Dr.-Ing. Eberhard Liß  -  Kognitiv-logische Modelle im LISS-KOMPENDIUM  -  Übersichtsbeitrag

Ein Anhang für » Beiträge zu Definitionen und Konzepten einer Kognitiven Logik «

Gehirnstrukturen für Lernen und Gedächtnis

Leben ist Problemlösen zwecks Selbsterhalt, Fortpflanzung (Reproduktion durch Replikation des Genoms) und Anpassung an veränderliche Umweltbedingungen, besonders durch intelligentes Verhalten aufgrund erworbener Kenntnisse für situationsabhängiges Lernen. Genetisch prädisponierte Gehirne haben lernfähige Gedächtnisstrukturen mit kognitiven Leistungen für ontogenetisch ausbildbares Erfahrungswissen. Dieses ist lebenserhaltend nutzbar zusätzlich zu 'philogenetischen Erfahrungen' auf der Ebene der Gene (DNA-Struktur), die durch natürliche Selektion der Stammesgeschichte an Folgegenerationen einer Art weitergegeben werden.

1. Evolutionäre Hirnabschnitte - lernfähige Gedächtnisstrukturen  

Das menschliche Gehirn entspricht in seinem (anatomischen, physiologischen) Grundaufbau dem Gehirn der Wirbeltiere. Es ist dem Gehirn anderer Landwirbeltiere (Amphibien, Reptilien, Vögel und Säuger) sehr ähnlich und stimmt in den meisten Details mit den Gehirnen anderer Säugetiere überein. Vom Gehirn unserer nächsten biologischen Verwandten, der Menschenaffen, ist unser Gehirn mit Ausnahme seiner Größe nahezu ununterscheidbar. [Roth, Das Gehirn und seine Wirklichkeit, Suhrkamp 1996, S. 34] - In folgendem Bild sind einige Beispiele für Gehirnstrukturen von Wirbeltieren dargestellt. Ihre anatomische Analogie betrifft vergleichbare Hirnabschnitte (farblich zugeordnet), die formal ähnlich aber unterschiedlich entwickelt sind.

Vorderhirn (Prosencephalon) = Endhirn + Zwischenhirn  |  Hirnstamm = Mittelhirn + Brücke + verl. Mark

Das Gehirn (Encephalon) und das Rückenmark bilden zusammen das zentrale Nervensystem (ZNS), das mit dem peripheren Nervensystem (für Rezeptoren und Effektoren) verbunden ist. Die Wirbeltiergehirne werden gegliedert in fünf Hirnabschnitte (s. o.), wobei das Verlängerte Mark (Medulla oblongata) die direkte Fortsetzung des Rückenmarks (Medulla spinalis) bildet. Bei Reptilien, Vögeln und Säugetieren wird ein vergrößerter Teil des Nachhirns als 'Brücke' (Pons) bezeichnet. Über die Brücke ist der "motorische Extra-Komplex" des Kleinhirns (Cerebellum) mit dem Hirnstamm verbunden (siehe auch Bilder unter 2.).

Mit obigen Analogiebeispielen für Wirbeltiergehirne wird eine relative Vergrößerung des Gehirns im Verlauf der Evolution veranschaulicht. Auffallend ist die phylogenetische Zunahme der Oberflächenausdehnung durch verstärkte Faltung vor allem der Großhirnrinde (Isocortex, auch Neocortex genannt) und des tief gefurchten Kleinhirns im Hinterhirn.
Die Evolution des Großhirns (Kortikalisation) erreichte beim Menschen das relativ größte Stirnhirn-Volumen und die stärkste Faltung der Großhirnrinde im Tierreich. Die evolutionäre Erweiterung der Gehirnstrukturen um zusätzliche Nervenzellen (synaptisch vernetzbare Neuronen) führte zu komplexeren Hirnfunktionen, die arterhaltende Anpassungen an veränderte Umweltbedingungen ermöglichten. Selektionsvorteile erbrachten besondere Lernleistungen für intelligentes Verhalten durch die Ausbildbarkeit von 'erfahrungsbedingten' Hirnfunktionen (d. h. Kenntniserwerb im Rahmen von individuellen Lerndispositionen, vgl. 1.2).
Entwickeltes Bewusstsein ist charakterisierbar als sprachliche Kognitions- und Ausdrucksfähigkeit. Es entspricht reflexivem "Wissen vom Sein" eines Selbstmodells, das "bewusste" Kontrollfunktionen ermöglicht (Selbstkontrolle). Für "rationale" Reflexionen (Nachdenken) beim Problemlösen wird ein "wissentlich" funktionierendes explizites Arbeitsgedächtnis im "übergeordneten" (präfrontalen) Stirnhirn postuliert, das mit "unbewussten" impliziten Gedächtnissystemen des Gehirns wechselwirkend verbunden ist. (vgl. 2.5). [Liß]
"Das Bewusstsein - zumindest die Art von Bewusstsein, die wir meinen, wenn wir von inneren Vorgängen beim Menschen sprechen - hat sich höchtswahrscheinlich erst in der jüngsten Evolutionsgeschichte als eine Schicht herausgebildet, die sich über sämtliche anderen bereits vorhandenen Hirnprozesse legte. Das unbewusste Arbeiten des Gehirns ist also in der gesamten Evolutionsgeschichte des Tierreichs die Regel und nicht etwa die Ausnahme." [LeDoux, S. 22]
"Unsere Persönlichkeit wird ganz entscheidend von implizit funktionierenden Systemen geprägt." [Ledoux; S. 161] "Unser Gehirn ist noch nicht so weit entwickelt, dass die neuen Systeme, die komplexes Denken ermöglichen, ohne weiteres die alten Systeme, denen unsere elementaren Bedürfnisse, Motive und Emotionen entspringen, kontrollieren können." [Ledoux; S. 423] "Das Unbewusste ist also offensichtlich in der Lage, genau wie das Bewusstsein, Tatsachen zu untersuchen und Schlüsse daraus zu ziehen. Es kann gewisse Fakten benutzen und deren mögliche Resultate vorwegnehmen, gerade weil wir ihrer nicht bewusst sind." [Jung, S.78]

1.1  Lernfähige Cortexstrukturen für entwickelte Intelligenz  -  Erkenntnis und Denken

Bei Primaten (Herrentieren) als hochentwickelten Säugetieren führten evolutionäre Variationen und Selektionen zu stammesgeschichtlichen Aufzweigungen der Arten. Vor ca. 5 Millionen Jahren trennten sich die Abstammungslinien von "Menschenaffen" (Pongiden) und "Menschenartigen" (Hominiden), den Vorläufern für weitere Aufzweigungen bis zum heutigen Menschen (Homo sapiens sapiens), siehe » Daten-Übersicht.
Eine deutliche Vergrößerung des Gehirns war kennzeichnend für den Homo habilis (den Geschickten), der vor etwa 2,5 Millionen Jahren schon Steinwerkzeuge nutzte und selbst herstellte (Feuersteinbearbeitung). Eine weitere Gehirnvergrößerung ist mit Fossilien des Homo erectus (dem Aufgerichteten) nachgewiesen worden. Ihm wird der erste Feuergebrauch (vor 0,7 - 0,5 Mill. Jahren) und schon die Jagd von Großwild zugeschrieben.
Zu Beginn der letzten Eiszeit vor etwa 120 000 Jahren lebte der Homo sapiens als Jäger und Sammler. Seine komplexen Hirnfunktionen erreichten hohe Qualitätsstufen, bezeichnet mit 'Sapientia' (Einsicht, Verstand, Weisheit). Sein entwickelter Intellekt befähigte ihn zu höheren Lernformen und zum "intelligenten" Problemlösen. Menschliche Bestattungen von Toten in der Erde erfolgten seit ca. 100 000 Jahren.
Die evolutionäre Vergrößerung des Großhirns mit gefalteter Rinde (Neocortex) fand ihr Ende vor ca. 100 000 Jahren, nachgewiesen durch neuere Forschungsergebnisse. - Ein durchschnittliches Gehirn heutiger Menschen hat gleiche Ausmaße und anatomische Merkmale wie ein menschliches "Steinzeitgehirn", das etwa die dreifache Größe eines heutigen Schimpansengehirns erreichte.
Vermutlich besaß der intelligente Steinzeitmensch (homo sapiens sapiens vor ca. 50 000 Jahren) schon ein genetisch vorgegebenes Vermögen für Sprache, Bewusstsein und Kreativität. Das zeigen kunstvolle Elfenbeinschnitzereien, Kleinplastiken, Felsreliefs und Höhlenmalereien, - verbunden mit religiösen Ritualen.

Im Vergleich zu allen Primaten hat der Mensch die größten Stirnlappen der zweiteiligen Großhirnrinde, auch bezeichnet als Frontallappen des Stirn- bzw. Frontalhirns (vgl. Bilder unter 2.6). Das menschliche Frontalhirn ist zuständig für höhere sprachliche Bewusstseinsformen und entwickelte Intelligenz, d. h. die Fähigkeit zum Problemlösen durch begrifflich-abstrahierendes symbolisches Denken und 'vernünftiges' Entscheiden (aufgrund 'kognitiv-logischer' Urteile), verbunden mit verhaltensänderndem Lernen.
Mentale Denkprozesse der Kognition und des Nachdenkens (Reflexion) operieren mit 'formbaren' Begriffen (Konzepten, Schemata), wobei 'plastische' Begriffsstrukturen als bestimmbare Konstrukte empirisch veränderbar oder neu definierbar sind (intuitive oder wissentliche Begriffsbildung). "Wenn ein Gedanke ein Aktivitätsmuster in einem neuronalen Netz ist, kann er ein anderes Netz nicht nur zur Aktivität , sondern auch zur Veränderung oder Plastizität anregen." [LeDoux, S. 419]
Kognitive Leistungen des Gehirns sind ausbildbar in seinen 'lernfähigen' Gedächtnisstrukturen, die ihre funktionsbestimmenden synaptischen Verbindungen verändern können und "neuerfasste" begriffliche Beziehungen als erworbene Kenntnisse repräsentieren. Beim Lernen durch (praktische oder theoretische) Einsicht in 'modellhaft' erfassbare Zusammenhänge erfolgt eine konstruktive Ausbildung oder Feinstrukturierung des individuellen Erfahrungswissens (kognitiv-logische Modellbildung). Objektivierbare mentale Vorstellungen (Erinnerungen, Konstruktionen), Begriffe (Konzepte) und Gedanken (Logos-Relationen) können in Form von Aussagesätzen mit Zeichen sprachlich ausgedrückt werden. Damit sind Informationen mitteilbar und formale Wissensdarstellungen vermittelbar (vgl. 1.2 und 1.3).
Neurowissenschaftlich als Sprachzentren lokalisierte Bereiche des assoziativen Cortex ermöglichen dem Menschen postnatales Erlernen von unterschiedlichen Sprachen (Sprach- und Denkentwicklung). Die sprachliche Ausdrucksfähigkeit ist besonders vorteilhaft bei der interaktiven Kommunikation mit Partnern. Verständlich formulierte Aussagen sind nützlich für 'informierende' Mitteilungen und dienen zur Beschreibung oder Erklärung von untersuchten Sachverhalten (vgl. 2.6).
Das Sprachvermögen des Menschen ist veranlagt für höhere Bewusstseinsformen als bei intelligenten Tieren mit "primärem Bewusstsein". [Edelman] Hochentwickeltes "Selbstbewusstsein" ist erlebbar durch mentale Selbstreflexion, d. h. selbstbezügliches Nachdenken, besonders hinsichtlich Statusreports über "Ich"-Zustände, die sprachlich formulierbar sind. Selbstbewusst denkende Menschen sind befähigt zu "rationaler" Kritik (logischer Reflexion) und auch zu "intentionaler" Selbstkontrolle (Selbstbestimmung), die sie im Rahmen ihrer Handlungsfreiheit 'selbstkritisch' planen können.

