Wie wir uns an letztes Wochenende erinnern

ÖEine der schwierigsten Fragen für die Wissenschaft des Gedächtnisses beschäftigt sich mit der offensichtlichsten Tatsache über Erinnerungen: Wir können uns, nun ja, an sie erinnern. Das Problem ist, dass niemand genau weiß, wie wir uns mit so viel Leichtigkeit an jene Party vom vergangenen Wochenende erinnern, mit all dem Samba-Tanzen und dem Klirren von Eis in den Gläsern, der Duft der Zirkulation Vorspeisen, der Ruck die Wirbelsäule hinauf, wenn man in einem überfüllten Raum den Blick eines Liebhabers auf sich zieht. Alle diese emotionalen und sensorischen Elemente werden, wie wir wissen, in unterschiedlichen Bereichen des Gehirns registriert – aber wie können wir sie alle gleichzeitig in Erinnerung rufen und heraufbeschwören, indem wir uns an das mentale Ereignis als eine einzige Erfahrung erinnern?

Eine Gruppe von Wissenschaftlern der University of California, San Diego, hat einen vielversprechenden Mechanismus gefunden, der nicht nur erklären könnte, wie die Erinnerung funktioniert, sondern auch, im weiteren Sinne, das bewusste Erleben selbst.

In einem kürzlich veröffentlichten Artikel in der Proceedings of the National Academy of Sciencesidentifizierte der Hauptautor und Neurophysiologe Charles Dickey Wellenmuster – kurze hochfrequente Oszillationen in der neuronalen Aktivität – die sich während des spontanen Erwachens und des Erinnerungsabrufs über das menschliche Gehirn synchronisieren.1 Diese Wellen breiten sich über entfernte Bereiche der Großhirnrinde (der faltigen Oberfläche des Gehirns) aus, die für die sensorischen Elemente verantwortlich sind, die an jedem mentalen Ereignis beteiligt sind, und erstrecken sich bis zum Hippocampus, einer seepferdchenförmigen Struktur, die den Schlüssel zum Gedächtnis bildet. Viele Studien hatten zuvor Wellen im Hippocampus von Ratten und ihre Beziehung zum Gedächtnis untersucht, aber Dickey hat erst kürzlich Wellen im menschlichen Kortex identifiziert.

Es gibt mehrere konkurrierende Theorien über Netzwerke neuronaler Aktivität, die die Kommunikation zwischen verschiedenen Bereichen des Gehirns erleichtern können, um bewusste Erfahrungen zu machen.2 Aber dies könnte der erste beobachtete Mechanismus sein, der möglicherweise das sogenannte „weiche Problem“ des Bewusstseins lösen könnte – die Suche nach der Identifizierung der physischen Prozesse im Gehirn, die mentalen Ereignissen zugrunde liegen. Das weiche Problem steht im Gegensatz zum sogenannten „harten Problem“ des Bewusstseins, der Frage, wie etwas Physisches wie das Gehirn möglicherweise die reiche, eindeutig mentale Qualität gelebter Erfahrung erzeugen kann.

WELLIGKEIT: Anstelle eines einzelnen Geistes in der Maschine können wir eine unendliche Anzahl von Geistern in Form einer unglaublichen Prozession von Wellen beherbergen, die sich über das Gehirn ausbreiten. Illustration von Kateryna Kon / Shutterstock

„Wir müssen zuerst das weiche Problem des Bewusstseins lösen, und das harte Problem behindert diese Suche nicht wirklich“, sagte Eric Halgren, Co-Autor der Veröffentlichung und Direktor des Labors der UC San Diego, an dem Dickey seine Abschlussforschung betrieben hat .

