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Technologie und Selbstorganisation
Zum Problem eines zukunftsfähigen Fortschrittsbegriffs
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Ulf Skirke Technologie und Selbstorganisation Zum Problem eines zukunftsfähigen Fortschrittsbegriffs |
Im Rahmen der kosmischen Evolution "ist das Herabfallen der heißen Photonen von Sternoberflächen über die kühlen Planeten in das kalte Bad der Hintergrundstrahlung die entscheidende Triebkraft für Prozesse der Selbstorganisation, die zu den biologischen und letztlich zu gesellschaftlichen Strukturen geführt haben" (Ebeling 1991, S. 9). Diese "Photonenmühle" Sonne-Erde erfüllt eine zentrale Voraussetzung für die selbstorganisierte Evolution auf unserem Planeten, nämlich die Aufnahme von hochwertiger Energie und den ständigen Export von Entropie in die Umgebung. Das Nichtgleichgewicht des offenen Systems Erde wird also dadurch ständig aufrechterhalten, daß die hochwertige Energie von außen in komplexe Ordnungszustände umgesetzt werden kann und sich andererseits ständig vom Ballast der "Unordnung" thermodynamisch befreit. Da weiterhin die irreversible Energie- und Entropieübertragung notwendige Voraussetzung für Informationsübertragung zwischen Systemen ist41 , kommt dem Zusammenhang zwischen Entropie, Information und Selbstorganisation eine zentrale Bedeutung zu. In abgeschlossenen Systemen nimmt die verfügbare Information ab oder bleibt bestenfalls konstant, während in komplexen offenen Systemen mit mehreren möglichen stabilen Makrozuständen nicht nur Muster und Strukturen produziert, sondern auch Information erzeugt werden kann. "Der Austausch von Informationen zwischen zwei Systemen ist notwendigerweise mit Energie- und Entropieaustausch verknüpft. Nun ist Energieaustausch zwar erforderlich, seine Größe aber offenbar unwesentlich; schon geringste Energiemengen, z.B. ein Lichtquant, können die Unbestimmtheit eines Zustands verringern ... Nur in offenen ... Systemen, die Entropie abgeben, kann sich die Unbestimmtheit verkleinern und damit Information gewonnen werden. Da im thermodynamischen Gleichgewicht die Entropie bzw. die Unbestimmtheit maximal sind, erfordern Informationsprozesse Nichtgleichgewichtsbedingungen. Informationsverarbeitung kann somit als eine spezielle Form der Selbstorganisation betrachtet werden" (Ebeling 1991, S. 59 ff.).
Allerdings ist nicht jede Entropieübertragung mit einer Informationsübertragung notwendig verknüpft, sondern es ist meist nur ein kleiner Bruchteil, der Informationsqualität besitzt: die sog. Informationsentropie. Dieser im Vergleich zum Gesamtinhalt außerordentlich kleine Anteil wird innerhalb des Austauschprozesses vom offenen System quasi "selektiert", um hochkomplexe Selbstorganisationsvorgänge, insbesondere im biologischen Bereich, vorantreiben zu können. "Im Laufe der Erdgeschichte war der ursprünglichste Prozeß zur Herausbildung eines informationsverarbeitenden Systems sicher der der Speicherung und Verarbeitung von Erbinforma- [S.113] tionen bei den Urorganismen. Er öffnete die Tür zur Evolution des Reichs der Lebewesen und schuf somit die Grundlage für alle anderen bekannten Informationsprozesse in Biologie, Gesellschaft und Technik" (Feistel 1990, S. 85).
Im Unterschied zur klassisch-mechanischen Informationstheorie42 versucht das Selbstorganisationsparadigma zu begründen, wie aus einer unendlich großen Menge denkbarer Zufallssequenzen Information produzierende und verarbeitende Sequenzen in komplex geordneten Strukturen selbst entstehen können. "Genauso, wie es angebracht ist, Nichtgleichgewichtszustände mit Hilfe von Korrelationen zwischen makroskopisch getrennten Elementen statt von molekularen Wechselwirkungskräften zu beschreiben und das Phänomen der Bifurkation mit Hilfe eines Ordnungsparameters anstelle einer der ursprünglichen Zustandsvariablen zu charakterisieren, erscheint es jetzt in bestimmten Klassen stochastischer dynamischer Systeme sinnvoll, ein noch höheres Abstraktionsniveau einzuführen und von Symbolen, Codes und Information zu sprechen" (Nicolis/Prigogine S. 258). Dabei bewegt sich die Komplexität lebendiger Objekte zwischen dem Extremwert völlig zufälliger Sequenzen mit Maximalinformation und kleinstmöglicher Wiederholungssequenz mit null Information, um einen Prozeß zu generieren, der mit großer Wahrscheinlichkeit eine informationsreiche, aperiodische Zustandssequenz erzeugt (S. 259). "Nun versehen uns die durch die Nichtgleichgewichts-Physik ermöglichten Selbstorganisationszustände der Materie mit Modellen genau dieser Art von Komplexität. An erster Stelle rangiert unter diesen für unsere Zwecke die chaotische Dynamik. Die mit Chaos verbundene Instabilität der Bewegung ermöglicht es nämlich dem System, beständig seinen Zustandsraum zu erkunden und dabei Information und Komplexität zu erzeugen ... In gewisser Weise wirkt das chaotische, dynamische System wie ein effizienter Selektor, der die überwiegende Mehrzahl zufälliger Sequenzen ausscheidet und nur solche Sequenzen zuläßt, die mit den zugrunde liegenden Ratengesetzen verträglich sind ... Der durch die chaotische Dynamik möglich gewordene Einsatz der symbolischen Konzepte von algorithmischer Komplexität43 und Information in die Physik stellt eine hochinteressante Verbindung zwischen der Physik und den kognitiven Wissenschaften, wie Informatik und Biologie, her. Diese unerwartete Synthese wird wahrscheinlich zu [S.114] wichtigen Fortschritten auf Gebieten wie der biologischen Evolution oder der Entwicklung von Computern führen" (ebenda S. 259 ff.).