Der "forschende" Mensch strebt nach Erkenntnis, vor allem zum Lösen von erkannten Problemen seines (Über-)Lebens. Er erwirbt Kenntnisse von seiner Umwelt und versucht, entdeckte Zusammenhänge mit erfassten Beziehungen zu erklären. Seine theoretischen Erkenntnisse beim Lernen durch Einsicht in prinzipielle Sinn-Zusammenhänge sind hypothetisch und ungewiss. Erst nach ihrer empirischen Bewährung (Erprobung an der Realität) kann mit diesen Erkenntnissen das Erfahrungswissen erweitert oder vervollkommnet werden.
Der "kognitiv lernende" Mensch entdeckt und untersucht (erforscht) das für ihn Neue, erfasst neue Beziehungen und bildet Begriffe für konstruktive Modelle gemäß seinem ausbildbaren Wissen. Erworbene Kenntnisse werden als 'bedingte Relationen' im Gedächtnis behalten (strukturell gespeichert) und sind nutzbar als erinnerbare Erfahrungen bei der 'kognitiven' Informationsverarbeitung, besonders für situationsbedingte Erwartungen (Prädiktionen). Die empirische Kenntnisnutzung ermöglicht assoziierte Voraussagen "aus Erfahrung" bei Wahrnehmungen und für 'intelligente' Entscheidungen durch "bedingtes Erwägen", d. h. bewertendes Abschätzen der erwarteten Konsequenzen von wählbaren Alternativen (für Aktionen oder Problemlösungen, vgl. 1.3).
Der "rational (nach-)denkende" Mensch denkt reflexiv und urteilt subjektiv. Seine Fähigkeit zu logischem Denken wird begrenzt durch seine individuellen Vorstellungen, Erinnerungen und Gefühle, - unter dem schwer kontrollierbaren Einfluss seiner unbewussten 'subjektiven Bewertungen' (Emotionen, Motivationen). Bewusstes Denken ist durch "inneres Sprechen" (auch mit sich selbst) erlebbar, besonders beim 'Ersinnen' von Problemlösungen oder deklarativen Antworten auf erkenntnisfördernde Fragen (Kritik, Zweifel, Dialektik).
Erinnerbare Gedankengänge über explizites Wissen können sprachlich ausgedrückt werden, - entweder unbewusst als "unüberlegte" Äußerungen oder bewusst als "gewählt formulierte" Aussagen, z. B. als verständliche Mitteilungen beim Argumentieren und Kommunizieren.
Elementare begriffliche Beziehungen (im Gedächtnis) entsprechen Kenntnissen, die nutzbar sind für situationsabhängige Urteile oder aspektorientierte Schlussfolgerungen. Objektivierbare Kenntnisse sind formal ausdrückbar und interaktiv vermittelbar, um damit zu informieren und weitere rationale Einsichten in prinzipielle Zusammenhänge gewinnen zu können (vgl. 2.6).
Begriffliche Grundverknüpfungen (für Konzeptformen) entsprechen elementaren Funktionseinheiten (def. als 'Konzept-Module' lernfähiger Zuordnungseinheiten) zur 'analytischen Abstraktion' und 'synthetischen Verallgemeinerung' von Begriffssymbolen für logische Aussagen. [Liß]
Erlernbare Begriffsstrukturen sind kognitiv ausbildbar durch situationsbedingten Kenntniserwerb im Gedächtnis (strukturelles Lernen, vgl. 1.2).
»Von etwas Kenntnis erlangen« heißt auch "kennen lernen" (des beobachteten oder untersuchten Objekts) gleichbedeutend mit "Kenntniserwerb", einem Erkenntnisprozess durch "kognitives" Erfassen (Begreifen) mindestens einer begrifflichen Beziehung (Begriffs- oder Merkmalsbeziehung), die als situationsbedingt erworbene Kenntnis "strukturell" erlernt und gespeichert wird (als bedingte Relation) in einer 'lernfähigen Gedächtnisstruktur' für ausbildbares Wissen (vgl. 1.2 und 1.4).
Erworbene Kenntnisse (Erkenntnisse) als bewusst (wissentlich) zugängliche Kenntnisse des deklarativen Wissens können objektiviert und formal dargestellt werden, besonders vorteilhaft zur interaktiven Nutzung in Form von sprachlichen Beschreibungen und Erklärungen von Sachverhalten.
»Von etwas Kenntnis haben« bedeutet darüber informiert sein und heißt: davon 'wissen' oder es 'erfahren' haben.
Eine Kenntnis wird bestimmt als ein 'relationales Wissenselement' und entspricht »Wissen« - einem Modus des Führwahrhaltens (bei Kant), wobei ein Wahrheitsanspruch mehr oder weniger begründet ist (vgl. Wissen, Meinung oder Glaube).

Nutzbare Kenntnisse des Erfahrungswissens entsprechen abstrakten Begriffsstrukturen für kognitive Schemata, mit denen handlungsorientierte Interpretationen ermöglicht werden. Erinnerbare Vorstellungen sind begrifflich zugeordnet zu Konjunktionen von Merkmalen der (wieder-)erkennbaren Objekte oder Situationen.

Beim interpretativen Erkennen (als "deutende" Identifikation) von Objekten resultieren Sinneswahrnehmungen aus dem Vergleich mit bekannten 'schematischen' Merkmalskonjunktionen für mindestens einen Begriff (zur Klassifizierung, Kategorisierung). Dieser entspricht einer Abstraktion von unterschiedlichen konkreten Objekten aufgrund von vergleichbaren Merkmalsbeziehungen zu einem 'verknüpfenden' Konzept als begrifflichem Konstrukt (vgl. Bild für 'Necker-Würfel' - zwei Deutungsvarianten).

Der "deutende" Mensch interpretiert seine empirischen Wahrnehmungen aufgrund von eigenen (subjektiven) Vorstellungen seines modellhaften Wissens, verbunden mit erinnerten Erwartungen (Voraussagen) oder Vermutungen (Hypothesen) als unbewiesenen Annahmen von Fakten oder Gesetzmäßigkeiten festgestellter (beobachteter) Zusammenhänge. Untersuchte Sachverhalte sind kritisch zu prüfen und wissenschaftlich zu erforschen, um ihre erfassbaren Beziehungen möglichst objektiv zu beschreiben und systematisch zu erklären, z. B. mit (mathematisch) definierten Gesetzen oder Regeln, mit denen empirische Voraussagen gemacht werden können.
Auf Vermutungen beruhende konzeptionelle Ansätze (Konzepte, Ideen) sind versuchsweise nutzbar als konstruktive Entwürfe oder heuristische Methoden (kognitive Theorien) zur Auffindung von praktikablen Lösungswegen mit Erfolgsaussichten. Gefordert werden effektorientierte Versuche aufgrund von Vermutungen (möglicherweise auch als Irrtümer) in Fällen neuartiger Situationen, für die bewährte Entscheidungsregeln zur Handlungssteuerung fehlen. Aus "intelligentem" Lernen am Effekt von Test-Versuchen (Experimenten) resultieren logisch begründete Urteile für Implikationen (Wenn-dann-Regeln) zur erfahrungsgemäßen Bestimmung von optimalen Entscheidungen. [Liß]

Bisher unerforschte Phänomene als unerklärliche Erscheinungen können vom Menschen mit seinen schematischen Vorstellungen nur vage oder modellhaft erkannt und nur subjektiv gedeutet werden. [Liß]
Der "glaubende" Mensch deutet das für ihn Unerklärliche mit angenommenen "irrationalen" Behauptungen aus anthropozentrischer Sicht. Geglaubt werden unbeweisbare Postulate als 'göttliche Offenbarungen', z. B. übernommene Glaubenssätze traditioneller Religionen. Zur Beantwortung von Lebensfragen der Sinnsuche dienen auch transzendente Axiome neuerer Ideologien, die als "verführerische" Theorien machtpolitische Bedeutung mit gefährlichen Auswirkungen erlangen können.

1.2  Ausbildung kognitiver Gedächtnisleistungen im Rahmen der strukturellen Lerndisposition

Allgemein werden lernfähige Organismen als kognitive Systeme aufgefasst, die befähigt sind zur adaptiven Selbsterhaltung (Homöostase) und "rationalen" Autonomie. Solche selbstbezüglichen "offenen" Systeme können selbstständig (ohne Belehrung) lernen und nutzen ihre erworbenen Kenntnisse als eigene Erfahrungen (Erinnerungen) für situationsbedingte Erwartungen und empirische Urteile bei der Auseinandersetzung mit ihrer veränderlichen Umwelt. Ihr ausbildbares Wissen wird durch eigenen Kenntniserwerb verändert oder erweitert (Wissenszuwachs), - abhängig von "subjektiv erlebten" externen und internen Situationen. Kognitive Systeme mit lernfähigen Gedächtnisstrukturen können ihr individuelles Erfahrungswissen strukturell speichern, d. h. kurz- oder langzeitig verfügbar "behalten" (vgl. 1.4 und 2.5). Damit können sie sich an "erlebte" oder "erfahrene" Umweltbedingungen anpassen. Die Adaptionsfähigkeit kognitiver Systeme ermöglicht hierarchische Lernformen im Rahmen des "individuellen" Lernvermögens (vgl. 2.6).
Kognitive Gedächtnisleistungen werden ausgebildet in lernenden Gehirnstrukturen durch den ontogenetischen Erwerb neuer Kenntnisse. Gewonnene (Er-)Kenntnisse entsprechen den empirisch bzw. rational "erfassten" Zusammenhängen von 'kennengelernten' (untersuchten) Sachverhalten, Strukturen oder Objekten. Situationsbedingt erworbene Kenntnisse werden aufgefasst als erfahrungsgemäße Beziehungen zwischen Begriffen (def. als bedingte Relationen), für die objektive Regeln oder reale Gesetzmäßigkeiten 'induktiv' angenommen wurden (hypothetische Verallgemeinerung). [Liß] Mit erworbenen Kenntnissen werden symbolische Konstruktionen für objektivierbare Theorien oder Denkmodelle gebildet, die formalen Wissensdarstellungen entsprechen oder für induktive Implikationen nutzbar sind (vgl. kognitiv-logische Modellbildung , s. Hinweis 2). [Liß]
Durch Kenntnisnutzung enstehen mit aktuellen Situationsmerkmalen assoziierte (Vor-)Aussagen "aus Erfahrung" als Vorstellungen. Diese entsprechen (unbewussten oder bewussten) Erinnerungen und können vorteilhaft sein für "subjektive" Interpretationen von Wahrnehmungen. Erfahrungsgemäß assoziierte Voraussagen (Prädiktionen) sind vorgestellte Erwartungen, die 'hypothetischen' Einfluss auf empirische Urteile haben. Solche Vorstellungen als assoziierte Informationen beeinflussen kognitiv-logische Schlussfolgerungen. Nützlich sind Als-ob-Vorstellungen bei der 'ergänzenden' Objekterkennung (assoziative Afferenzsynthese). Voraussagen von zu erwartenden Konsequenzen ermöglichen ein Erwägen von optimalen Entscheidungen über abschätzbare Alternativen, z. B. vorausgesagte Tatfolgen als empirische Reafferenzen (vgl. 1.3). [Liß]
Strukturelles Lernen einer Gedächtnisstruktur wird bestimmt als der kognitive Grundprozess des Kenntniserwerbs, der gekennzeichnet ist durch eine (erfahrungs-)bedingte Strukturänderung entsprechend einer (verhaltensändernden) Funktionsausbildung im lernenden System. Art und Umfang der Lernfähigkeit eines 'Gedächtnissystems' werden bestimmt durch seine "strukturelle Lerndisposition" (vgl. 2.5).
Eine strukturelle Lerndisposition als genetische Veranlagung (Anlage, Talent) spezifiziert den konzeptionellen Rahmen für die strukturelle Modifizierbarkeit und Vernetzbarkeit von 'lernfähigen' Funktionskomplexen des kognitiven Systems (vgl. 1.4). Eine strukturelle Lerndisposition wird formal definiert als konzeptionelle Anlage (Menge, Satz) von situationsabhängig konditionierbaren Assoziationen für mögliche Repräsentationen kenntnisspezifischer bedingter Relationen in variabel ausbildbaren Verknüpfungen einer lernfähigen Gedächtnisstruktur. [Liß]
Potenziell veranlagte "konditionierbare Assoziationen" einer strukturellen Lerndisposition im Gehirn entsprechen den "ausbildbaren" funktionellen Wirkverbindungen zwischen Verknüpfungseinheiten, d. h. den plastischen oder epigenetisch bildbaren synaptischen Verbindungen zwischen Neuronen.
Die Lerndisposition bestimmt das Ausbildungsvermögen für individuelles Erfahrungswissen durch situationsbedingte (ontogenetische) Erweiterung von (philogenetisch) angeborenem Wissen bzw. Vorwissen des lernenden Gedächtnissystems (s. u.).
Individuell erlernbare Hirnfunktionen können situationsabhängig nur dann ausgebildet werden, wenn dafür geignete 'plastische' neuronale Wirkverbindungen (def. als konditionierbare Assoziationen einer Lerndisposition) im Gehirn verteilt veranlagt worden sind (nicht nur in Cortex und Kleinhirn). "Hierdurch wird festgelegt, zwischen welchen Merkmalsklassen überhaupt Assoziationen möglich sind." [Singer, S. 139, 167]
Im Rahmen der strukturellen Lerndisposition können angenommene Kenntnisse von erfassbaren Zusammenhängen als bedingte Relationen in Form "gebahnter" Synapsen (Kontaktstellen) zwischen Neuronen "erlernt" werden. Vorausgesetzt wird eine Konnexanalyse für jede prä- und postsynaptische Signal-Koinzidenz nach dem Prinzip der Vereinbarkeit. [Liß] Durch situationsbedingte Signal-Koinzidenz "erlernte" synaptische Verknüpfungen in plastischen Neuronen-Netzwerken konnten in vielen Lernexperimenten (besonders an Tieren) neurowissenschaftlich untersucht und funktionell nachgewiesen werden (vgl. 1.4).

