KOGNITIONSFORSCHUNG

:

Schlau wie Schleimpilz

- VON MANUELA LENZEN

- -AKTUALISIERT AM -19:21

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Das neue Forschungsfeld „Basale Kognition“ sucht nach den Ursprüngen der Intelligenz auf molekularer Ebene. Was sagt uns das über höhere geistige Formen?

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Wie klug sind eigentlich Obst und Gemüse? Als die Biologen Francisco Varela und Humberto Maturana zu Beginn der 1980er Jahre behaupteten, jede Lebensform habe kognitive Fähigkeiten, war die Empörung erst einmal groß. Eine absurde Ausweitung des Intelligenzbegriffs sei dies, wurde ihnen vorgehalten, die nur dazu führe, dass man diesen gar nicht mehr gebrauchen könne. Inzwischen ist die Kognitionswissenschaft, das weniger bekannte Geschwister der Künstliche-Intelligenz-Forschung, bald siebzig Jahre alt und ihr zentraler Begriff noch immer nicht geklärt. Ein neues Forschungsfeld, „basal cognition“ genannt, könnte dem nun abhelfen. Seine Vertreter haben sich auf die Fahnen geschrieben, mit dem evolutionären Blick auf die Kognition endlich Ernst zu machen. Sie tragen immer mehr Belege zusammen, dass auch für die Intelligenz Darwins Einsicht gilt: Die Lebewesen unterscheiden sich graduell, nicht grundsätzlich.

Was ist eigentlich Kognition? „Erst dachte man, man könne die Frage offenlassen, bis man die Daten hat, jetzt hat man bergeweise Daten und noch immer keine Idee, wie man Sinn daraus machen soll“, bemerkte die Kognitionsforscherin und Mitbegründerin des neuen Feldes, Pamela Lyons, schon 2006 („The biogenic approach to cognition“, Cogn Process, 7, 11–29). Vergangenes Jahr legte sie nach: Es sei skandalös, wie unklar der Begriff noch immer sei, nachdem man so viel Geld in dieses Feld gesteckt habe („Of what is ,minimal cognition‘ the half baked version?“, Adaptive Behavior, Sept. 2019).

Mitschuld an diesem Zustand hat die Künstliche-Intelligenz-Forschung. Sie setzte in den 1950er Jahren hemdsärmelig beim Menschen und seinen abstraktesten Fähigkeiten an. Man beobachtete, wie Experten Entscheidungen treffen, nach welchen Regeln Rechnen und Schachspielen funktionieren, und versuchte, dies nachzubauen. So entstanden zwar Expertensysteme und Schachcomputer, aber keine intelligenten Maschinen. Ende der 1980er mischte dann der Roboterforscher Rodney Brooks die Szene mit der These auf, zur Intelligenz gehöre ein Körper, der erst einmal am Leben erhalten und gesteuert werden müsse. Später, Intelligenz wurde längst als eine Anpassungsleistung unter anderen verstanden, wurde deutlich, dass auch die Umwelt und die Mitmenschen eine Rolle spielen. Die „verkörperte Intelligenz“ wurde aus der Taufe gehoben, die „prärationale“, die „eingebettete“, die „soziale Intelligenz“, auch von „minimaler“, „prä“- oder „proto“-Intelligenz war die Rede. Mehr Durcheinander geht kaum.

Von den Anführungszeichen wollten sie sich nicht trennen

Die Neurowissenschaften setzen auf der Suche nach kognitiven Fähigkeiten naturgemäß bei Wesen mit Nervensystemen an, gerne bei den eher übersichtlichen wie dem Fadenwurm C. elegans oder Aplysia, dem Seehasen mit den Riesenneuronen. „Basal cognition“ widmet sich nun dem, was, evolutionär gesehen, davor kommt: Einzellern mit und ohne Zellkern, Pilzen, Tieren ohne Nervensystem und hier und da auch den Pflanzen. Denn das Aufkommen von Nervensystemen sei keineswegs ein „kognitiver Rubikon“, die Nervensysteme hätten sich aus viel älteren, molekularen Signalwegen entwickelt, die Prinzipien neuronaler Netze wie Erregbarkeit und Plastizität seien in vielen Zelltypen nachweisbar (František Baluška, Michael Levin, „On having no Head“, Front Psychol. 7, 2016).