Bei aller Komplexität scheint unsere Welt doch mit einem erheblichen Maß an Redundanz ausgestattet zu sein, so daß damit erst die Voraussetzung besteht, Gesetzmäßigkeiten in der Natur auszumachen oder erfolgreiche induktive Schlüsse zu ziehen. "Eine Welt, die aus gleich vielen 'Bestandteilen' bestände, wie die unsere, könnte prinzipiell einen wesentlich größeren Informationsgehalt besitzen. Im Extremfall einer Welt ohne Redundanz gäbe es keine Naturgesetze, keine induktiven Schlüsse, keine 'Erfahrung', keine erfolgreichen Strategien, keine Simulationsmöglichkeiten, keine Strukturen" (Hedrich S. 182). Jedoch scheint die Wiederholung gleicher oder zumindest ähnlicher Strukturen (Redundanz) nicht nur typisch für lebende Organismen zu sein, sondern alle Seinsschichten unserer Welt zu betreffen: Die Natur läßt sich eben nicht immer etwas grundlegend Neues 'einfallen', sie 'spart' Information, indem mit Hilfe makroskopischer Redundanz ("Modulbauweise"), also auf Basis einer begrenzten Informationsmenge, eine möglichst große Vielfalt verschiedener Systeme konstituiert werden kann. "Man vermutet heute, daß die vielfältigen Formen der belebten und unbelebten Natur teilweise auf der Basis codierter, fraktaler Strukturbildungsschemata zustandekommen, die wesentlich geringere Informationsmengen benötigen, als man für die von der Umgebung und ihrer Struktur losgelöste Konstruktion einzelner isolierter Systeme aufbringen müßte. Solche fraktalen Musterbildungen scheinen eine der Hauptursachen der Formenvielfalt in der Natur zu sein" (ebenda).44 Auch aus diesem Grunde scheint sich die Annahme zu bestätigen, "daß komplexe, globale Strukturen in der Natur durch die wiederholte Anwendung einfacher, lokaler Verfahren erzeugt werden" (Davies S. 95). Häufig ist es nicht möglich, diese makroskopische Komplexität durch kontinuierliche physikalische Größen sowie durch mathematische Differentialgleichungen zu beschreiben. Von daher ist es in vielen Fällen unerläßlich, ein theoretisches Modell auf der Basis einer diskreten, finiten Simulation heranzuziehen, um die natürliche Modulbauweise unserer Welt modellieren zu können. Dies geschieht in den sog. "zellulären Automaten". Zelluläre Automaten arbeiten auf der Basis eines diskreten Raumgitters, diskreter Zeitschritte auf einer endlichen [S.115] Zahl diskreter Zustände, die die Raumzellen annehmen können, was einer direkten Simulation der natürlichen Modulbauweise unserer Welt entspricht. Eine wichtige Eigenschaft der meisten zellulären Automaten besteht darin, daß ihre Regeln irreversibel, also zeitlich nicht symmetrisch sind, und damit evolutionäre Selbstorganisationsprozesse modelliert und simuliert werden können (vgl. Hedrich S. 193 ff.; Davies S. 96 ff.).45 Zelluläre Automaten zeigen nun - wie auch die komplexen makroskopischen Systeme in der Natur -auf der Basis eines einfachen Substrats ein höchst komplexes Makroverhalten. Komplexität ist in beiden Fällen ein makroskopisches strukturales Kooperationsphänomen. Eine bestimmte Klasse von zellulären Automaten kann nun eine sog. Turing-Maschine, einen Universalcomputer simulieren und damit jede berechenbare Funktion bestimmen, sei sie auch noch so komplex. Systeme, die solche strukturalen Eigenschaften besitzen, daß sie als universelle Computer charakterisiert werden können, sind prinzipiell in ihrer dynamischen Entwicklung nicht vorhersagbar. Für solche "struktural irreduziblen" Systeme gibt es nur eine einzige Möglichkeit, zum zukünftigen Zustand zu gelangen: nämlich das System 'laufen zu lassen' und seinen Prozeß abzuwarten. Im Unterschied zur Voraussagemöglichkeit bei deterministisch chaotischen Systemen, die zwar immer endlich und approximativ, aber existent sind - die Zukunft eines deterministischen Chaos läßt sich nie vollständig und exakt berechnen, ist aber partiell und näherungsweise zugänglich -, ist dies bei der globalen Dynamik struktural irreduzibler Systeme anders: "Die Information über den aktuellen Zustand des Systems ist nie ausreichend, irgendwelche Aussagen über die Zukunft des Systems zu machen, die über den nächsten direkt folgenden Schritt in der Entwicklung des diskreten Prozesses hinausgehen. Das System setzt schneller Information um, als irgendeine Simulation oder Berechnung des Systems dies tun könnte ... Die Simulation hinkt einem struktural irreduziblen System immer genau um einen Schritt hinterher. Bei deterministisch-chaotischen Systemen ist dies genau umgekehrt. Hier schafft es die Simulation, dem System mit gewissem Aufwand um wenige Schritte voraus zu sein. Erst in diesem Fall kann man von einer ansatzweisen Voraussage sprechen" (Hedrich S. 207). Man kann bisher nur vermuten, daß viele