"Alles Wissen über das ein Gehirn verfügt, residiert in seiner funktionellen Architektur, in der spezifischen Verschaltung der vielen Milliarden Nervenzellen. Zu diesem Wissen zählt nicht nur, was über die Bedingungen der Welt gewusst wird sondern auch das Regelwerk, nach dem dieses Wissen zur Strukturierung unserer Wahrnehmungen, Denkvorgänge, Entscheidungen und Handlungen verwertet wird. Dabei unterscheiden wir angeborenes und durch Erfahrung erworbenes Wissen." [Singer, FAZ 2004].
Bei der ontogenetischen Gehirnentwicklung entstehen bereits vor der Geburt (pränatal) nachweisbare 'neuronale Grundstrukturen' als fundamentale Neuronen-Verknüpfungen. Diese bestimmen die Grundfunktionen des jungen Gehirns im Sinne von "evolutionärem Wissen" über die Umwelt. Darauf aufbauend erfolgen in postnatalen Entwicklungsprozessen mögliche Erweiterungen und Änderungen der 'plastischen' Neuronen-Verknüpfungen, abhängig von kulturellen und Umwelteinflüssen. [Singer, S. 191f.]
Angeborene Hirnfunktionen eines Organismus sind die 'veranlagten Grundfunktionen' seines genetisch "vorbestimmten" Neuronen-Netzwerks. Diese entsprechen seinem Basis-Wissen vor individuellen Lernvorgängen für artspezifische Grundfunktionen zur Gewährleistung des Selbsterhalts, z. B. durch vorgegebene Steuerung von lebensnotwendigen Bewegungsweisen (Erbkoordinationen) und arterhaltenden Reaktionen auf Umweltreize (Erkennen und Verstehen ohne vorheriges Lernen). Angeborene subcortikale Bewertungsfunktionen bestimmen Emotionen (im Unbewussten), die hinsichtlich ihrer Auslöser und ihres Ausdrucks durch individuelles Lernen und kulturelle Einflüsse verändert werden können.
"Das Gehirn beginnt nicht als Tabula rasa. Schon zu Beginn seiner Existenz verfügt es über das Wissen, wie der Organismus "betrieben" werden muss, das heißt, wie der Lebensprozess zu steuern ist und wie eine Vielzahl von Ereignissen in der Außenwelt bewältigt werden muss. Zahlreiche neuronale Karten und Nervenverbindungen sind schon bei der Geburt angelegt." [Damasio, S. 239]
Vorgegebenes Basis-Wissen (A-priori-Wissen als evolutionäres Erbe der Art) entspricht den veranlagten Grundfunktionen einer lernfähigen Gedächtnisstruktur (neuronale Grundverknüpfungen), womit instinktive Operationen und situationsabhängige Reiz-Reaktionen ermöglicht werden. Solche Grundfunktionen sind Ausgangsbasis der Persönlichkeitsentwicklung und spezifizieren die Ausrichtung des individuellen Lernens im Rahmen einer angeborenen Lerndisposition (bestätigte These von Konrad Lorenz).
Elementare Konzeptformen des Basis-Wissens repräsentieren für prädisponierte Begriffsstrukturen einzelne begriffliche Grundverknüpfungen, die als Konzept-Module objektivierbar sind. Diesen entsprechen veranlagte (logische) Grundfunktionen für 'symbolische Vorstellungen' (vgl. Anschauungen und Kategorien a priori bei I. Kant) in Zuordnung zu verallgemeinerbaren Grundbegriffen mit 'kognitiv ausbildbaren' Begriffsstrukturen. [Liß]
"Wie die Instinkte, von denen wir ja nicht annehmen, jedes neugeborene Tier müsse sie sich individuell wieder erwerben, so gibt es auch kollektive Vorstellungsmuster, die dem menschlichen Geist angeboren und vererbt sind. Auch die emotionalen Erscheinungen, zu denen solche Vorstellungsmuster gehören, sind überall auf der Erde die gleichen. Wir können sie sogar bei Tieren feststellen, und die Tiere selbst verstehen einander in dieser Hinsicht, auch wenn sie zu verschiedenene Gattungen gehören." [Jung, S. 75]
Aufbauend auf Basis-Wissen erfolgt die Ausbildung von Erfahrungswissen durch Kenntniserwerb im lernenden Gedächtnissystem. Basis- und Erfahrungswissen bilden das Vorwissen für weitere Stufen des individuellen Lernens eines kognitiven Systems (vgl. Persönlichkeitsentwicklung). Schon Aristoteles stellte fest, dass jedes Lehren und Lernen von einem vorher vorhandenen Wissen (Vorwissen) ausgeht. Für alle im Gehirn 'ausgebildeten' Wissensstrukturen gibt es jeweils eine Vorgeschichte, welche die Individualentwicklung (Ontogenese) mit entscheidet. [Singer, S. 91, 139, 161, 192]
Zur Nutzung erworbener Kenntnisse schrieb Karl R. Popper in seinem Aufsatz »Bemerkungen über das Ich« (1976): "Der Wert erworbener Information beruht fast restlos auf unserer angeborenen Fähigkeit, sie in Verbindung mit unserem unbewussten, ererbten Wissen und vielleicht auch zu dessen Korrektur zu nutzen."

1.3  Konstruktive Modellbildung und Kenntnisnutzung für Voraussagen  -  Lernen und Erinnern

Das dynamische Zentralnervensystem (ZNS) als neuronales Netzwerk mit "variabel wechselwirkenden" Verknüpfungseinheiten entspricht einem multihierarchisch strukturierten, reflexiven System mit kognitiven Fähigkeiten (vgl. Modellierung als lernfähiger Zuordnungskomplex [Liß]). Aufgrund seiner strukturellen Lerndisposition wird ihm ermöglicht, bedingte Relationen als "erfasste" begriffliche Beziehungen zu repräsentieren und diese miteinander zu verknüpfen. Kognitiv in Beziehung gesetzte Begriffssymbole werden als abstrakte Repräsentationen 'strukturell' gepeichert. Auf diese Weise können prädiktive Modelle über die Umwelt, über den Organismus selbst und über die dynamischen Interaktionen des Organismus mit der Umwelt gebildet werden. [Singer, S. 218] "Das reflexiv organisierte Gehirn hat grundsätzlich die Möglichkeit, sich mit sich selbst zu beschäftigen. Durch Herstellen neuer Bezüge zwischen gespeicherten Repräsentationen der über die Sinnessysteme vermittelten Informationen können Entdeckungen über die Struktur der Umwelt gemacht werden, und daraus lassen sich prädiktive Verhaltensstrategien ableiten, die das Überleben entscheidend begünstigen." [Singer, S. 224]
Ein "intelligenter" Organismus kann beobachtete Regelmäßigkeiten seiner Umwelt als gesetzmäßig annehmen und damit hypothetische, mehr oder weniger adäquate Modelle bilden (vgl. wissenschaftliche Theorien), mit deren Hilfe er Außenweltbedingungen erklären und voraussagen kann. Die damit verbunde Möglichkeit sich an Umweltverhältnisse anzupassen ist ein Selektionsvorteil bei der Evolution (vgl. » Intelligenz und Modellgebrauch bei höheren Tieren).
Antonio R. Damasio ist "der Ansicht, dass ein Organismus dann Geist besitzt, wenn er neuronale Repräsentationen bildet, die zu Vorstellungsbildern werden, sich in einem Prozess, den wir Denken nennen, manipulieren lassen und schließlich das Verhalten beeinflussen, denn man kann mit ihrer Hilfe die Zukunft vorhersagen, entsprechend planen und die nächste Handlung bestimmen." [aus Buch: Descartes' Irrtum] "Auch die komplexen, hochintegrierten Vorstellungen des geistigen Prozesses sind biologisch und materiell zu verstehen." [Damasio, S. 242]
Die 'kognitiv-logische' Modellbildung eines lernfähigen Gedächtnissystems (s. u.) wird bestimmt durch "kreativ" entworfene symbolische Konstruktionen (z. B. Konzepte für Theorien und Modelle). Diese formal beschreibbaren Abstraktionen (als begriffliche Konstrukte) basieren auf 'empirischen' Beobachtungen oder 'rationaler' Einsicht in Sinnzusammenhänge (d. h. Erfassung von Beziehungen) der objektiven Realität. Konstruktive Modelle (vorgegebene und ausgebildete Begriffsstrukturen) eines kognitiven Systems bestimmen seine individuellen Vorstellungen (subjektive Anschauungen oder objektivierbare Hypothesen), die als erinnerte Annahmen situationsabhängig nutzbar sind (z. B. versuchsweise), um das individuelle Verhalten "intelligent" steuern zu können. Praktisch erprobte Modelle oder Theorien (z. B. technisch implementiert) gelten für bisher festgestellte Gesetzmäßigkeiten nur solange wie diese Bestand haben, d. h. solange nicht neue Erkenntnisse (bedingte Relationen für neuerfasste Zusammenhänge) aufgrund entdeckter neuer oder geänderter Bedingungen ein 'intelligentes Umlernen' durch "adaptive" kognitiv-logische Modellbildung erforderlich machen (konstruktive Kritik, Falsifizierung oder Korrektur, vgl. » interaktive Existenz-Simulation "Lernender Homöostat").

Intelligente Verhaltensänderungen (höhere Lernformen) beruhen auf vorteilhaften Entscheidungen aufgrund von antizipatorischer Kenntnisnutzung, d. h. gedanklicher Vorwegnahme und Bewertung von Erwartungen. Solche situationsbedingten 'Vermutungen' entsprechen besonderen Erinnerungen (durch 'Assoziieren aus Erfahrung') als kognitiven Gedächtnisleistungen für empirische Voraussagen (Prädiktionen). Hypothetische Erwartungen oder Vorurteile werden (subjektiv) bewertet und in Entscheidungsprozesse einbezogen, z. B. beim 'bedingten Erwägen' eines optimalen Entschlusses anhand von erwarteten Konsequenzen (Tat-Folgen).

Bei der Wahrnehmung von Unbekanntem wird versucht, dieses mit ähnlichem Bekannten zu vergleichen, d. h. Analogien zu finden, um das unbekannte Neue mit eigenen Kenntnissen "aus Erfahrung" zu beurteilen. Wenn zum Verstehen neuer Situationen keine passenden Begriffe oder Vorstellungen nutzbar sind, fällt es Menschen sehr schwer, über den sinnlich erfahrbaren Tat-Folge-Zusammenhang hinauszudenken.