Ganz neu ist diese Einsicht nicht. Schon vor zwanzig Jahren zerlegten Forscher um Joseph W. Lengeler von der Universität Osnabrück in einem Aufsatz über die „Neubewertung kognitiver Leistungen im Lichte der Fähigkeiten einzelliger Lebewesen“ (Kognitionswissenschaft, 8, 1999) zum Beispiel die beliebte Unterscheidung von Reflex und Kognition: Wenn Kognition beginne, sobald ein Organismus die Reaktion auf einen Reiz modifizieren könne, gehören schon die Bakterien zu den kognitiven Systemen, so die Autoren, denn wenn man einmal genauer hinschaue, stelle man fest, dass jedes sensorische System indirekt auf Reize reagiere. Nehmen etwa Kolibakterien über Proteine, die aus ihrer Zellmembran herausragen, Glukose wahr, hören sie auf herumzutaumeln und schwimmen auf die Futterquelle zu. Die komplexen Prozesse, die dabei in der Zelle ablaufen, sind nur statistisch beschreibbar, nicht mechanisch. Zudem können die Winzlinge zwischen Stoffen wählen. Glukose ist ihnen lieber als Galaktose, selbst wenn sie mit Letzterer aufgewachsen sind. Nehmen die Bakterien neben den genießbaren auch ungenießbare Stoffe wahr, können sie deren Konzentration miteinander „verrechnen“. Eindeutig eine frühe Form von „Konfliktbehandlung“, so die Autoren.

Von den Anführungszeichen wollten sie sich nicht trennen. Die aktuellen Autoren sind da weniger zurückhaltend: Sie identifizieren schon bei einfachsten Lebewesen Wahrnehmung, Gedächtnis, sensomotorische Koordination, Bewertung, Fehlererkennung, Habituation und Lernen, Entscheidung und Kommunikation.

Ein Grundproblem wird bleiben

Einzeller können immerhin nicht nur ihre Gestalt ausbilden und halten, sie können ihre Bewegungen und ihren Stoffwechsel bei sich verändernden Umwelteigenschaften verändern. Biofilme aus Bakterien kennen eine Art Signalweiterleitung über die Individuen hinweg. Und Schleimpilze, die unter günstigen Bedingungen als Einzeller im Boden leben und sich bei Nahrungsknappheit zu einem vielzelligen Verband zusammenschließen, sind ebenso erfolgreich darin, einen Weg durch einen Irrgarten zu finden, wie metastasierende Krebszellen. An Abzweigungen treffen sie mit Hilfe eines selbstproduzierten Lockstoffes eine Entscheidung über den weiteren Weg („Seeing around corners: Cells solve mazes and respond at a distance using attractant breakdown“, Luke Tweedy et al, Science; August 2020).

„Es wird immer deutlicher, dass Intelligenz als ein weitverbreitetes, vielleicht universales biologisches Phänomen betrachtet werden muss“, meint Kognitionsforscher Fred Keijzer („Describing Atypical Instances of Intelligence: The Case of Habituation“. BioEssays, 41(7) 2019). Wie könnten Überleben, Wohlergehen, Reproduktion auch gelingen ohne Wahrnehmung, Reaktionen auf Gefahr und Entscheidungen, was als Nächstes zu tun ist? „Vielleicht bin ich einfallslos“, so Pamela Lyons, „aber ich kann es mir nicht vorstellen.“ „Basal cognition“ stehe nun für einen begrifflichen Kompromiss für all diejenigen, denen die Verwendung von „kognitiv“ in Bezug auf solche Lebewesen nach wie vor Bauchschmerzen bereitet, so Lyons. Wenn es nach ihr ginge, bedürfe es aber keiner besonderen Bezeichnung, die diese einfachen Formen von Intelligenz von höheren begrifflich trenne.