der komplexen Systeme unserer Natur sowohl im unbelebten als auch insbesondere im belebten Bereich dieselbe strukturale Irreduzibilität zeigen, die schon für einfache zelluläre Automaten nachweisbar ist.46 Wenn man von der Existenz struktural irreduzibler [S.116] Systeme in der Natur ausgeht, hat dies nicht nur für diese Systeme im besonderen, sondern auch für unsere Welt im allgemeinen entscheidende Folgen. Denn eine derartige epistemische Unzugänglichkeit grundsätzlicher Art bei bestimmten komplexen Prozessen würde der technologischen Entwicklung und deren Abschätzung auf ihre Nebenfolgen grundlegende Grenzen setzen. Es wird also die entscheidende Frage zu klären sein, ob bei Eingriffen in die Natur die Informationen über die komplexen Wechselwirkungen "komprimierbar" oder struktural irreduzibel sind. Nur im ersteren Fall ließe sich technologische Entwicklung simulieren und prognostizieren ...
Eine besondere Bedeutung bekommt die Information in der belebten Natur, denn wie hier gezeigt werden kann, "läßt sich die Biosphäre in ihrer Vielfältigkeit von Strukturen und Funktionen auf ein universelles Informationskonzept zurückführen, das bereits auf der molekularen Ebene begründet ist" (B.O. Küppers 1990, S. 61). Neben der syntaktischen Bedeutung "biologischer Information" enthält diese auch einen semantischen Aspekt. "Das, was an biologischen Strukturen 'planmäßig', d.h. informationsgesteuert ist, besitzt einen 'Sinn' und eine 'Bedeutung' im Hinblick auf die Aufrechterhaltung jener funktionellen Ordnung, wie wir sie in spezifischer Form bei lebenden Systemen vorfinden" (ebenda). Darüber hinaus spielt dabei auch eine "pragmatische" Dimension eine wesentliche Rolle, d.h. die Informationsübertragung führt zu "Handlungsforderungen" für die beteiligten "Sender" und "Empfänger". Im Rahmen eines molekularbiologischen Selbstorganisationsansatzes wird dabei nicht nur auf die Entstehung syntaktischer und semantischer Information hingewiesen, sondern auch auf den besonderen Aspekt der evolutiven Optimierung von semantischer Information. Allerdings zeigt sich, daß es wie in der menschlichen Sprache auch in der Biologie keine semantische Information in einem absoluten Sinn geben kann, sondern immer nur als relative Größe bezüglich ihres semantischen Referenzrahmens. "Auch die genetische Information besitzt keine absolute Semantik, sondern nur eine relative, bezogen auf die spezifischen Umweltbedingungen, an die das betreffende Lebenwesen angepaßt ist. Die Umwelt stellt quasi eine extern lokalisierte Information dar, an der die Semantik der genetischen Information selektiv bewertet wird" (S. 251 ff.). Die Charakteristika der evolutiven Optimierung lassen sich anhand eines einfachen Modells veranschaulichen: Vergleicht man etwa alle kombinatorisch möglichen Sequenzalternativen eines biologischen Makromoleküls als Koordination eines "Informationsraumes", so ist der Prozeß der biologischen Informationsentstehung vergleichbar mit der Wanderung in einem multidimensionalen Gebirge, dessen Profil durch die zu jeder "Koordinate" gehörenden Selektionswerte bestimmt wird (dem sog. Wertegebirge). (Vgl. B.O. Küppers 1990, S. 260). Die Kommunikation zwischen Organismus und Umwelt funktioniert also nicht nach einem simplen Sender-/ Empfängermodell, sondern die Organismen produzieren, verarbeiten und selektieren biologische Information insofern auf eine evolutive Optimierung hin, als die zunächst unspezifischen [S.117] physikalischen Randbedingungen der Umwelt in biologische, d.h. genetische Information verschlüsselnde Randbedingungen transformiert werden. "Die biologischen Randbedingungen sind insofern nicht-kontingente Größe, als sie eine begrenzte, unter evolutiven Gesichtspunkten gesetzmäßige Auswahl aus einer unüberschaubaren Menge physikalisch gleichwertiger Alternativen darstellen" (S. 260). Der Organismus verfügt also quasi über ein hypothetisches "Vorwissen" von der externen Umwelt, um die wesentlichen Informationen zu selektieren oder selbst zu erzeugen, die für die Evolution des Lebens von Bedeutung sind. "Vielfach sind evolutionäre Leistungen nur im Sinne von Anpassungs- oder Äquilibrationsprozessen gedeutet worden; die Offenheit lebender Systeme befähigt diese aber zu mehr, nämlich zur innovativen Suche nach zuvor unbekannten und nicht antizipierbaren Verbesserungen" (Schwefel 1990, S. 151). Vieles deutet darauf hin, daß sich Evolutionsstrategien als "algorithmische Makromodelle kollektiver Lernprozesse", also als "natürliche Intelligenz" auffassen lassen, "bei dem das Kollektiv sogar gemeinsam ein 'inneres Modell' seiner Umwelt entwickeln kann, welches ihm gestattet den Motor 'Zufall' zu beschleunigen" (ebenda).