Lernen und Erinnern, aufgefasst als aktive (konstruktiv verfahrende) Prozesse im Gehirn, ermöglichen ein adaptives 'Verstehen' von semantischen Grundstrukturen objektivierbarer Darstellungsformen durch "erlernte" bedingte Zuordnungsfunktionen (empirische Deutungen), die für angepasste Interpretationen und intelligentes Verhalten charakteristisch sind.
Ein richtiges Verstehen formal dargestellter semantischer Informationen wird ermöglicht mit 'generellen' Erinnerungen als (abgerufene) Kenntnisse 'wesentlicher' Zusammenhänge (Kontext- oder episodisches Wissen) über untersuchte Sachverhalte. Diese können nützlicher sein als außerdem mögliche 'singuläre' Erinnerungen von Merkmalsbeziehungen als Kenntnisse "gemerkter" Eigenschaften (Merkmal- oder Faktenwissen) einzelner Objekte oder Situationen.
Erworbene Kenntnisse sind situationsbedingt erfasste Beziehungen und werden als bedingte Relationen im Gedächtnissystem verallgemeinert genutzt, besonders für theoretische Modelle oder empirische Urteile (s. 1.2 u. 1.4). Bewusst erinnerbare Kenntnisse des deklarativen (expliziten) Wissens sind "symbolisch-abstrakt" beschreibbar in Form sprachlicher Ausdrücke, z. B. Aussagesätze und Formeln für Theorien, Methoden und Modelle der Wissenschaft. [Hinweis 2]
»Verstehen lernen« heißt "kognitive" Gewinnung von Einsicht in prinzipielle Sinn-Zusammenhänge von Sachverhalten der "wirklichen" Erfahrungswelt. Modellhaft (im empirischen Kontext) erfasste 'begriffliche' Beziehungen entsprechen situationsbedingt erworbenen Kenntnissen (Erkenntnissen), die erinnerbare Vorstellungen für "entwickelbare" Theorien und "intelligente" Problemlösungen ermöglichen.
Eine Erkenntnis beim 'Lernen durch Einsicht' unterstützt eine zielorientierte Lösungsfindung oder Aktionsnachahmung aufgrund von (Modell-)Vorstellungen oder Erwartungen (Erinnerungen). Erzielbare Problemlösungen sind beispielsweise: das "einsichtige" Auffinden einer innovativen Mittel-Zweck-Relation (als Erfindung) oder einer prinzipiellen Antwort auf eine "Warum?"-Frage zur Erklärung von wirklichen Geschehnissen, begründet mit als wesentlich erfassten, objektivierbaren Kausalitätsbeziehungen.
Theoretische Überlegungen bei reflexiver Problemanalyse können gefördert werden mit konstruktiven "Was wäre, wenn..."-Fragen hinsichtlich neuer begrifflicher Kombinationen und Verknüpfungen als "kreative" Vorstellungen ("intuitive" Imagination, Fantasie).
Individuell gewonnene empirische oder theoretische Erkenntnisse entsprechen erworbenen Kenntnissen (Wissenszuwachs) für kognitive Leistungen (z. B. Voraussagen), die zunächst nur hypothetisch als "adäquat" gelten, bezogen auf natürliche Beziehungen einer objektiven Realität. Ihr angenommener Wahrheitsgehalt (vermutete Validität) muss ständig bezweifelt und empirisch überprüft werden, z. B. durch praktische Tests oder wissenschaftliche Experimente (Theorie ohne Gewissheit).
Albert Einstein schrieb: "Durch bloßes logisches Denken vermögen wir keinerlei Wissen über die Erfahrungswelt zu erlangen; alles Wissen über die Wirklichkeit geht von der Erfahrung aus und mündet in ihr. Rein logisch gewonnene Sätze sind mit Rücksicht auf das Reale völlig leer." [Mein Weltbild, Zur Methodik der theoretischen Physik, 1930]

1.4  Neuronale Funktionskomplexe des ZNS  -  lernfähiges Gedächtnissystem und Kenntniserwerb

Zentrales und peripheres Nervensystem bilden mit dem Körper eine Funktionseinheit (Organismus). Sie funktionieren in Wechselwirkung über ihre neuronalen (elektrischen) und biochemischen Verbindungen. Sensorische und motorische Nerven des peripheren Systems übertragen (afferente bzw. efferente) Signale zum bzw. vom Gehirn. Besondere 'chemische Signale' (Hormone, Neurotransmitter und -modulatoren) befördert der Blutkreislauf. Diese können das Gehirn beeinflussen oder aber, wenn sie vom Gehirn verursacht worden sind, auf den Körper einwirken. Operationen der Informationsverarbeitung im Gehirn werden beeinflusst von vielen externen und internen Signalereignissen für bestimmte Situationen oder Reize, auf die der Organismus reagieren kann.
Strukturtypisch für Säugetiergehirne ist eine neurobiologische Einteilung der Großhirnrinde in mehrere Areale (vgl. vorletztes Bild) für experimentell nachgewiesene Funktionsbereiche (spezifisch z. B. für unterschiedliche Sinneswahrnehmungen, Motorik und Sprachvermögen). Im entwicklungsfähigen Gehirn strukturell veranlagte Hirnfunktionen sind charakterisierbar als "evolutionär erlernte" Zweckmäßigkeiten von genetisch vorgegebenen Neuronenverknüpfungen. Strukturelle Grundanordnungen (Topologien für Verschaltungen) in neuronalen Funktionskomplexen entsprechen einem genetisch veranlagten "A-priori-Wissen" (Grundfunktionen s. o.). "Die komplexe strukturelle Differenzierung hochentwickelter Gehirne entspricht somit gespeichertem Wissen über die Welt." [Singer, S. 91]
Im Gehirn sind hierarchisch vernetzte Funktionskomplexe neurowissenschaftlich lokalisierbar, die für unterschiedliche Hirnfunktionen zuständig sind. Diese können mit modernen (bildgebenden) Verfahren der Hirnforschung immer genauer untersucht werden. Solche wechselwirkenden Funktionskomplexe operieren in "arbeitsteiliger" Interaktion, wofür mehrere Hierarchiestufen definierbar sind. [Liß] Ihre spezifischen Funktionen werden beim Lernen zwecks "verbesserter" Anpassung an Umweltbedingungen ausgebildet. Durch situationsabhängigen Kenntniserwerb erklärbare kognitive Leistungen entsprechen neuronalen Struktur- und Funktionsänderungen gemäß klassifizierbaren höheren Lernformen. Dadurch erzielbar sind Lernvorteile beispielsweise für Wahrnehmung und Erkennung (Kognition), für logisches Schließen und Urteilen (rationales Denken), für antzipatorische Entscheidungsfindung (mittels Voraussagen "aus Erfahrung") oder für erlente Aktionssteuerungen (zielorientiert kontrollierte Verhaltensprogramme) mit angelernten Routinen (Automatismen). Lerntypische Verhaltensänderungen werden maßgeblich beeinflusst von 'subjektiven' Bewertungen interner und externer Situationen. Beispiele hierfür sind individuell bestimmte Affekte für internen Antrieb, Emotionen und Motivationen (vgl. 2. und » Gehirnmodell).

Das Zentralnervensystem (ZNS) hat strukturell verteilte Gedächtnisfunktionen. Die neurowissenschaftliche Suche nach einer 'Gedächtniszentrale' im Sinne eines zentralen Informationsspeichers im Gehirn blieb erfolglos. Gefunden und untersucht wurden lernfähige Gedächtnisstrukturen in vielen Teilkomplexen des Gehirns, die gekennzeichnet sind durch situationsbedingte Funktions- und Strukturänderungen. Neurale Verschaltungsänderungen als strukturelle Lernprozesse konnten in mehreren Bereichen unterschiedlicher Hirnabschnitte festgestellt werden. Für ausgebildete Gedächtnisleistungen sind kausale Zusammenhänge mit als "lernend" beobachteten Funktionskomplexen des Gehirns nachgewiesen worden.
Der Begriff "Gedächtnis" wird mit der physio-psychologischen Speicher-Metapher nur unzureichend definiert als lernabhängige Informationsspeicherung für Arbeits-, Kurzzeit- und Langzeitgedächtnis, wobei "eingespeicherte" Informationen als empirische Erinnerungen assoziativ "abgerufen" werden können (vgl. 2.5). Eine treffendere Begriffsdeutung als "denkendes Gedächtnis" bestimmt die funktionelle Einheit von Speicher- und Verarbeitungseigenschaft mindestens eines dynamischen 'offenen' Systems mit kognitiven Gedächtnisleistungen, d. h. eines kognitiven Systems, bestimmt als lernfähiges Gedächtnissystem mit strukturveränderlichen, nicht linear fungierenden Systemkomponenten, die plastisch verknüpften (variabel vernetzten) Funktionskomplexen eines Gehirns entsprechen, die in multihierarchischer Organisation wechselwirken können. [Hinweis 1]
Ein »lernfähiges Gedächtnissystem« ist konzeptuell gekennzeichnet durch 'individuell ausbildbare' Speicher- und Verarbeitungsfunktionen (in dialektischer Einheit von "denkendem Gedächtnis"). Das verhaltensändernde Selbstlernen dieses kognitiven Systems erfolgt durch 'strukturelles Speichern' von situationsbedingt erworbenen Kenntnissen (seines individuellen Erfahrungswissens) und damit ermöglichter Kenntnisnutzung für situationsabhängig abrufbare Erinnerungen (assoziierbare Voraussagen, Erwartungen) als erfahrungsgemäße Vorstellungen. Das kognitive System deutet aktuelle (externe und interne) Situationen durch "erfahrungsbedingte" (subjektive) Interpretationen im Sinne von individueller Informationsverarbeitung, d. h. es vollzieht eigene 'kognitiv-logische' Operationen gemäß seinen "veranlagten" Grundfunktionen und "erlernten" bedingten Funktionen. Dabei ist 'strukturelles Lernen' ein kognitiver Grundprozess für Kenntniserwerb und Kenntnisnutzung, - unterstützt von konstruktivem Vorwissen gemäß bisherigen Erfahrungen (Kenntnissen, Modellen, Metawissen) und vorgegebenem Basis-Wissen für Grundfunktionen (Anlagen a priori). [Liß]
Ein lernfähiges Gedächtnissystem ist systemtheoretisch beschreibbar als die 'strukturell lernende' Funktionseinheit von operativem Speicher und Prozessor für eine erfahrungsbedingte, symbolische Informationsverarbeitung durch Nutzung von erworbenen Kenntnissen. Seine dynamische Wissensdarstellung ist gekennzeichnet durch bedingte Verknüpfungen (kognitiv-logische Funktionen) einer lerntypisch modifizierten Gedächtnisstruktur. Situationsbedingt erworbene Kenntnisse des Gedächtnissytems sind definierbar als "strukturell erlernte" bedingte Relationen, - einbezogen in 'plastische' Verknüpfungen für (erfahrungs-)bedingte Logik-Funktionen auf hierarchischen Darstellungsniveaus (z. B. bedingte Symbolzuordnungen für empirische Urteile). [Liß]