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Mit diesem Ansatz verbindet sich nicht nur die Hoffnung auf eine evolutionär plausible Erklärung der Entstehung kognitiver Fähigkeiten bis hinab auf die molekulare Ebene, sondern auch die Idee: Wenn es so etwas wie allgemeine Prinzipien von Kognition gibt, die dann wiederum den Bau intelligenter Maschinen beflügeln könnten, sind sie in den evolutionär einfacheren Formen vielleicht leichter zu durchschauen als in den komplexeren Organismen.

„Basal cognition“ verändert die Perspektive. Statt bei den komplexesten Intelligenzleistungen des Menschen und seinen meist falschen intuitiven Vorstellungen, wie diese zustande kommen könnten, anzusetzen, beginnen die Forscherinnen bei molekularen Signalketten. Ein Grundproblem wird freilich bleiben: Komplexe kognitive Leistungen lassen sich auf molekularer Ebene kaum sinnvoll beschreiben. Ohne differenziertere und trennschärfere Begriffe wird es also auch weiterhin kaum gehen. Denn trotz aller Ähnlichkeiten in den molekularen Wegen der Signalverarbeitung entwickeln weder Salatkopf noch Tomatenpflanze ein gesteigertes Interesse an Schachpartien oder Kreuzworträtseln.

- Mal sportlich gefragt: Und wie geht es weiter? nur mit Maschinen oder auch mit uns?

- Ulrike Schmid (ucschmid)

- 0

- 26.11.2020 - 09:12

Wenn die Entwicklung kognitiver Fähigkeiten von der molekularen Ebene bis zum Menschen erkennbar ist, wohin könnte die Entwicklung dann noch führen? Müssen es Maschinen sein? Oder können wir selbst so richtig intelligent werden? ;) Könnten wir lernen bewusst immer mehr die konstruktiven Wege zu gehen? Gewalt hinter uns lassen und Konflikte (die in dynamischen Kontexten weiter entstehen) friedlich hin zu neuen Formen des Zusammenlebens zu transformieren? Ich rede nicht vom Paradies auf Erden. Bis dahin ist aber definitiv noch viel Raum für Veränderung möglich, um allen auf diesem Planeten das Leben wenigstens halbwegs erträglich zu machen. Dass wir das Leiden anderer 3 Strassen oder 2 Kontinente weiter so nonchalant akzeptieren, macht deutlich, das es mit unserer Intelligenz nicht weit her ist. Schon aus Eigeninteresse: nachhaltiger Frieden geht nur für alle.

Die ersten entscheidenden Etappen von mehr Intelligenz: Keine Folter, kein Krieg. Der Rest kommt dann vermutlich fast von selbst

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- - neueste 26.11.2020 - 12:59

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@U. Schmidt - Wie es weiter geht ...

- Wolfgang Klein (Supul)

- 0

- 26.11.2020 - 12:59

Was bei Menschen möglich ist, das sehen Sie schon an der Normalverteilung des Intelligenzquotienten. Von ganz oben bis ganz unten gibt es gewaltige intellektuelle Unterschiede. Ein Gentechnologie-Unternehmen in Boston hat vor wenigen Jahren mit einer Big Data-Analyse (noch nicht mal KI) herausgefunden, dass es einige tausend Genorte sind, die, optimal eingestellt, ihren Träger zu absoluten Spitzenleistungen befähigen. Die Menge dieser Genorte (wenn es auch bezogen auf alle Genorte relativ wenige sind) führt zu einer Normalverteilung der von ihnen induzierten Eigenschaften. Das kann man mit stochastischer Theorie beweisen. Wenn Sie die Menschheit als Ganzes verbessern wollen, müssen diese Genorte für alle richtig eingestellt sein.

Ich glaube aber nicht, dass der optimierte Verstand alleine Kriege vermeidet. Dazu müssen Sie auch noch die Vernunft optimieren. Diese ist weitestgehend in einem anderen Hirnareal lokalisiert.

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Die Basis der Intelligenz liegt im System des Periodensystems der

- günther reichert (g.reichert)

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- 25.11.2020 - 22:43

chemischen Elemente.Die ungeheure Zahl an Kombinationen kleine bis größte Moleküle oder Kristallgitter aus Selbstorganisation zu bauen,die unter gegebenen Bedingungen ,Temperaturen,Drücken energetischen Hyperflächen folgen,läßt das als Intelligenz erscheinen.Eine solche scheinbare Intelligenz gibt es aber nicht.