Die Schwierigkeit hinter dem weichen Problem des Bewusstseins besteht darin, dass es keinen leicht identifizierbaren Ort des Bewusstseins gibt, obwohl im Laufe der Jahrhunderte viele Möglichkeiten vorgeschlagen wurden. Rene Descartes, der Philosoph des 17. Jahrhunderts, dachte, der Sitz des Bewusstseins sei die Zirbeldrüse, eine kleine Drüse im Zentrum des Gehirns, aber wir erkennen jetzt, dass sie wahrscheinlich stattdessen für die Produktion und Regulierung von Melatonin für unsere Schlafzyklen verantwortlich ist. Zweihundert Jahre später vermutete ein deutscher Physiologe namens Johannes Müller, dass die Medulla oblongata, die stammartige Struktur am unteren Ende des Hirnstamms, für das Bewusstsein verantwortlich sei. (Wir wissen jetzt, dass es hauptsächlich für unwillkürliche Funktionen wie Herzschlag, Atmung, Erbrechen und Niesen verantwortlich ist.)

Dieser Mechanismus könnte das „weiche Problem“ des Bewusstseins lösen.

Später ernannte der englische Physiologe William B. Carpenter den Thalamus, eine stiefelförmige Struktur in der Mitte des Gehirns, zum Zentrum des Bewusstseins, und der berühmte Biologe Francis Crick betrachtete das Claustrum, eine neurale Struktur, die wie eine Krone des Gehirns aussieht Dornen um die Rinde. Es stellt sich heraus, dass sowohl das Claustrum als auch der Thalamus tatsächlich eine wichtige Rolle bei bestimmten Merkmalen des Bewusstseins spielen, aber ihre Kandidatur als koordinierende Zentren des Bewusstseins bleibt weitgehend Vermutung.

Die größte Hürde für die Suche nach Bewusstsein im Gehirn wurde etwas versehentlich von dem Neurochirurgen Wilder Penfield im 20. Jahrhundert entdeckt, der Patienten mit schwerer Epilepsie behandelte, indem er die schlecht funktionierenden Bereiche des Gehirns verletzte, die Anfälle auslösten. Während seiner chirurgischen Eingriffe bemerkte Penfield, dass bestimmte Bewegungen oder Wahrnehmungen durch Stimulation verschiedener Bereiche des Kortex erzeugt werden konnten; Eine Stimulation über eine Elektrode auf Ihrer Stirn könnte den Geruch eines Verbands erzeugen, während eine auf Ihrem Hinterkopf Sie dazu bringen könnte, den Buddha zu sehen und mit Ihrem kleinen Finger zu wackeln. Dies stellte ein Problem der Gehirngeographie dar, das manchmal als „Bindungsproblem“ bezeichnet wird: Wie kommunizieren entfernte Bereiche – diejenigen, die beispielsweise am Geruch von Verbänden beteiligt sind, und diejenigen, die am pochenden Schmerz der Wunde unter dem Verband beteiligt sind – miteinander? miteinander, um ein nahtloses Erlebnis zu schaffen? Geben Sie Gehirnwellen ein.

Gehirnwellen werden so genannt, weil diese hochfrequenten Schwingungen der neuralen Aktivität als Wellen auf Stereogrammanzeigen des Cortex erscheinen, die als Elektroenzephalogramme bezeichnet werden.

„Der Cortex ist der Ort, an dem wir alle unsere sensorischen Bereiche haben, daher sind Erfahrungen in erster Linie ein kortikales Phänomen“, sagte Dickey. „Die Idee ist, dass eine Erfahrung passiert, und dies beeinflusst das Feuern von Synapsen zwischen bestimmten Sätzen sensorischer Neuronen und stärkt ihre Verbindungen.“ Er fügte hinzu: „Ripples können diese synaptische Aktivität modulieren, um das Gedächtnis innerhalb des Kortex zu konsolidieren.“

Wellen vereinen unsere Erfahrung im Moment und spielen eine Erinnerung wie ein Lied.

“Das wirklich Interessante an Gehirnwellen als Mechanismus zur Untersuchung von Bewusstsein und Gedächtnis ist, dass sie hauptsächlich zeitlich sind”, sagte Halgren. Wellen gehen aus und vermehren sich räumlich über den Kortex, aber in der Art und Weise, wie Musik einen Raum füllt. Wellen bilden flüchtige, aber sich wiederholende Muster. Sie kommen und gehen wie Erinnerungen und Erfahrungen selbst.