Kenntniserwerb führt zu einer "strukturellen" Erweiterung oder Modifikation vorhandenen Wissens (Ausbildung von Erfahrungswissen) durch die funktionelle Einbeziehung von mindestens einer "erworbenen" empirischen oder theoretischen Kenntnis (Erkenntnis). Situationsbedingt erworbene Kenntnisse (bedingte Relationen) entsprechen den modellhaft erfassten begrifflichen Beziehungen des Erfahrungswissens, das zusätzlich zu veranlagtem Basis-Wissen ausbildbar ist.
Ergebnisse der Lern- und Hirnforschung belegen, dass neurale Gedächtnisstrukturen situationsbedingt 'konditioniert' und kenntnisspezifisch 'ausgebildet' werden können. Individuelle Lernprozesse führen zu veränderten Neuronen-Verknüpfungen (funktionellen Verschaltungen) in 'plastischen' Funktionskomplexen des Gehirns.
Struktur- und Funktionsänderungen durch 'strukturelles Lernen' (im Rahmen einer strukturellen Lerndispostion, s. o.) beruhen auf einer neurowissenschaftlich nachgewiesenen Plastizität (strukturellen Modifizierbarkeit) interneuronaler Verknüpfungen, wobei synaptische Verbindungen epigenetisch und ontogenetisch ausgebildet werden können (funktionelle Variabilität).
Die beim situationsabhängigen Lernen 'effektivierten' synaptischen Verbindungen zwischen vernetzten Neuronen (als aktivierbaren Verknüpfungseinheiten) werden aufgefasst als ausgebildete 'konditionierte' Assoziationen, die (nach dem Prinzip der Vereinbarkeit) erfasste Beziehungen als bedingte Relationen für Gedächtnisleistungen repräsentieren.
Ein genetisch vorgegebenes Selektionskriterium für "erlernbare" Assoziationen ist die räumliche und zeitliche Kontiguität von (prä- und postsynaptischen) Signalereignissen, d. h. die Koinzidenz von 'kohärent aktiven' Neuronen. Begrifflich verbindbar sind zwei neurale Aktivitäten, wenn für sie ein erfassbarer Zusammenhang annehmbar ist (Konnexanalyse). "Als »zusammengehörig« wird interpretiert, was zu korrelierter neuronaler Aktivität führt." [Singer, S. 139] (vgl. 2.5)
Einfluss auf den individuellen Kenntniserwerb haben Aufmerksamkeit und subjektive Bewertungen (z. B. Signal-Bedeutung, Interesse und Emotion).
Erworbene Kenntnisse entsprechen "erlernten" Wissenselementen als begrifflichen Beziehungen für "erfasste" Zusammenhänge. Sie werden bestimmt als bedingte Relationen des ausgebildeten Erfahrungswissens, dessen Begriffsstrukturen mit 'kognitiv-logischen' Verknüpfungen dargestellt werden kann. [Liß]
Erworbene Kenntnisse müssen sich bei ihrer Nutzung bewähren (Konsolidierung), damit sie "im Gedächtnis behalten" bleiben. Anderenfalls werden sie durch erfahrungsgemäße Kritik korrigiert oder vergessen (Falsifizierung). Beim Umlernen durch Kennenlernen eines neuen Zusammenhangs (antivalente Relationen) wird mit der neu erworbenen Kenntnis (als neue Alternative) eine bisher genutzte Kenntnis falsifiziert und durch die neue Kenntnis ersetzt (d. h. antivalente Nutzung der 'neu erlernten' bedingten Relation). [vgl. Simulationsmodell, Liß]

2. Lokalisierbare Funktionskomplexe für besondere Hirnfunktionen

2.1  Cortex und Limbisches System  -  Großhirnrinde für bewusste und rationale Funktionen

Von besonderem neurowissenschaftlichen Interesse sind im Cortex lokalisierbare Areale (Bereiche) und Assoziationsfelder (vgl. vorletztes Bild), die bestimmt werden als spezifische Funktionskomplexe für Wechselwirkungen mit dem Körper und der Umwelt, vor allem über die Sinnesorgane und den Bewegungsapparat.
Die Großhirnrinde (Iso- oder Neocortex) des Menschen hat sechs Schichten, ist aber nur 2 bis 5 mm dick und enthält 20 bis 50 Milliarden Nervenzellen (Neuronen, geschätzte Anzahl), die mit jeweils 7000 bis 20 000 anderen cortikalen Neuronen funktionell verknüpft sein können (über Synapsen). In einem Kubikmilimeter des Cortex befinden sich ca. 100 000 Neuronen, deren verzweigende Nervenfasern (Axone bzw. Dendriten) mit anderen Neuronen synaptisch verbunden sind (plastische assoziative Vernetzung).
Die Neuronen im modular aufgebauten Cortex sind wechselwirkend verbunden nicht nur mit unterschiedlichen Cortex-Neuronen (in Kolumnen verschaltet), sondern auch mit vielen Neuronen in darunterliegenden "subcorticalen" Hirnabschnitten. Superponierte cortikale Funktionskomplexe wirken zusammen mit aktiven 'Kern-Systemkomponenten' des Gehirns, die relativ selbständig und "unbewusst" funktionieren (sog. Unterbewusstsein).
Neuere Ergebnisse der Hirnforschung zeigen, dass "sprachlich bewusste" Gedanken nur in der Großhirnrinde nachweisbar sind. Assoziative cortikale Bereiche, vor allem im Stirn- und Schläfenlappen, sind zuständig für "bewusst gewordene" Wahrnehmung, Kognition, Gefühle und sprachliche Ausdrücke (vgl. höhere und niedere » Bewusstseinsformen bei Tieren).
Das Bewusstwerden von Wahrnehmungsinhalten (Bedeutungen) und von Denkvorgängen, Vorstellungen sowie Erinnerungen hängt zusammen mit der Aktivität von assoziativen Arealen der Großhirnrinde, lokalisiert als vorderer Anteil des Hinterhauptslappens (okzipitaler Cortex) sowie als Teile des Scheitellappens (parietaler Cortex), des Schläfenlappens (temporaler Cortex) und des Frontallappens, besonders des präfrontalen Cortex des Stirnhirns (vgl. 2.4).
"Alle Wahrnehmungen werden grundsätzlich für 250 bis 500 Millisekunden unbewusst verarbeitet, ehe sie gegebenenfalls bewusst werden. Viele unbewusst aufgenommenen Reize sind aber generell zu kurz oder zu schwach, als dass sie unsere Großhirnrinde in einer für das bewusste Erleben notwendigen Weise aktivieren, oder sie werden durch subcortikale 'Filterprozesse' vom Bewusstwerden ausgeschlossen." [Roth, Die Macht des Unbewussten, 2006]
Ein "bewusstlos" funktionierendes Gehirn (z. B. niederentwickelt, embryonal, narkotisiert, im Koma oder Tiefschlaf) kann nur lebensnotwendige "vegetative" Operationen unbewusst beeinflussen, d. h. ohne individuell erlebbare Empfindungen und ohne wissentliche Reaktionen (keine Statusreports, vgl. primitive Tiergehirne).

Erlebbare Bewusstseinszustände beim Denken (z. B. Selbstreflexion für Urteile und sprachliche Statusreports über das "Ich") werden maßgeblich beeinflusst von unbewussten 'subjektiven' Bewertungen in subcorticalen Funktionskomplexen des so genannten limbischen Systems (blau markiert im Schnittbild). [Roth]
Die limbischen Strukturen im Schläfenhirn, Zwischenhirn (Thalamus) und Gyrus cinguli stehen in vielfältiger Verbindung mit unterschiedlichen Bereichen des Cortex, wodurch sie cortikale Funktionen mit ihren "emotionalen" Bewertungssignalen beeinflussen können (vgl. emotionales Gedächtnis, s. u.). "Das limbische System durchzieht das gesamte Gehirn und umfasst (1) Anteile der Großhirnrinde, nämlich den orbitofrontalen Cortex, den Gyrus cinguli, die um den Hippocampus liegende entorhinale, parahippocampale und perirhinale Rinde und die insuläre Rinde ("Insel"); (2) allocortikale (d.h. nicht sechsschichtige) Anteile des Cortex und subcortikale Zentren des Endhirns, nämlich Hippocampus-Formation, Amygdala, Septum/basales Vorderhirn, ventrales Striatum/Nucleus accumbens, (3) Zwischenhirnzentren, nämlich Hypothalamus, Mammillarkörper, anterior-laterale, mediale und intralaminare Thalamuskerne, (4) ventrales tegmentales Areal (VTA) und Kerne des tegmentalen Höhlengrau im Mittelhirn, und (5) im weiteren Sinne Kerne der Formatio reticularis in Mittelhirn, Brücke und verlängertem Mark, vor allem Locus coeruleus und Raphe-Kerne."...
"Der Gyrus cinguli stellt neben der "Insel" und dem orbitofrontalen Stirnhirn den cortikalen Teil des limbischen Systems dar. Er spielt neben dem somatosensorischen Cortex bei der Schmerzwahrnehmung eine wichtige Rolle; hierbei steht er in enger Beziehung mit anderen Schmerzzentren, vor allem mit dem insulären Cortex. Zusammen mit dem präfrontalen Cortex übt der vordere cinguläre Cortex eine Art Überwachungsfunktion (monitoring) und Fehlerkontrolle bei der Verhaltenssteuerung aus." [Roth, Die Macht des Unbewussten]

Übergeordnete Kontrollfunktionen sind mit sprachlichen Bewusstseinsformen (Selbstkonzept) verbunden entsprechend einem Selbstsmodell, das zur intentionalen Selbstkontrolle dient und zur Auflösung motivationaler Konflikte hilfreich sein kann (vgl. Meta-Automat über Basis-Automat). [Liß]
Der präfrontale Cortex (Stirnhirn, vgl. Bild) bestimmt maßgeblich die "intelligenten" (verstandesmäßigen) Denkprozesse bei 'wissentlichen' Interpretationen, z. B. einsichtigen Deutungen und Einschätzungen zu komplexen Problemsituationen, außerdem bei kontextgerechter Handlungsplanung und zielgerichteter Verhaltenskontrolle (vgl. 2.5).
"Weil präfrontale Regionen konvergente Inputs aus sensorischen, emotionalen, motivationalen und Erinnerungs-Schaltkreisen empfangen, geht man davon aus, dass sie die komplexe Integration von Informationen (Bindung) zu leisten vermögen, die im Gehirn im Zuge einer bewussten Erfahrung geschehen muss." [LeDoux, S. 258]
Der darunterliegende orbitofrontale Cortex (über den Augenhöhlen) ist zuständig für "vernünftige" Voraussicht und Überprüfung von hypothetischen Erwartungen (Voraussagen) gemäß einer 'rationalen' Selbstkontrolle des Gehirns. Aufgrund von gedanklicher Ereignisvorwegnahme (begriffliche Antizipation, Vermutung) sind optimale Enscheidungen "erwägbar", besonders durch "einschätzendes" Abwägen von voraussichtlichen Handlungskonsequenzen, - auch unter Berücksichtigung von ethisch-moralischen Normen für soziale Interaktionen. - Funktionsstörungen des orbitofrontalen Cortex führen zu einem "unkontrollierten" impulsiven, individuell-egoistischen oder "unmoralischen" Verhalten, das von subcortikalen limbischen Zentren (vor allem Amygdala, mesolimbisches System und Hypothalamus) unbewusst gesteuert wird.

Für "rationale" Funktionen des Frontalhirns gilt prinzipiell: "Verstand" ist Erkenntnisvermögen für Deutungen und Urteile durch praktische Einsicht. - "Vernunft" lenkt den Verstand beim Problemlösen mit vermuteten Voraussagen durch theoretische Einsicht. [Liß, vgl. 1.3 u. 2.6]

Modellmäßig verknüpfte Gedankengänge sind 'Überlegungen' des komplexen Denkens. Das Finden einer eigenen Meinung oder rationalen Entscheidung, z. B. beim Nachdenken bzw. Abwägen, erfolgt durch Selbstreflexion gemäß individuellem Erfahrungswissen und subjektiven Bewertungen (vgl. 2.2 und 2.3).
Starke Erinnerungen und Gefühle behindern logisches Denkvermögen für analytische Reflexionen. Vernünftiges Entscheiden wird erschwert durch unbewusste emotionale und soziale Einflüsse.
Kreatives Denken geschieht "intuitiv" oder mit heuristischen Methoden, die für Arbeitshypothesen oder Heuristiken zum Problemlösen nutzbar sind.
Ein "intuitiv" verkürzter Interpretationsprozess (ad hoc, vor bewusstem rationalen Denken) wird bestimmt durch eine unbewusste Koordination vieler komplexer 'kognitiver Schemata', - darstellbar mit Relationen für zugeordnete Signal-Formationen (Implikationen) analog aktiven Ensembles von synchron feuernden Neuronen. Dabei erfolgt eine assoziative Kenntnisnutzung gemäß dem Erfahrungswissen für erlernte "stereotype" Reaktionen (Routinen, Fertigkeiten), aber auch für mögliche "kreative" Assoziationen (Einfälle) und "einsichtige" Abstraktionen (theoretische Erkenntnisse, assoziativ konditioniert). [Liß]