Dabei hängt die Informationsübertragung wesentlich mit der Bifurkationsdynamik selbstorganisierender Systeme zusammen. Immer dann, wenn das System Verzweigungspunkte passiert, also sensitive Phasen durchläuft, steigt seine Empfindlichkeit für Störungen, aber auch für Informationsaufnahme aus der Umgebung erheblich an. "Während innerhalb der stabilen Phasen das System auf Störungen nur insofern reagiert, indem es sie kompensiert (also auch 'ignoriert'), vermag es in den sensitiven Phasen mit makroskopischen Änderungen zu antworten. Diese Antwort ist aber selektiv: Aus allen Störungen filtert das System nur diejenigen heraus, die die jeweilige systemspezifische Verzweigungsaufgabe zu lösen vermögen. Das System interpretiert somit die Störungen als Information innerhalb des Systemkontextes" (Pohlmann/Niedersen 1990, S. 78). Diese "selektive Informationsübertragung" beinhaltet also die Übertragung von Informationen aus der Umgebung, indem sie vom System ausgewählt und individuell verarbeitet wird. "Je komplexer die Umgebung ist, desto mehr 'Anregungen' liefert sie dem evolvierenden System, sich hoch zu differenzieren. Bei der Wechselwirkung hinreichend komplexer Systeme treten folglich immer selektive Informationsübertragungsprozesse auf - und das im allgemeinen immer in beide Richtungen" (ebenda S. 79). In der organismischen Evolution haben wir es also mit echten Informationsumwandlungen zu tun, die sich qualitativ von der klassisch-mechanistischen Informationsübertragung unterscheiden: "Die im Kontext des umgebenden Systems interpretierbare Information wird durch die selektive Übertragung auf das evolvierende System neugeordnet und in seinem Systemkontext uminterpretiert" (ebenda).
Die Phänomene von selektiver Informationsübertragung sowie Informationsumwandlung spielen bei der Objektivierung der Wahrnehmung von Tier und Mensch eine entscheidende Rolle: [S.118] "Die Wahrnehmung und ihr Gegenstand, die Welt, sind in eigenartiger Weise aufeinander bezogen. Das eine ist ohne das andere nicht zu denken" (Heisenberg 1990, S. 11). Dabei kann nicht davon ausgegangen werden, daß Wahrnehmung ein rein menschliches Phänomen ist, sondern sie kann als komplexe Informationsverarbeitung des offenen Systems Organismus-Umwelt eingeordnet werden. "Richtig daran ist vermutlich, daß nur der Mensch zweierlei besitzt, eine Wahrnehmung und die Vorstellung einer davon unabhängigen Welt. Aber die Grundlagen der Wahrnehmung teilt er in jeweils unterschiedlichem Maße mit den Tieren" (S. 13). Eine Fülle von Forschungsergebnissen verweist dabei auf "Universalien der Wahrnehmung", d.h. homologe Prinzipien der Informationsverarbeitung bei einer Reihe von Tierarten, die wiederum Hinweise auf ähnliche Phänomene beim Menschen nahelegen. Ob beispielsweise "die Geruchswahrnehmung im Tierreich eine gemeinsame Wurzel hat oder mehrmals unabhängig entstanden ist, läßt sich heute noch nicht sagen. Es ist aber sicher ein Grundbedürfnis von Organismen, die chemische Zusammensetzung des Milieus zu ermitteln, in das sie eingebettet sind. Diese Information erweist sich nicht erst heute, im technischen Zeitalter, als lebenswichtig" (S. 44).
