Bioinformation auf verschiedenen Verarbeitungsebenen

Diplomarbeit von Rolf Oster

Gang der Untersuchung:

Das Kernstück meiner Diplomarbeit stellt die theoretische Modellierung einer Aufmerksamkeitssteuerung dar, welche für die Ausprägung des Bewußtseins grundlegend ist. Computersimulationen auf PC und einem an der Universität Bonn entwickelten Neurocomputer (von Prof. R. Eckmiller) zeigen ungefähr das in der Theorie dargestellte Systemverhalten. Letztlich werden Ansätze für die Ausbildung des Bewußtseins modelliert und diskutiert. Diese für die Praxis hoffentlich sehr brauchbaren Theorien habe ich während meiner Ausarbeitung aus der Anatomie des menschlichen Gehirns und Theorien der Informatik entwickelt.

Um diese Zusammenhänge auf fundierten Grundlagen verständlich zu machen, werden zu Anfang kurz die biologischen Hintergründe der Informationsverarbeitung in der Nervenzelle präsentiert und auf ein theoretisches Modell der Informatik projiziert. Außerdem werden Typen von Neuronen und Standardverschaltungen erläutert.

Bevor ich auf detaillierte Funktionsweisen im Gehirn eingehen konnte, mußte ich die funktionale Stellung des Gehirns als Gesamtheit betrachten und die theoretischen Aspekte des Geist-Gehirn-Problems klären. Dazu zählt beispielsweise der Aspekt, wie das Gehirn als Betrachter seiner selbst agieren kann oder wie es Zustandsänderungen in der Umgebung registriert, auf neuronaler Ebene repräsentiert und letztlich auf die Umgebung durch Handlung oder Planung zurückprojiziert. Die neueste Literatur von J.C. Eccles, F. Crick und G. Roth habe ich detailliert und kritisch verglichen.

Aus sehr vielen verschiedenen Sinnesinputs muß unser Gehirn (und so auch autonom agierende Rechner) die momentan am wichtigsten erscheinende Information herausselektieren, um nicht von einer Informationsflut, welche eine gezielte Verarbeitung unmöglich machen würde, erschlagen zu werden. Eine Selektion dieser Art geschieht im Thalamus (spezielle Hirnregion); er leitet die ausgewählten Informationskanäle weiter zum Cortex, wo dann in den zugehörigen Regionen Mustererkennung, Abruf von gespeicherten Informationen, Bewußtseinsbildung und weitere abstrakte Vorgänge ablaufen.

Es ist sehr wahrscheinlich, daß der von mir beschriebene Selektionsmechanismus im Thalamus tatsächlich in dieser Form funktioniert. Auf diese Weise kann sich die natürliche Eigenschaft, einen Konzentrationsfokus auf bestimmte Eingangsdaten zu richten und trotzdem permanent durch wichtigere Ereignisse abgelenkt werden zu können, auf künstliche Intelligenzen übertragen und so die Grundlage für deren Bewußtsein bieten. Er beruht zum Teil auf festen neuronalen Verknüpfungen, zum anderen Teil auf adaptiven Verbindungen, die einen Lernprozeß erlauben. Der eigentliche Selektionsvorgang ist eine Interaktion von parallel arbeitenden Nervenzellen. Diese Arbeitsweise kann jedoch (unter Performance- Einbuße) durch sequentielle Algorithmen in immer noch akzeptabler Rechenzeit simuliert werden.

Das in meiner Diplomarbeit vorgestellte Modell integriert verschiedene Bewertungsfunktionen bzgl. der Selektionskriterien und wird unter unterschiedlichen Aspekten beleuchtet. So wird beispielsweise die Beeinflussung durch den Wachzustand oder die Rückkopplung eines vom Bewußtsein erzeugten Outputs als Input für den Thalamus betrachtet. Auch das Kurzzeitgedächtnis kann im Modell mit einbezogen werden. Letztlich wird das Modell auf einen Praxisfall angewendet und per PC-Programm simuliert. Ein formales Gerüst für die Grundlage des bewußten Denkens bei Computern ist damit geschaffen. Verknüpft man dieses Selektionsmodell mit selbstorganisierenden Neuronennetzen, ist es möglich, verschiedene Verarbeitungszentren in diesen Netzen zu erzeugen - in Analogie zum menschlichen Gehirn (Seh-, Hör-, Sprachzentrum, etc.). Leider standen mir finanziell und technisch an der Universität nicht die Mittel zur Verfügung, um meine Theorie zu beweisen. Da dieser Ansatz nicht nur auf der Basis logischer Verschaltungen entworfen wurde (wie die scheinbar in einer Sackgasse befindliche KI), sondern die Anatomie des Gehirns mit einbezieht, halte ich es für möglich, über den an die Natur angelehnten Schritt ein Hybridsystem aus logischer Intelligenz und bewußten Denkens schaffen zu können.

Als Abschluß der Diplomarbeit habe ich Synchronisationsprozesse im Cortex und daraus resultierende Möglichkeiten für die Ausbildung des Bewußtseins formal herausgestellt. Es ergibt sich schließlich das Modell des einheitlichen Geistes und ein Ansatz zur Klärung des Ich-Bewußtseins.

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