2.2  Hirnfunktionen für unbewusste Bewertungen  -  Affekte, Emotionen und Motivationen

Situationsbedingte und 'subjektive' (selbstbezügliche) Bewertungen haben maßgeblichen Einfluss auf kognitiv-logische Erwägungen für Handlungsintentionen (Absichten, Ziele), auf empirische Urteile und auf Entscheidungen für situationsangemessene Aktionen. Bei impulsiven Affekthandlungen wird eine rational-logische Selbstkontrolle vermisst (fehlende Selbstbeherrschung).
Das komplexe limbische System ist zuständig für 'subjektive' (meist unbewusste) Bewertungsfunktionen. Als Bewertungsinstanz bewirkt es unbewusste Affekte (intuitive Antriebe), Emotionen (erlebbar als Gefühle) und Motivationen, die als Handlungsabsichten auch bewusst bestimmbar sind (Intentionen).
Die limbischen Strukturen des inneren Schläfenhirns Hippocampus und Amygdala beeinflussen den Hypothalamus (unter dem Thalamus im Zwischenhirn), dessen Funktionen für phylogenetisch alte Triebe und Emotionen neurobiologisch nachgewiesen sind, z. B. für Aggression, Flucht und Sexualität. Der Hypothalamus seinerseits steuert über lange 'absteigende' (efferente) Nervenbahnen für motorische Efferenzen die peripher-vegetativen Reaktionen (z. B. Herztätigkeit und Atmung) und auch das Hormonsystem des Körpers.
Die Amygdala (Mandelkern) im limbischen System erzeugt (anfänglich unbewusste) emotionale Zustände und Erlebnisse (z. B. für Angst, Furcht, vermutlich auch Neugierde). Sie macht emotionale Erfahrungen in Zuordnung zu "erlebten" individuellen Situationen als "emotionale Erinnerungen" verfügbar (emotionales Gedächtnis, vgl. 2.5). Damit bestimmt sie in besonderen Situationen (gemäß Sinneseindrücken oder Wahrnehmungen) die jeweilige emotionale Erregung oder Alarmmeldung durch Assoziieren "aus Erfahrung" sehr schnell, aber ungenau. [Goleman, S. 40]
"Ohne irgendeine bewusste, kognitive Beteiligung können emotionale Reaktionen und emotionale Erinnerungen entstehen, weil das emotionale System anatomisch unabhängig vom Neokortex agieren kann", sagt LeDoux. "Es kommt zwar vor, dass emotionale Erinnerungen ins Bewusstsein gelangen, doch viele führen zu Handlungen, ohne dass wir uns ihrer bewusst erinnerten." [Goleman, S. 38]
LeDoux entdeckte ein Bündel neuronaler Verbindungen vom Thalamus direkt zur Amygdala, als Abkürzung für die vielen langen Bahnen zum Cortex. Damit sind (vor)schnelle emotionale Reaktionen (z. B. bei vermeintlicher Gefahr) erklärbar, die den cortikalen "Denkergebnissen" (des Verstandes) zuvorkommen. [Goleman, S. 36]
Emotionale Einflüsse der Amygdala (z. B. auf Hypothalamus und Neocortex) werden auch von Cortex-Funktionen mitbestimmt. Zugeordnet zu besonderen Wahrnehmungs- und Erkennungsergebnissen entstehen im Cortex assoziierte Voraussagen "aus Erfahrung", die emotionale Auswirkungen haben können. Assoziative Gedächtnisleistungen und kognitive Funktionen im 'Assoziationscortex' sind verbunden mit emotionalen und motivationalen Bewertungsfunktionen. [Roth, Singer]
"Zur Motivation tragen also implizite wie auch explizite Systeme bei. Das Arbeitsgedächtnis lenkt das Verhalten auf Ziele hin, die in ihm explizit repräsentiert sind und unter dem Einfluss von exekutiven Steuerungsfunktionen angesteuert werden können. Auf der anderen Seite haben wir Hirnsysteme, die Anreize implizit verarbeiten und das Verhalten implizit auf Ziele hinlenken. Manchmal laufen die implizite und die explizite Motivitation synchron zueinander, sodass Arbeitsgedächtnis und implizite Systeme das Verhalten auf einen gemeinsamen Zweck hin ausrichten." [LeDoux, S. 340]
"Der Geist ist nicht nur, wie die Kognitionswissenschaften uns einst glauben machen wollten, ein Denkapparat. Er ist ein integriertes System synaptischer Netzwerke, die kognitive, emotionale und motivationale Funktionen erfüllen. Und er umfasst, was noch wichtiger ist, auch Interaktionen zwischen den Netzwerken, die für die verschiedenene Aspekte unseres Innenlebens zuständig sind." [LeDoux, S. 341]

2.3  Hirnfunktionen für unbewusste Entscheidungsvorbereitungen  -  Absichten (Intentionen)

Äußerbare Gedanken (z. B. an Objekte, Symbole oder Worte) lassen sich spezifischen Aktivierungsmustern von Neuronengruppen zuordnen, die in Cortex-Bereichen unterschiedlich lokalisierbar sind, aber nicht auf Dauer so bleiben (vgl. strukturelles Lernen). Markante Neuronenaktivitäten für 'motivierte' Gedanken bei der Entscheidungsvorbereitung können "live" beobachtet werden mit modernen bildgebenden Verfahren der Magnetresonanztomografie (MRT). Erforderlich ist ein anfänglicher Dialog mit dem Probanden zum Kennenlernen seiner speziellen Gedanken-Muster (für Begriffsformen) in der Trainingsphase für die MRT-Auswertungssoftware im Computer, - d. h. Erkennungstraining aufgrund personenspezifischer Lokalisierung.

"Auf subcortikaler Ebene kontrolliert das limbische System im engeren Sinne (d.h. Hypothalamus, Amygdala, mesolimbisches System) den Hippocampus und damit praktisch alle Prozesse des deklarativen, bewusstseinsfähigen Gedächtnisses. Ebenso kontrolliert das limbische System die Basalganglien (Corpus striatum, dorsales Pallidum, Substantia nigra), die ihrerseits den präfrontalen, prämotorischen und supplementärmotorischen Cortex bei der Vorbereitung und Planung von willkürlichen Bewegungen kontrollieren. Auf diese Weise hat das limbische System bei der Verhaltenssteuerung das erste Wort, nämlich beim Entstehen der Wünsche und dem Reifen der Pläne und Ziele, und das letzte Wort, und zwar kurz bevor eine bestimmte Handlung ausgeführt werden soll." [Roth, Die Macht des Unbewussten, 2006 - Hervorhebungen von E. Liß]

2.4  Hirnfunktionen für Aufmerksamkeit und Bewusstwerden  -  Problemlösen und Lernen

Ein aktiver Wahrnehmungsprozess unter 'kognitiver Kontrolle' (präfrontaler Cortex) beginnt mit der Selektion von Informationsdarstellungen im Vergleich mit kognitiven Schemata (Unterscheidung, Klassifizierung, Kategorisierung, Abstraktion, Informationsreduktion). Dabei vorausgesetzt wird eine unbewusste oder bewusste Fokussierung der Aufmerksamkeit auf bevorzugt selektierte Übertragungskanäle (sinnliche oder hirninterne Modalitäten) für besondere Signalereignisse von externen oder internen Quellen. Der stärkste Reiz zieht meist die Aufmerksamkeit auf sich. Aber auch ein schwächerer Reiz kann "willentlich" als wichtig eingeschätzt werden und dadurch Aufmerksamkeit erregen. Sinneswahrnehmungen werden maßgeblich von individuellen Bedürfnissen, Interessen, Einstellungen und Motiven beeinflusst.

Als "Tor zum Bewusstsein" werden die limbischen Zentren Thalamus und Hippocampus aufgefasst, weil ihre Filter-Funktionen zur Steuerung von Aufmerksamkeit entdeckt worden sind. Besonders das Hippocampus-System entspricht einem "unbewussten" Organisator des 'Aufmerkens' und 'Aufnehmens'. Er hat steuernde Einwirkung auf das 'Behalten' im deklarativen Gedächtnis für 'bewusst abrufbare' Erinnerungen, vermutlich in assoziativen Cortex-Regionen (vgl. 2.5.) Selektiv beeinflussbar durch seinen situationsabhängigen Ausstoß von Neuromodulatoren sind cortikale Gedächtnisstrukturen während der Einspeicherung und Konsolidierung besonderer Gedächtnisinhalte für als 'wichtig' bewertete Informationen (vgl. » 'synaptische Verbindungen'). [Roth, S. 161]
Über den Gyrus cinguli (cingulären Cortex) 'aufsteigende' (afferente) neuronale Verbindungen zum Cortex dienen zur Beeinflussung von Aufmerksamkeit und zur emotionalen Einfärbung von Wahrnehmungen (z. B. Schmerz). Außerdem arbeitet der cinguläre Cortex beim Erkennen und Korrigieren von Fehlern eng mit dem Stirnhirn zusammen (vgl. Belohnungssystem, s. u.).
Zentrale Bedeutung für die Ausfilterung unwichtiger Informationen haben "bewertende" cortical-limbische Strukturen in Verbindung mit der Formatio retikularis des Hirnstamms ('netzartige' Formation, hat die Kerne: PPT, Locus coeruleus und dorsaler Raphe-Kern). Auch die Aufmerksamkeitssteuerung für Neues wird ihnen zugeschrieben (Kern: Locus coeruleus). In Zusammenarbeit mit dem vorgeschalteten Cortex wird durch Vergleich von vergangener mit der gegenwärtigen Erfahrung die eingehenden (wahrgenommenen) Umweltinformationen auf deren Relevanz (Wichtigkeit und Neuheit) hin bewertet. Wichtige Informationen sind bedeutsam, beeinflussen die Hirnaktivität und können als neue Gedächtnisinhalte gespeichert werden. Wenn Informationen als unwichtig bewertet wurden, z. B. als Redundanz (Überflüssiges), dann bleiben sie zunächst unberücksichtigt, so lange, bis möglicherweise ihre Wichtigkeit später doch erkannt wird.
Von der 'limbischen' Bewertungsinstanz des Gehirns kann die Einstufung in "unwichtig" völlig unbewusst erfolgen. Als "wichtig, aber bekannt" eingestufte Informationen werden routinemäßig verarbeitet und erfordern kein Bewusstsein (vgl. antrainierte Fertigkeiten und Automatismen).
Besonders "bewusst" werden 'problematische' Funktionsanforderungen in assoziativen Cortex-Arealen für komplexe Situationen, die als "wichtig, aber neu" (interessant, fraglich) klassifiziert worden sind. Für unbekannte Problemsituationen können hypothetische Lösungsansätze durch Untersuchungen und mittels Fach- oder Expertenwissen gefunden werden, unterstützt von Metawissen, z. B. heuristischen Methoden und Such-Strategien. Eine analytische Problemlösung (z. B. Algorithmierung) durch "einsichtige" Modellbildung für neuerfasste Zusammenhänge ist eine Intelligenzleistung für situationsbedingtes (Kennen-)Lernen, erforderlichenfalls auch 'selbsterhaltendes' Umlernen (organisatorische Umorientierung).
Beim empirischen Lernen (auch aus Fehlern) werden durch Erfahrung (induktiv) neue Kenntnisse erworben, die zunächst als hypothetische Erkenntnisse (Theorien) gelten. Diese müssen durch praktische Erprobung bestätigt werden (Test), um sie künftig als 'bisher bewährte' Erkenntnisse im Gedächtnis zu behalten (Konsolidierung für Langzeitspeicherung).
Die effektorientierte (Lern-)Methode "Versuch und Irrtum" (trial and error) ist mit einem Fehlerrisiko verbunden und mit der Frage, ob und wann Probieren zum Erfolg führt.

Als Belohnungssystem wurde ein 'mesolimbisches System' definiert, dessen dopaminerge Neurone funktionell zuständig sind für positive Emotionen bei der Befriedigung von Bedürfnissen. Wenn Unerwartetes positiv bewertet wird, kann über die mesocorticolimbische Bahn (vgl. Schnittbild) stimulierend auf Stirnhirn-Areale eingewirkt werden, - zwecks Steuerung von Aufmerksamkeit und Lernbereitschaft für Neues (Appetenzverhalten). Im Mittelhirn produziertes Dopamin (Botenstoff) vermittelt die Erwartung von Belohnung oder Lust. Dopamin aktiviert den Nucleus accumbens, der eine opiumartige Substanz (Endorphine) freisetzt, was als Wohlbefinden (Glücksgefühl) empfunden wird. Bei deutlicher Antriebs- und Interesselosigkeit ist ein Dopaminmangel festgestellt worden.