Sinn und Bedeutung des Wahrgenommenen lassen sich allerdings nur im Zusammenhang mit dem Verhalten beschreiben, wobei dies im Grundsatz auch für den Menschen gilt, soweit wir ihn als Teil der Natur betrachten. Zwar stellt die Wahrnehmung eine Form der evolutiven Anpassung dar, aber umgekehrt können die Organismen ihre Wirklichkeit selbst aktiv gestalten und der Umwelt mit Hilfe der Wahrnehmung quasi "entgegengehen". "Wir kennen zwar auch Sinnesreize, die ein besonderes Verhalten mit großer Zuverlässigkeit auslösen, aber in der Regel verändern sie ... nur die Wahrscheinlichkeiten, mit denen verschiedene Verhaltensweisen in bestimmten Situationen auftreten, d.h. pauschal gesagt die Verhaltensdisposition" (S. 46). Sinnesdaten können die jeweils vorhandene Verhaltensdisposition des Organismus belassen, sie langfristig oder kurzfristig verändern, wobei der Organismus auch dann meist mehr als eine Reaktionsmöglichkeit zur Verfügung hat. "Es ist bedauerlich, daß in den letzten Jahrzehnten die messende Verhaltensforschung fast ausschließlich Reiz-Reaktions- Zusammenhänge studiert hat. Nur dadurch konnte sich die irrtümliche Vorstellung ausbreiten, Reiz-Reaktions-Ketten seien die elementaren Bausteine des Verhaltens. Der Begriff der Verhaltensdisposition soll verdeutlichen, daß die Beziehung zwischen Sinnesreizen und Verhalten zwar unauflöslich, aber gleichzeitig kompliziert und offen ist" (ebenda). Gleichzeitig stellt es für einen Organismus, der selbst aktiv Wahrnehmung und Information 'verarbeitet', eine der fundamentalsten Unterscheidungsprinzipien dar, festzustellen, ob Sinnesreize die Folge eigener Aktivität oder von Fremdeinwirkung sind. Aus diesem Grunde werden Kopien derjenigen Befehle, die die Verhaltensaktivität verursachen, an bestimmte sensorische Zentren im Gehirn gegeben, wo sie mit den eintreffenden Sinnesdaten verglichen werden können und damit der Erfolg der Eigenaktivität bestimmbar ist. "Orien- [S.119] tierung beginnt mit der Selbstbestätigung, daß die motorischen Programme den gewünschten Effekt haben, oder besser umgekehrt, die motorischen Programme werden auf die 'gewünschten' Effekte eingestellt" (S. 54). Verhaltensdisposition und Orientiertheit im Rahmen der Wahrnehmung bedeuten also die Bereitschaft zu bestimmten Verhaltensäußerungen und beinhalten damit 'Annahmen' über deren Erfolg. Man kann daher von einem hypothetischen Realitätsbezug der Wahrnehmung sprechen, wobei aus der Vielzahl der Informationen über die Realität die geringere Zahl der erfolgversprechenden 'selektiert' wird.
Obwohl sich Sender und Empfänger in der Evolution nicht unabhängig voneinander entwickeln konnten und deswegen in ihrer genetischen Organisation aufeinander bezogen sind, wirken sich die Sinnesreize schon bei einfachsten Organismen als Veränderung einer 'Disposition' aus, die als komplexes Aktion-Reaktion-Schema des "molekularen Netzwerkes" beschrieben werden kann. Weiterhin läßt sich zeigen, "daß ein solches molekulares Netz, wie man es heute von Einzellern kennt, vermutlich der entwicklungsgeschichtliche Ausgangspunkt des Nervennetzes war, das in hochentwickelten Tieren die Sinnesorgane mit dem Verhalten verbindet" (S. 62).
Bei der komplexen Informationsverarbeitung im Rahmen der Wahrnehmung erschließt sich nicht nur die Möglichkeit der Kommunikation, sondern auch die der Introspektion, d.h. das Sichhineinversetzen in das Gegenüber gleicher Art. Die Möglichkeit der Introspektion ist an funktionierende Gehirn-und Nervenaktivitäten geknüpft und war sicher eine entscheidende Voraussetzung für die Entstehung der Reflexion und damit der Prozesse, die zu unserer begrifflich sprachlichen Welt geführt hat (vgl. S. 64 ff.).
Zusammenfassend läßt sich das Verhältnis von Selbstorganisation organismischer Informationsverarbeitung und der Wahrnehmung von Innen- und Außenwelt folgendermaßen darstellen: "Die Organismen sind nicht die Marionetten orientierender Reize, sondern verwenden die Orientierungsleistungen, um Orientiertheit aufzubauen. Orientiertheit berücksichtigt den Erfolg oder Mißerfolg möglicher Verhaltensäußerungen. Zu den Universalien der Wahrnehmung gehört die Unterscheidung selbsterzeugter und fremderzeugter Sinnesreize, wie auch das Sichhineinversetzen in den Artgenossen bei der Kommunikation, das als die biologische Wurzel der Introspektion angesehen wird" (S. 68).
