus ähnliche Komplexsignale räumlich näher beieinanderliegen als unähnliche. Dadurch wird aber eine mögliche rezeptive Nachbarhemmung wahrscheinlicher, so dass die (signalstärkeren) Hauptgedanken die (signalschwächeren) ähnlichen Nebengedanken rezeptiv hemmen. Diese Hemmung ist jedoch nicht absolut, sondern relativ und daher etwa proportional zur Signalstärke, so dass die Nebengedanken zwar geschwächt werden, aber dennoch da sind. Neuer Input kann dann eventuell die Hauptgedanken hemmen und die Nebengedanken stärken. Dann läge eine aktive, bewusste Denkarbeit vor, in deren Ergebnis alte und evtl. fehlerhafte Gedankengänge durch neue, korrigierte ersetzt werden. Diese Form der „Einsicht“ ist uns während ihres Stattfindens voll bewusst, weil die Signale vom primären Cerebellum kommend den sekundären Thalamus und den sekundären Cortex erreichen.

 

Dieses soll die letzte Erkenntnis sein, die der Autor den geneigten Lesern in dieser Monografie zukommen lässt. Möge die Zukunft entscheiden, ob eine Gehirntheorie realitätsnah genug ist, die  – auch wenn sie das analoge und das binäre System des Gehirns vorläufig ausspart – die Entstehung von Gedanken und Denkvorgängen im Gehirn wenigstens teilweise auf eine systemtheoretische Art erklärt und dabei eine neuronale Schaltung des Gehirns entwirft, die noch zu bestätigen sein wird. Mögen sich Neurologen, Mathematiker, Physiker, Psychologen und Psychoanalytiker an die Arbeit machen und prüfen, ob das „Manifest der elf führenden Neurowissenschaftler“ tatsächlich Früchte zu tragen beginnt. Ohne diesen Aufruf hätte sich der Autor niemals genötigt gefühlt, so ins Detail zu gehen, um eine halbwegs plausible Erklärung für die neuronale Schaltung des Gehirns und für seine mögliche Funktionsweise zu suchen. Daher sind die Autoren dieses Manifestes ausdrücklich in den Kreis derer aufgenommen, denen der Autor zu großem Dank verpflichtet ist.

 

Der Leser hat nun das letzte Wort.


ISBN 978-3-00-037458-6
ISBN 978-3-00-042153-2

Monografie von Dr. rer. nat. Andreas Heinrich Malczan