2.5  Strukturelles Lernen in Hirnregionen für unterschiedliche Gedächtnisformen

Situationsabhängige biochemische oder genetische Veränderungen und auch Umbauprozesse an ausgewählten Synapsen sind kennzeichnend für Lern- und Gedächtnisprozesse, auch für Vorgänge der Wiederherstellung von Funktionen nach Schädigung (strukturelles Lernen, dynamische Selbstorganisation). Neurowissenschaftlich nachgewiesen wurden 'lernende Gedächtnisstrukturen' innerhalb untersuchter Hirnregionen, gekennzeichnet durch funktionelle Veränderungen an Synapsen (Kontaktstellen) zwischen unterschiedlichen "plastischen" Nervenzellen (Neuronen). Beweggründe für (temporäre oder bleibende) neuronale Funktionsveränderungen sind situationsbedingte Koinzidenzereignisse an Synapsen als detektierbare (prä- und postsynaptische) Bedingungen zur 'Bahnung' synaptischer Neuronenverbindungen. Es können aber auch neue synaptische Verbindungen im Nervennetz epigenetisch ausgebildet werden, z. B. durch Dendriten-Wachstum für neue Synapsen (vgl. 1.2 bis 1.4).
Modellhaft definierte Gedächtnisformen sind Arbeits-, Kurz- und Langzeitgedächtnis, klassifiziert nach zeitlichen Merkmalen der Verfügbarkeit von erinnerbarem Wissen. Außerdem gelten abruf- und wirkungsmäßig kategorisierte Arten von Gedächtnis: "explizites" deklaratives (semantisches oder episodisches) Gedächtnis, "implizites" prozedurales Gedächtnis und emotionales Gedächtnis (s. u.).
Unterschiedliche im Gehirn verteilte Gedächtnisformen für Erfahrungswissen können mit dafür zuständigen Hirnregionen erklärt werden, deren Schädigungen nachweisbare Auswirkungen auf mögliche Lernleistungen haben wie Patientenstudien belegen.
Der Verlust des Hippocampus führt zu massiven Störungen für ein 'Kurzzeitgedächtnis', so dass Erfahrungen neuer Erlebnisse später nicht mehr erinnerbar sind, wobei ein diesbezügliches 'episodisches Gedächtnis' fehlt (erklärbar durch verhinderte Aufnahme ins 'deklarative' Gedächtnis, vgl. 2.4).
Aus dem 'deklarativen Gedächtnis' des assoziativen Cortex sind individuelle Langzeiterinnerungen (des expliziten Wissens) "wissentlich" abrufbar, beeinflusst vom limbischen System. Diese können in Form sprachlicher Ausdrücke mitgeteilt werden (Objektivierung für Beschreibungen und Erklärungen).
Das kulturell bestimmte, explizite Wissen im deklarativen 'Langzeitgedächtnis' ist "bewusst" erinnerbar. Eine intentionale oder assoziative Erinnerung erfolgt situationsabhängig als symbolische Vorstellung bzw. wiedererkannte Erfahrung (z. B. Erwartung). Ihr schneller Abruf kann unterstützt werden von assoziativen Merkhilfen ('Eselsbrücken' und assoziative Verortung).
Momentan 'ungewollte' Erinnerungen des expliziten Wissens können als 'unbeabsichtigte' Vorstellungen (Assoziationen für Relationen) assoziativ "bewusst werden" (vgl. 2.4). "Die Aktivierung einer deklarativen Erinnerung ruft deshalb auch mit ihr zusammenhängende Erinnerungen wach. Folglich können deklarative Erinnerungen unabhängig von dem Kontext, in dem sie sich gebildet haben, abgerufen werden, und durch Reize, die nicht an dem ursprünglichen Lernvorgang beteiligt waren." [LeDoux, S. 157]
Der präfrontale Cortex ist zuständig für ein "operierendes" (sprachlich-bewusstes) 'Arbeitsgedächtnis'. "Das Arbeitsgedächtnis schließt das ein, was man das Kurzzeitgedächtnis nennt. ... Das Arbeitsgedächtnis ist ein Raum, in dem gearbeitet wird." [LeDoux, S. 237] "Das Arbeitsgedächtnis unterscheidet sich vom sensorischen Bewusstsein vor allem dadurch, dass es im Arbeitsgedächtnis möglich ist, vorübergehend gespeicherte Informationen über Funktionsbereiche hinweg simultan zueinander in Beziehung zu setzen und auf flexible Weise für die Entscheidungsfindung nutzbar zu machen. Diese Fähigkeiten scheinen in präfrontalen Schaltkreisen zu wurzeln." [LeDoux, S. 262] Diesem oberen Teil des Stirnlappens werden superponierte Kontroll-Funktionen für Bewusstsein und auch Kreativität zugesprochen, vor allem bei kontextabhängigem Erinnern und Verstehen, bei zeitlicher und räumlicher Strukturierung von Sinneswahrnehmungen, bei planvollem und kontextgerechtem Handeln und Sprechen, sowie bei "intelligentem" Problemlösen durch rationale Einsicht (vgl. 2.1).
Erkrankungen des präfrontalen Cortex führen zu Persönlichkeitsveränderungen, gekennzeichnet durch Abbau sozial angepasster bis hin zu kriminellen Verhaltensweisen, Enthemmung und Distanzlosigkeit (fehlende Selbstkontrolle), - auch Planungsunfähigkeit, Interessen- und Motivationsverlust (kein intentionales Lernen, vgl. 2.6).
"Implizite Erinnerungen treten nicht so sehr in den Dingen zutage, die wir wissen, sondern eher in den Dingen, die wir tun, und in der Art und Weise, wie wir sie tun." [LeDoux, S. 159]
"Lernvorgänge wie das Aneignen motorischer und kognitiver Fertigkeiten, das Priming und die klassische Konditionierung sind auch ohne den Hippokampus möglich. Hier müssen also andere Hirnsysteme im Spiel sein als dasjenige, auf dem das explizite Gedächtnis beruht." [LeDoux, S. 160]
Das Kleinhirn hat einen "unbewussten Lernanteil" an lebenserhaltenden kognitiven Leistungen und gelernten Sprachformen. Seine lernfähige Gedächtnisstruktur entspricht einem 'prozeduralen Gedächtnis' für konditionierte Fertigkeiten des angelerntes Verhaltens, das "unbewusst" gesteuert wird. Beispiele sind 'bedingte Reaktionen' durch "erfahrene" Konditionierung und antrainierte Handlungen als gelernte Automatismen, z. B. im Beruf oder beim Sport, die auch "bewusst" kontrolliert werden können.
Das 'relativ autonome' Kleinhirn (Cerebellum) hat ca. 30 Milliarden Neurone für unterschiedliche Motorik-Funktionen und zur Steuerung von Bewegungsabläufen des Körpers. Es ist über die Brücke (Pons) mit dem Hirnstamm verbunden und steht unter dem Signaleinfluss von motorischen Cortex-Arealen. Für cortikal auslösbare Verhaltensprogramme bewirkt es eine Feinregulierung der Muskeln.

Erwiesen ist, dass die Amygdala (Mandelkern, zweifach) an 'emotionalem Lernen' beteiligt ist, weil sie Motivationen (z. B. für implizit gelernte Gewohnheiten) und 'emotionales Gedächtnis' steuert bzw. organisiert (vgl. 2.2). "Der Mandelkern kann in einem Delirium der Wut oder der Angst reagieren, bevor der Cortex weiß, was los ist, weil die grobe Emotion unabhängig vom Denken und zeitlich vor ihm ausgelöst wird." ... "Gewöhnlich beherrschen die präfrontalen Bereiche unsere emotionalen Reaktionen von Anfang an." [Goleman, S. 44, 45] "Die von einem einzigen Neuron hergestellte Verbindung zwischen Mandelkern und präfrontalem Kortex mündet in einen Bereich, den man als »orbitofrontalen Kortex« bezeichnet. Dies ist offenbar der entscheidende Bereich für die Bewertung von emotionalen Reaktionen, wenn wir uns mitten in ihnen befinden und Korrekturen vornehmen." [Goleman, S. 46]

2.6  Hierarchische Lernformen und Entwicklungsniveaus analog superponierten Hirnabschnitten

Psycho-physiologisch klassifizierbare Lernformen sind typisch für kognitive Systeme. Unterschiedliche 'hierarchisch gekapselte' Kategorien von Verhaltensänderungen werden als hierarchische Lernformen definiert. Höchstes Lernziel ist "intelligentes" situationsangepasstes Verhalten zwecks 'rationaler' Autonomie und Homöostase (dynamische Selbsterhaltung). Zur evolutionären Erklärung der qualitativen Verschachtelung hierarchischer Lernformen dient ein zumindest schematischer Vergleich mit der funktionalen Hierarchie von miteinander vernetzten Hirnabschnitten (vgl. Definition eines Gehirnmodells, s. u.). Übereinstimmend damit beruhen 'niedere' Lernformen wie 'bedingte Reflexe' oder 'bedingte Reaktionen' (Konditionierungen) auf fundamentalen Lernmechanismen im evolutionär alten 'Reiz-Reaktion-System' des Nach-, Hinter- und Mittelhirns.
Qualitativ 'höhere' Lernformen sind äquivalent zu "intelligenten" Verhaltensänderungen aufgrund von "höheren" kognitiven Leistungen beim Problemlösen. Als höhere Lernformen werden definiert (hierarchisch aufsteigend klassifiziert): 'bedingte Aktion' (subjektive Bewertung), 'bedingtes Erwägen optimaler Entscheidungen','Lernen durch Einsicht in prinzipielle Sinn-Zusammenhänge' und 'Intentionales Lernen'. [Liß]
Die hierarchischen Lernformen entsprechen definierten Entwicklungsniveaus mit vielschichtiger Funktionalität, die alle auf dem "fundamentalen" Reiz-Reaktion-System aufbauen. Damit erklärbar sind 'höherentwickelte' Prozesse der Wahrnehmung, Erkennung, Beurteilung, Bewertung und Entscheidung im lernfähigen Gedächtnissystem. Charakteristisch für höhere Lernformen sind "individuelle" Gedächtnisleistungen gemäß dem Entwicklungsstand des systemeigenen Assoziations- und Erinnerungsvermögens. Beispiele hierfür sind "eigene" empirische Urteile (induktive Schlüsse), beeinflusst von assoziierten Voraussagen "aus Erfahrung" (Vorurteile, Erwartungen). Fördernden Einfluss auf lerntypische Kognitionsleistungen haben hypothetische Vorstellungen (Annahmen, Theorien) und zielorientierte Intentionen (Absichten, Pläne), z. B. Handlungsmotive zum Kennenlernen des Neuen (Erforschung) oder Methoden zum "Lernen lernen". [Liß]
Außerdem werden 'höhere' Lernprozesse maßgeblich bestimmt von subcorticalen Bewertungsinstanzen (für Antrieb, Emotion und Motivation). Diese stehen in Wechselwirkung mit übergeordneten Funktionskomplexen des Cortex und ihren assoziativen Gedächtnisstrukturen. Situationsabhängige Urteile und Entscheidungen im lernenden Gedächtnissystem werden beeinflusst von subjektiven Bewertungsergebnissen für Emotionen (meist unbewusst), die vom limbischen System stammen. Diese gehen Gefühlen voraus, die im Stirnlappen des Cortex "bewusst erlebbar" sind. [Damasio]
Hochentwickelte kognitive Leistungen für "einsichtiges" Lernen und "intelligentes" Problemlösen werden den 'rationalen' Stirnhirn-Funktionen zugeschrieben, - verbunden mit 'bewussten' Kontroll- und Planungsfunktionen im präfrontalen Cortex (s. o.). Die ontogenetische Hirnentwicklung beim Menschen führt erst viele Jahre nach der Geburt zur Ausreifung des Neocortex, besonders des präfrontalen und orbitofrontalen Cortex (Entwicklung bis ca. 11. Lebensjahr bzw. Pubertät). [Roth]
Der orbitofrontale Cortex (seitlicher 'assoziativer' Stirnlappen über den Augenhöhlen) gilt als zuständig für die kritische Überprüfung von hypothetischen Voraussagen und Erwartungen (z. B. von vermuteten Handlungskonsequenzen beim 'bedingten Erwägen' einer optimalen Entscheidung am Refenzmodell), - erfahrungsabhängig und zielorientiert, auch gemäß einer Moral und Ethik (Gewissen, vgl. 2.1). Außerdem werden ihm "bewusste" Zielvorstellungen, Motivationen und Gefühle zugeschrieben. [Roth][Singer]