Bei höheren Lebewesen tritt nun zur Selbstorganisation der Information ein weiteres Phänomen auf, nämlich die Selbstbezüglichkeit, d.h. der selbstreflexive Charakter der eigenen Wahrnehmungs- und Denkprozesse. Auch wenn Wahrnehmung und Denken als Vorgänge in der Natur gedeutet werden müssen, so wird doch mit der Ebene der Selbstreflexion ein neuerlicher, raumzeitlicher Symmetriebruch mit dem Ergebnis einer qualitativ neuartigen Autonomie und Freiheitssphäre erreicht, die ihrerseits an Selbstorganisationsprinzipien [S.120] höherer Komplexität geknüpft ist. "Ein aufregender Aspekt der neuen Physik besteht in der Erkenntnis, daß die Organisationsprinzipien, die bei der Entstehung von geordneten Strukturen in der unbelebten Natur wirksam sind, sich offenbar auch auf die Ebene der Information und damit in den geistigen Bereich übertragen lassen" (Euler 1990, S. 31). Allerdings bleibt zunächst das Problem ungeklärt, wie das Verhältnis von objektiver Meßbarkeit der Wahrnehmungs- und Informationsphänomene zu selbstreflexiver, subjektiver Bedeutung steht. Zur Aufklärung dieser Problematik erweist sich die Untersuchung der akustischen Informationsverarbeitung - ausgehend von der Erfassung, Wandlung und Weiterleitung von Signalen in Sensor- und Wandlerorgan Innenohr, also an der Peripherie des Wahrnehmungssystems - als Beispiel überaus geeignet, da sich hier zeigen läßt, daß die subjektiven und objektiven Informations- und Wahrnehmungsinhalte zwar qualitativ verschieden, aber dennoch in kohärenter Weise miteinander korreliert sind.47 "Die Vielzahl erstaunlicher und widersprüchlich scheinender Eigenschaften des Gehörs lassen sich unter dem Selbstorganisationsparadigma in einen kohärenten widerspruchsfreien Bezugsrahmen einfügen. Was das Studium des Gehörs dabei so interessant macht, ist die Tatsache, daß Selbstorganisation nicht nur auf das Substrat neuronaler Netzwerke beschränkt ist, sondern bereits im Innenohr auf mechanischer Ebene auftritt" (S. 33).
Dabei sind nichtlineare Effekte von konstitutiver Bedeutung für die extreme Empfindlichkeit des Gehörs, die bis an die Schwelle der Quantenwelt heranreicht. Eben diese Nichtlinearität ist mit dafür verantwortlich, "daß das Superpositionsprinzip, die Grundlage der technischen Informationsübertragung auf Kabeln, Lichtleitern oder im Vakuum, bei der Informationsbearbeitung in biologischen Systemen offensichtlich nicht diese zentrale Rolle spielt und nur einge- [S.121] schränkt gültig ist" (S. 36).48 Dabei tritt ein "duales Prinzip des Hörens" in Erscheinung, da das Gehör Frequenzen eines Signals auf zweierlei Weisen verrechnet: einerseits teilchenartig, d.h. lokalisiert (Ortstheorie des Hörens) und andererseits wellenartig, d.h. delokalisiert (Periodizitätstheorie des Hörens). In Koppelung mit den kollektiven Eigenschaften eines Ensembles von Neuronen erhöhen diese beiden Mechanismen wiederum die Gehörleistung, insbesondere bei der Tonhöhenunterscheidung. Wären unsere Ohren lediglich rein passive Empfänger, könnten sie Tonhöhen nicht so fein unterscheiden, jedoch stellt das Gehör ein aktives rückgekoppeltes System zwischen Ohr und Gehirn dar, so daß innen selbsterzeugte Schwingungsmuster den von außen kommenden Signalwellen überlagert werden können und damit ein differenzierte Ton- und Geräuschwahrnehmung wesentlich verbessern. "Tatsächlich klingt das Ohr aktiv. Wenn es das nicht täte, könnten wir keinesfalls derart fein hören. Die Orchesterhaftigkeit des Gehörs ist eine Metapher für die Prozesse der aktiven Schallerzeugung, welche die Natur im Gehör für den Schallnachweis verwendet. Sie hat per Selbstorganisation nicht nur passive, sondern auch aktive Schwingungsphysik realisiert. Aus dem passiven Schallempfänger Ohr ist ein aktiver Schallsender geworden" (S. 46).
Ausgehend von einer übergeordneten thermodynamischen Betrachtung stellt das Innenohr ein komplexes offenes System dar, in dem im Unterschied zu technisch-mechanischen Systemen Reibung und Energiedissipation eine konstruktive Rolle spielen. "Die mit Reibung einhergehende Energiedissipation erweist sich jedoch in offenen Systemen geradezu als Segen. Ihr scheinbarer Fluch kann konstruktiv gewendet werden, in dem sie Unordnung aus dem System exportiert (Entropieexport) und so innerhalb des Systems die Ordnung erhöht und die Bildung geordneter Strukturen ermöglicht. Dazu ist ein ständiger Energiestrom durch das System nötig ... Dieses gilt in gleicher Weise für die Bildung von Leben auf der Erde durch Photosynthese, die Aufrechterhaltung der organismischen Ganzheit durch Stoffwechselvorgänge ebenso wie für die aktive Verstärkung raumzeitlicher Strukturen beim Höhren. Die aktive Signalverarbeitung in unserem tönenden, im thermodynamischen Ungleichgewicht befindlichen Ohr spiegelt somit die Selbstorganisation des Lebendigen. Ein Vergleich mit technischen Systemen ist unvollkommen und greift jeweils nur einen Teil des wohl abgestimmten Ganzen heraus. Das Gehör arbeitet nicht wie ein Mikrofon oder wie ein Fourier-Analysator. Es ist ein organismisches System" (S. 51).