Es ist eine Eigenschaft der Materie oder Materieverbänden,dass unter bestimmten Bedingungen Eigenschaften hervorgehen,über die man überrascht ist(z.B. das Bewußtsein eines Menschen).

Obwohl die Kombinatioen unendlich sind,gibt es aufgrund der hervorkommenden physikalischen Eigenschaften auch die Begrenzungen.Im Universum ist die Lichtgeschwindigkeit eine Barriere ,die nicht überschritten werden kann.Wäre die Lichtgeschwindikeit von sich aus beliebig veränderbar,gäbe es auch keine chemischen Elemente.So schließt sich der Kreis wieder.Die Natur unterliegt diesen Grenzen.Es gibt höchstens nur Umformungen in diesem Universum,aber nie ein Überschreiten der Grenzen.

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- - neueste 26.11.2020 - 13:04

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Nein, Herr Reichert, sieht es nicht ...

- Wolfgang Klein (Supul)

- 0

- 26.11.2020 - 13:04

Gerade in der Chemie ist Quantenphysik das bestimmende Elemente. Und Sie dürfen nicht den Fehler machen, die Raumzeit als kontinuierlich anzusehen. Das sieht nur die Allgemeine Relativitätstheorie vor, und die ist nur deshalb noch in Betrieb, weil wir noch keine ausformulierte Quantentheorie der Gravitation haben. Der Konfigurationsraum ist extrem groß, aber er ist hochwahrscheinlich endlich.

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Auf der Ebene der Chemie sieht es anders aus ,@Herr Klein

- günther reichert (g.reichert)

- 9

- 26.11.2020 - 11:49

ob die Mathematik des Pyhsikers Tegmann das berücksichtgt hat,bezweifle ich.Teilchen, also besonders Moleküle können unterschiedliche Konformationen haben und das bei der gleichen Zusammensetzung.Insbesondere wenn bei Molekülen mit höherem Molekulargewicht die zahlreichen Anordnungen im Raum hinzukommen(Quatärstrukturen).Das macht die Sache noch komplizierter.Dann kommen auch noch die vielen Zwischenstufen bei chemischen Reaktionen hinzu.Die permanenten Umformungen und Umwandlungen mit jeweils unterschiedlichen Eigenschaften müssen berücksichtigt werden,auch durch außerirdische Strahlungen und aus Gravitationseinflüssen( Einschläge zB durch Meteoriten etc).

Kombinationen endlich vieler Teilchen seien endlich,kann es nicht geben,wenn bereits aus Strahlungen Materie entstehen kann.Was der leere Raum als Bühne des Geschehens im Universum noch hinzuliefert,wäre eine interessante Frage.

Danke für ihren Beitrag und Anregung.

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Aus quantenphysikalischer Sicht, Herr Reichert, ...

- Wolfgang Klein (Supul)

- 0

- 26.11.2020 - 09:13

sind die Kombinationen endlich vieler Teilchen endlich und nicht unendlich. Es sind viele, aber eben nur endlich viele. Dem widmet der Physiker MaxTegmark in seinem Buch "Our Mathematical Universe" ein ganzes Kapitel.

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"... Intelligenz als ein weitverbreitetes, vielleicht universales biologisches Phänomen ..."

- Wolfgang Klein (Supul)

- 0

- 25.11.2020 - 21:48

Wenn man "biologisch" streicht, wird ein Schuh daraus. Warum sollte Intelligenz an eine biologische Grundlage gebunden sein?

Vor mir liegt gerade ein Buch "Mathematics for Machine Learning" und ein anderes "A Probabilistic Theory of Pattern Recognition". Künstliche Intelligenz ist eine Teilmenge des maschinellen Lernens, und maschinelles Lernen wird theorieseitig primär durch Statistik beschrieben. Statistik aber beschreibt das ganze Universum und nicht nur biologische Systeme. Diese sind nur ein Spezialfall.