Während diese spezifischen Arten menschlicher kortikaler Gehirnwellen neu entdeckt wurden, gibt es die rein theoretischen Untermauerungen seit den späten 1970er Jahren. Eine populäre Bewusstseinstheorie ist als „Bindung durch Synchronie“ bekannt, die postuliert, dass eine Synchronisation der neuronalen Aktivität verschiedene sensorische Hinweise aus verschiedenen Regionen des Kortex zu einer kohärenten Erfahrung organisiert. Die Theorie gibt es seit Jahrzehnten, aber die Beweise dafür (abgesehen von einigen Experimenten mit dem visuellen System von Katzen) waren begrenzt.3 Hirnwellen sind der erste beobachtbare und testbare Mechanismus, der die Binding-through-Synchrony-Hypothese bestätigen könnte.

Was könnte dies für das Bewusstsein und das Studium des Geistes bedeuten? Der Mechanismus der Gehirnwellen scheint darauf hinzudeuten, dass das Bewusstsein möglicherweise kein Zentrum oder ein festes einigendes Organ hat, das es kontrolliert. Stattdessen suggerieren sie ein dezentralisiertes Bewusstsein, in dem Frequenzen unsere Gedanken wie gespenstische elektrische Gefährten begleiten und festhalten, die genauso schnell auftauchen und verschwinden wie sie. Anstelle eines einzelnen Geistes in der Maschine können wir eine unendliche Anzahl von Geistern in Form einer unglaublichen Prozession von Kräuselungen beherbergen, die die Gesamtheit unserer Erfahrung in jedem Moment vereinen, eine Erinnerung wie ein Lied spielen und seine Notizen aus der Welt nehmen verteilte und vielfältige Funktionen unserer Sinnesapparate.

Am Ende wurde die Suche nach Bewusstsein vielleicht so lange behindert, weil wir nach etwas Falschem suchten, nach etwas Physischem oder Strukturellem und nicht nach Phänomenen – einer Zirbeldrüse statt einer elektrischen Signatur, einem neurochemischen Geist, der hinüber pulsiert der Kortex.

Der eigentliche Test dafür, ob Wellen im Gehirn bewusste Erfahrungen untermauern, könnte kortikale Stimulationsexperimente bei Menschen umfassen, um zu testen, ob bestimmte Arten von Erfahrungen durch Wellen induziert werden können (oder umgekehrt, ob bewusste Erfahrungen durch störende kortikale Wellen unterbrochen werden können). Wenn weitere Forschungen zu dem Schluss kommen, dass Wellen tatsächlich die Kommunikation all der verschiedenen Teile des Gehirns koordinieren, die für eine Erfahrung von beispielsweise einem Strand im August verantwortlich sind (mit seinem heißen Sand überall, der prallen Sonne und dem kühlen Ozean und dem Abtrocknen währenddessen). Wellen zischen in der Nähe), dann könnte Dickeys Studie ein immenser Schritt nach vorn sein, um das weiche Problem des Bewusstseins zu lösen.

Marco Altamirano ist ein in New Orleans lebender Schriftsteller und Autor von Zeit, Technologie und Umwelt: Ein Essay zur Philosophie der Natur. Folgen Sie ihm auf Twitter @marcosien und Instagram @cocomarquito.

Hauptbild: GoodStudio / Shutterstock

Verweise

1. Dickey, Charles W., et al. Weit verbreitete Wellen synchronisieren die menschliche kortikale Aktivität während Schlaf, Wachzustand und Gedächtnisabruf. Proceedings of the National Academy of Sciences 119 (2022)

2. Maillé, S. & Lynn, M. Aktuelle Bewusstseinstheorien in Einklang bringen. Das Journal of Neuroscience 40, 1994–1996 (2020)

3. Fries, P., Schröder, J., Roelfsema, PR, Singer, W., & Engel, AK Oszillierende neuronale Synchronisation im primären visuellen Kortex als Korrelat der Stimulusauswahl. Das Journal of Neuroscience 223739–3754 (2002)


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