[S.122] Daraus ließe sich m.E. ein interessanter Umkehrschluß ziehen: nicht der mechanistische Technik- Typus ist paradigmatisch für die Sinneswahrnehmung, sondern das Selbstorganisationsparadigma könnte nicht nur die Modellierung des Wahrnehmungsprozesses, sondern auch eines qualitativ neuartigen, organismischen Technik-Typus ermöglichen! Dazu später mehr ...
Von weiterer, besonderer Bedeutung ist die Tatsache, daß das Hören zwar als wesentlich makroskopische Eigenschaft angesehen werden muß, dennoch existiert offensichtlich eine Nahtstelle, eine Verbindung über Sensororgane und Synapsen zum Mikrokosmos, so daß die Entstehung von Kontinuität im Wahrnehmungsprozeß aus diskreten Elementarphänomenen erklärbar wird. In der Dynamik der Selbstorganisation des Hörens wird der Wahrnehmungsraum sowohl durch diskrete als auch kontinuierliche Prozesse erschlossen und damit die Selektion 'verständlicher' Wahrnehmung und Information erreicht. "Es überlebt jeweils immer nur ein bestimmtes Muster, daß momentan bewußt ist, der Rest wird als kontinuierlicher diffuser Hintergrund interpretiert. Die Vielzahl der einströmenden Informationen wird auf einen Zustand reduziert. Dieser ist insofern objektartig, als er andere Objekte, konkurrierende Muster, verdrängt. Zugleich existiert das Objekt in einer gewissen zeitlichen Dauer, in der es uns gegenwärtig ist. Die Gegenwart ... hat in unserem Bewußtsein eine Ausdehnung!" (S. 54).
Die aktive Rekonstruktion der Außenwelt mit Hilfe des Hörens ist also nicht nach einem Sender-Empfänger- Modell ausgerichtet, sondern funktioniert wie ein komplexer Dialog zwischen Innen- und Außenwelt, dessen Optimierung wesentlich mit Harmonie zusammenhängt. "Wenn wir musikalische Klänge wahrnehmen, erleben wir die Harmonie der Selbstorganisation. In dem Chaos der einströmenden Signale erfassen wir Ordnung, Regularitäten, Strukturen, Symmetrien, Harmonien. Was wir wahrnehmen, ist viel einfacher als die Wirklichkeit. Offenbar funktioniert das nur, weil die Wahrnehmung bereits etwas von der Wirklichkeit weiß! Sie ist an eine bestimmte Wirklichkeit angepaßt. Eine synthetische Realität, z.B. irrationale synthetische Klänge, führt zu paradoxen Eindrücken. Der Begriff Wahrnehmung beschreibt zutreffend einen aktiven Prozeß, der bereits im Vorhinein eine Vorstellung, ein Modell dessen verlangt, was als relevant und als wahr zu nehmen ist. Die Wahrnehmung antizipiert die Realität" (S. 54 ff.).
Dies verdeutlicht, wie eminent wichtig die eigenständige Ausbildung, Entwicklung und Pflege der unmittelbaren, sinnlichen Wahrnehmung für einen angemessenen Zugang zur Realität ist, da hier eine unabdingbare Stabilität im Verhältnis zwischen physiologischer Existenz sowie Orientierung des Menschen und seiner natürlichen Umwelt erreicht wird, die auch für den Umgang mit der künstlichen, technologischen (Um)welt von entscheidender Bedeutung ist!
[S.123] Wie bereits dargestellt wurde, erreicht das Zusammenspiel von Sinnesorganen und Nervensystem als "Selbstorganisation in der biologischen Informationsverarbeitung" (vgl. Ebeling 1991, S. 78 ff.) eine enorme Leistungsadaptions- und Selektionsfähigkeit des Organismus. Die Zentraleinheit der organismischen Informationsverarbeitung sind Netzwerke, die aus Neuronen, den Nervenzellen, bestehen. Obwohl die Komplexität der neuronalen Verschaltungen praktisch unübersehbar groß ist, beruht sie wahrscheinlich auf wenigen Elementarmechanismen wie z.B. Erregung, Hemmung sowie Selektion, die mit Hilfe komplexer elektrochemischer und biochemischer Prozesse erreicht werden.