Leider sind Biologen nicht notwendig auch Koryphäen in statistischer Theorie. Einer von Ihnen, der relativ viel Ahnung hatte, schrieb kurz vor seinem Tod einen Artikel mit dem Titel "Use and Abuse of Mathematics in Biology". In einem Vortrag Anfang letzter Woche hörte ich auch die Empfehlung, für jeden Fachartikel einen Assume-Count zu erstellen, d.h. man zählt, wie oft das Wort "assume" in dem Text vorkommt. Je öfter, desto schlechter der Artikel.

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Bewusstsein

- Hermann Emerich (Marsgestein)

- 0

- 25.11.2020 - 20:19

Hm, ich denke mit der Definition von Bewußtsein wird es so schnell nix werden, dazu sind die Übergänge zu fließend.

Allein auf den Menschen bezogen kennt man schon das ganze Kontinuum: Von hochkonzentriert bis volltrunken, wach oder schlafend, nüchtern oder unter Drogen, fit oder im (Wach-)Koma usw.

Nimmt man noch die Tiere dazu wird es noch komplizierter: Beim Affen (und auch anderen Säugetieren) findet man ja schon fast die komplette menschliche Palette: Wütend, traurig eifersüchtig etc. alles da.

Im Klartext: 'Das Bewusstsein' gibt es wohl nicht sondern eher [nur] "Bewusstseinszustände" - mit fließendem Übergang.

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Am Ende ist der Salatkopf der Intelligentere?

- Herbert H. Hallerdie (HerbertHallerdie)

- 0

- 25.11.2020 - 20:06

Denn wenn man schaut woran der Mensch so alles gesteigertes Interesse entwickelt, ist mir das Zusammenleben mit einem Salatkopf ehrlich gesagt fast angenehmer. Wenn er nur reden könnnte. Ein spannendes Forschungsgebiet, es bleibt auch hier nur die Frage, wieso der so intelligente Mensch, dies so lange vernachlässigen konnte. Ich halte seit geraumer Zeit Blutegel als Haustiere, erstaunlich worin die dem Menschen überlegen sind. Nahrungsaufnahme nur alle 9 bis 18 Monate nötig und einige scheinen bereits in der Lage zu sein ihren anfänglichen Fluchtreflex überwinden zu können. Sie scheinen zu Verhaltensänderungen in der Lage, was man bei vielen Menschen ja kaum f. möglich hält.

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Das hier zurecht konstatierte Durcheinander über „Kognition“ oder „Intelligenz“ kommt zustande,

- Otto Rühle (refusenik)

- 0

- 25.11.2020 - 18:46

wenn wissenschaftliche Begriffe auf definitorischem Weg einführt. Russell und Whitehead haben vor 100 Jahren klar gemacht, dass Definitionen kein Teil der Wissenschaft sind, tautologische Umformungen von Termini. Begriffe (ent-)stehen im Kontext erklärender Theorien. Und daran mangelt es hier: es gibt keine („allgemeine“) Theorie, über „Intelligenz als universales Phänomen“, welche das Anpassungsverhalten einfacher Organismen mit menschlichen Vernunftleistungen verbindet. So begnügt man sich mit „begrifflichen Kompromissen“, die es in der Wissenschaft allerdings nicht gibt, de facto also metaphorischen Begriffsdehnungen. Dann geht’s: die „kognitiven“ Fähigkeiten einfachster Lebewesen beruhen auf elementaren Mechanismen, die im menschlichen Denken komplexere Gestalt annehmen. Das ist der uralte Trick der Populärwissenschaft, die dann auch gleich (wie James Gardner) von einem „Intelligenten Universum“ spricht. Ganz oben kommt dann oft noch ein „höchstes Wesen" dazu. Amen.

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- - neueste 25.11.2020 - 21:50

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"Tautologische Umformungen"

- Wolfgang Klein (Supul)

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- 25.11.2020 - 21:50

Mathematik besteht nur aus tautologischen Umformungen. Die haben's ganz schön in sich. Davon könnten Ihnen die zitierten Herren Russell und Whitehead was erzählen, wenn sie noch leben würden. Ich nehme also mal mit, dass Sie Mathematik nicht für eine Wissenschaft halten.