Der Stirn- und Schläfenlappen (meistens linker Cortex) sind beteiligt an dem Verstehen und der Erzeugung von Äußerungen (mindestens) einer Sprache, die erlernt werden muss. Ein sog. Sprachzentrum zur Erkennung und Konstruktion von Satzformen sprachlicher Ausdrücke (Syntax, Grammatik) und zur Interpretation der Satzbedeutungen (Semantik) ist lokalisierbar im Broca-Arial des linken Frontallappens. Für verstehbare Sprachäußerungen werden der Satzbau und die Wortwahl im Gehirn mit vielen syntaktischen Regeln automatisiert bestimmt (meist unbewusst). [Roth]
Das individuelle Sprachvermögen ist eine systemimmanente Voraussetzung für deklarative Ausdrücke als formale Darstellungen zur Beschreibung und Erklärung eigener Vorstellungen, Urteile, Konzepte oder Intentionen hinsichtlich der Vergangenheit bzw. Zukunft. Sprachliche Aussagen werden bestimmt von aktuell nutzbarem, "deklarativen" Erfahrungswissen (auch: methodisches oder selbstreflexives Metawissen) entsprechend symbolisch-abstrakten Denkmodellen (kognitiv-logische Modellbildung). Sprachlich darstellbar sind 'konstruktive Konzepte' als hypothetische Modellvorstellungen gemäß ausgebildeten 'kognitiv-logischen' Begriffsstrukturen, die mit Logos-Relationen prägnant beschrieben werden können (vgl. Hinweis 2). [Liß]

Ein persönliches Selbstmodell entsteht bedingt durch Umwelteinflüsse während der Individualentwicklung (ontogenetisch) und ist beschreibbar als 'selbstbezügliches' Metawissen um Seinserfahrungen im menschlichen Gehirn (vorrangig im Frontalhirn, superponiert wie ein Meta-Automat [Liß]). Das Selbstmodell entspricht einem subjektiven »Selbstbewusstsein« (als eigenes 'Wissen vom Sein des Selbst'). Diese "hochentwickelte" Bewusstseinsform des Menschen ermöglicht ihm "vernünftige" Entscheidungen durch rationale Selbstreflexion und Selbstkontrolle (vgl. kritisches Erwägen mit Voraussicht, auch äußerbare Statusreports).
Dem Selbstmodell wird ein abstrakter »Ich-Begriff« als Selbstkonzept verallgemeinert zugeordnet. Die situationsbedingte Strukturierung (reflexive Modellbildung) des Selbstmodells erfolgt durch eine 'selbstbezügliche' Einschätzung eigener Erlebniszustände (Selbstbeobachtung mit möglicher Selbsterkenntnis), verbunden mit "einsichtigem" Verstehen im sozialen Kontext von Interaktionen (auch: Fremdbeobachtung, theory of mind).

Das 'selbstbezüglich denkende' Gehirn entspricht einem Gedächtnissystem mit Selbstmodell, das befähigt ist zu "vernünftiger" Selbstkontrolle durch eine 'kritische' Beurteilung und 'subjektive' Bewertung von individuell erkannten (bewusst gewordenen) System-Zuständen, die neuen Situationen unangemessen sein können (vgl. Probleme, auch Statusreports über Konflikte). Aufbauend auf Erfahrungswissen und Metawissen zum Problemlösen kann intelligentes Verhalten "intentional" (absichtlich, willentlich) gesteuert und erforderlichenfalls korrigiert werden (vgl. Handlungsoptimierung). Dazu erforderlich sind (sprachlich ausdrückbare) Urteile, die bestimmt werden von "aus Erfahrung" assoziierten Voraussagen oder erwarteten Konsequenzen von routinemäßigen (unbewussten) Reaktionen. [Liß]

Der "wissentlich forschende" Mensch strebt nach logisch begründbarer Erkenntnis und wissenschaftlicher Wahrheitsfindung (Wissensdrang), in dem er kritisch nachdenkt über erfahrene Wirkbeziehungen und kausale Sinn-Zusammenhänge, wobei er sich "Warum?"- und "Was wäre wenn?"-Fragen stellen kann. Sein selbstreflexives Denken (Nachdenken) betrifft nicht nur pragmatische Gedankengänge, sondern auch theoretische Überlegungen aufgrund begrifflicher Modell-Vorstellungen. Mit konstruktiven Reflexionen 'abduktiv' auffindbar sind vorteilhafte Problemlösungen zwecks Selbsterhalt und möglicherweise zur Verbesserung der 'subjektiven Lage' im jeweiligen Handlungsspielraum. Konstruktiv erdacht werden Konzepte als neue Entwürfe (z. B. Erfindungen, Konstrukte oder Fiktionen) durch logisch-funktionelle Nutzung neuer Erkenntnisse entsprechend den erworbenen Kenntnissen von kognitiv erfassten Beziehungen (vgl. Lernen durch Einsicht in prinzipielle Sinn-Zusammenhänge).
Mentale Reflexion als konstruktives Nach-Denken (angeregt durch Beobachtung, Fragen oder Kritik) entspricht dem gedanklichen Manipulieren und Kombinieren von selektierbaren Symbolen für abstrakte Begriffe und semantische Relationen (gemäß neuronal repräsentierten Vorstellungen). Ausdrückbare Denkprodukte (äußerbare Gedanken) basieren auf elementaren Begriffen und Vorstellungen, d. h. mentalen Deutungen oder Erinnerungen, - z. B. vorteilhaft nutzbar für hypothetische Voraussagen von abzuwägenden Konsequenzen (Erwartungen).
Objektivierbare Kenntnisse des deklarativen Wissens können in Form von Aussagesätzen zur Darstellung von kognitiv-logischen Begriffsstrukturen sprachlich formalisiert, geäußert und interaktiv vermittelt werden. Diese dienen zur formalen Beschreibung und Erklärung von erfassten Zusammenhängen untersuchter Sachverhalte. Mitteilbare Darstellungsformen für einzelne oder verknüpfte (Er-)Kenntnisse sind beispielsweise Aussagesätze (Logos-Relationen, Axiome) oder Funktionsausdrücke (Regeln, Formeln) für analytische Beschreibungen von konstruktiven Modell-Vorstellungen. [Liß]
Eine systematische Formalisierung kognitiv-logischer Aussagen basiert auf elementaren Darstellungsformen für logische Implikationen (Schlussfolgerungen, Inferenzen), die situationsbedingte Urteile, Bewertungen, Entschlüsse oder Mitteilungen bestimmen können. [Liß]
Gemäß dem 'Unschärfeprinzip der relativen Wahrheit' gelten logische (Vor-)Urteile, die in Form von Aussagesätzen mitteilbar und kritisch überprüfbar sind, als 'relativ wahr' aufgrund von bisher bewährten Regeln und bestimmten Ausnahmen für Sonderfälle, aber nur so lange diese Regeln nicht verändert werden.

Hinweis:  Gehirnmodell - vernetzte Funktionskomplexe eines kognitiv-logischen Gedächtnissystems

Hierarchisch klassifizierte Lernformen sind vergleichsweise erklärbar mit einer funktionalen Hierarchie von miteinander vernetzten Hirnabschnitten (s. o.). Eine aufgezeigte Arbeitshypothese des Autors ist ein multihierarchisches Gehirnmodell, - gekennzeichnet durch qualitative Entwicklungsstufen für hierarchisch 'gekapselte' Lernformen. Mit dem Ziel einer technischen Simulation höherer Lernformen durch Modellierung von lernfähigen 'kognitiv-logischen' Gedächtnisstrukturen wurde ein Systemkonzept 'Intelligenter Automat' vorgeschlagen (vgl. meine Simulationsmodelle 'Lernender Homöostat' seit 1980 - und Übersicht zu KI-Konzepten in: » Beiträge zu Definitionen und Konzepten einer Kognitiven Logik, - s. u. Literatur).

Literatur

Roth, G.: Wie das Gehirn die Seele macht, Hauptvortrag von Prof. Dr. Dr. Gerhard Roth, Direktor am Institut für Hirnforschung der Universität Bremen, auf dem Kongress "51. Lindauer Psychotherapiewochen 2001". - Die Seiten verweisen auf weitere Literatur, auf ein Interview mit G. Roth und auf zwei seiner Bücher.

Roth, G.: Fühlen, Denken, Handeln, Wie das Gehirn unser Verhalten steuert, Suhrkamp Verlag Frankfurt am Main, 2001, ISBN 3-518-58313-1

Roth, G.: Verstand und Gefühle - Wem sollen wir folgen?, Beitrag vom 07.02.03, veröffentlicht im Internet

Roth, G.: Gleichtakt im Neuronennetz, Gehirn & Geist - Dossier Nr. 1/2003: Angriff auf das Menschenbild, S. 24 - 32, Verlag Spektrum der Wissenschaft

Roth, G.: Die Zukunft des Gehirns, BBAW-Publikation in Heft 10 (Herbst 2002) der 'Hefte für den Disput über Wissen' - www.gegenworte.org

Singer, W.: Entscheidungsgrundlagen, Ein Auszug aus: Frankfurter Allgemeine Zeitung, Feuilleton 8. Januar 2004, Nr. 6, S. 33

Singer, W.: Der Beobachter im Gehirn, Essays zur Hirnforschung, Suhrkamp Verlag Frankfurt am Main, 2002, ISBN 3-518-29171-8, - daraus Exzerpt »Kognitiv-logische Modellbildung«, 1.  Erkenntnisse der Hirnforschung

Goleman, D.: Emotionale Intelligenz, Deutscher Taschenbuchverlag GmbH & Co. KG, München, 1999, ISBN 3-423-36020-8

Edelman, G. M. und Tononi, G.: Gehirn und Geist, Wie aus Materie Bewusstsein enststeht, Deutscher Taschenbuch Verlag GmbH & Co. KG, München, 2004, ISBN 3-423-34074-6

Damasio, Antonio R.: Der Spinoza-Effekt, Wie Gefühle unser Leben bestimmen, List-Taschenbuch, Ullstein Buchverlage GmbH, Berlin, 2005, ISBN 3-548-60494-3

LeDoux, Joseph: Das Netz der Persönlichkeit, Wie unser Selbst entsteht, Deutscher Taschenbuch Verlag GmbH & Co. KG., München, 2006, ISBN 3-423-34279-X

Jung, C. G.: Der Mensch und seine Symbole, Walter-Verlag AG, Olten, 8. Auflage 1979, ISBN 3-530-56501-6

Mainzer, K.: Perspektive Künstliche Intelligenz, - Historisches zum Entwicklungstrend 'Intelligente Automaten'

Liß, E.: Information - subjektive Nachricht für kognitive Systeme, Erläuterte Antworten von Heinz Zemanek aus einem Gespräch mit Josef Karner am 08.08.1999, hrsg. im LISS-KOMPENDIUM - September 2002

Liß, E.: Synaptische Verbindungen im plastischen Neuronennetz - Konditionierbare Assoziationen - strukturelle Lerndisposition für bedingte Relationen, hrsg. im LISS-KOMPENDIUM - Okt. 2003

Liß, E.: Systemkonzept 'Intelligenter Automat' für kognitive Logik (PDF-Datei) - Definitionen und Thesen zu lernfähigen Gedächtnissystemen, Gehirnmodell für Lernformen, System- und Organisationskonzept, hrsg. im LISS-KOMPENDIUM, Nov. 2004

Liß, E.: Kognitive Logik für Intelligente Automaten, Links zu wiss. Seiten im LISS-KOMPENDIUM   -  seit 2001

Liß, E.: Beiträge zu Definitionen und Konzepten einer Kognitiven Logik, Gehirnmodell für höhere Lernformen

Liß, E.: Kognitiv-logische Grunderkenntnisse - Gedächtnisprinzipien, Logos-Relationen, Denkprodukte - 2009

Hinweis 1: Die Auffassung "Gedächtnis denkt an das Gedachte" äußerte der Philosoph Martin Heidegger in seiner Vorlesung zur Frage "Was heißt Denken" (Zitat aus im Jahr 1951, gefunden im Februar 2008 in Reclams Universal-Bibliothek Nr. 8805, 1992, S. 12).

Hinweis 2: Wissenschaftliche Aussagen, Thesen und Ansichten zu Denkmodellen findet man im Exzerpt  Kognitiv-logische Modellbildung (Zitate namhafter Autoren) und im Essay  Grundbegriffe zur Kognitiven Logik.

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