Dabei wird die Realität vom Gehirn nicht simpel abgebildet, sondern es erzeugt auf der Basis von Sinneseindrücken ein aussichtsreiches Modell von der Realität, das durch parallele unterschiedliche, ebenfalls auf Sinneseindrücken beruhende "Testverfahren" bestätigt oder nicht bestätigt wird. "Die große Leistungsfähigkeit der biologischen Informationsverarbeitung wird durch ein hohes Maß an Redundanz erreicht, durch zahlreiche parallel arbeitende Neuronen. Die Störanfälligkeit des Nervensystems wird weiterhin durch Regelkreise sowie durch die Fähigkeit zur Selbstoptimierung und zur Umorganisierung von Funktionsabläufen vermindert. Man nennt all diese Formen der Anpassungsfähigkeit 'Plastizität'" (S. 81). Aufgrund seiner gigantischen Komplexität von Verschaltungen kann der Bauplan des zentralen Nervensystems nicht in allen Details in unseren Erbanlagen fixiert sein. Unsere Gene programmieren die Verbindungen unserer Nervenzellen in der Großhirnrinde lediglich grob vor, so daß wir alle Fähigkeiten, die wir zum Leben brauchen, erst lernen müssen. So bildet sich beispielsweise eine normal funktionierende Sehrinde bei Säugetieren nur dann, wenn sie das Sehen nach der Geburt üben. Dieser 'adaptive' Selbstorganisationsprozeß, durch den das endgültige Verknüpfungsmuster in der Sehrinde entsteht, verläuft dabei gemäß einem grundlegenden Prinzip der "selektiven Stabilisierung": Ein durch deterministisches Chaos bzw. strukturierten Zufall erzeugtes, vielfältiges Angebot wird durch Selektion auf "Überlebensfähiges" eingeschränkt (vgl. Mechsner 1990, S. 119).
Diese Erklärungsansätze neurobiologischer Informationsverarbeitung müssen sich nun mit einer zentralen Fragestellung auseinandersetzen, nämlich ob das Nervensystem bzw. das Gehirn als ein offenes oder geschlossenes System zu betrachten ist. Dies führt unmittelbar zum Problem des Verhältnisses zwischen 'äußerer' Sinnesreizung und 'innerer' neuronaler Informationsverarbeitung und dies wiederum auf die Frage, ob die Reaktionen in den Sinneszellen überhaupt in einem realen Zusammenhang mit den wesentlichen Strukturmerkmalen der einwirkenden Stimulation stehen. Bezugnehmend auf die Farbwahrnehmung, beantwortet Riegas (1990) letztere Frage eindeutig: "Das ist ohne Zweifel der Fall, denn auch an der Farbwahrnehmung sind physikalische, beschreibbare Einflüsse maßgeblich beteiligt, auch wenn sich diese Zusammenhänge nicht als einfache Korrelationen beschreiben las- [S.124] sen. Folglich ist im Fall der Farbwahrnehmung möglich, vom Nervensystem als offenem oder informationsverarbeitendem System zu reden" (S. 108). Die bisherigen Betrachtungen biologischer Informations- und Wahrnehmungsprozesse legen nahe, das gesamte Nervensystem als nichtlineares Netzwerk und offenes Nichtgleichgewichtssystem mit höchster Komplexität zu beschreiben.
Auf die Frage hin, inwieweit das neurobiologische Informationssystem offen oder abgeschlossen ist, versucht die Theorie der Autopoiese bzw. der Kognition (vgl. Maturana 1982; Maturana/Varela 1987; Roth 1986; 1988 a, b; 1990) eine differenzierte Antwort: Einerseits sind autopoietische, lebendige Systeme im bezug auf Energie- und Stoffwechsel, also metabolisch offen, andererseits sollen sie operational abgeschlossen und damit autonom funktionieren. Analog wird dies auch für das Nervensystem angenommen, wenngleich das Gehirn genaugenommen nicht als autopoietisches, sprich selbsterhaltenes und selbsterzeugenes System, sondern lediglich als selbstreferentielles, d.h. selbstbezogenes und nicht selbsterhaltenes System betrachtet werden muß (vgl. Roth 1988 b).49
Auch wenn das Gehirn nach diesem Modell ein in sich funktional und kognitiv abgeschlossenes System ist, so soll dies jedoch nicht bedeuten, daß es von der Umwelt isoliert ist. "Seine Zustände können über die Sinnesorgane durch Umweltereignisse moduliert werden. Das Gehirn aber legt fest, welche Umweltereignisse in welcher Weise auf das Gehirn einwirken können, und es erfährt diese Einwirkungen nur an sich selbst" (Roth 1988 b, S. 253). Aufgrund neuerer entwicklungsbiologischer Erkenntnisse lassen sich im Prinzip drei Typen von Struktur- und Funktionsdetermination im Organismus unterscheiden. Erstens: Strikt genetische Determination, zweitens: Epigenetische Determination, drittens: Determination durch die Umwelt. Im allgemeinen sind diese drei Determinationstypen wesentlich und unauflöslich miteinander verbunden, jedoch stellt das Gehirn insofern eine Besonderheit dar, als die wesentlichen Determinationsprozesse hier weder genetisch kontrolliert noch einfach umweltabhängig sein sollen. "Epigenetische Determination ist der eigentliche Typ von Selbstorganisation im sich entwickelnden Gehirn" (Roth 1990, S. 169). Die Ursache hierfür wird wiederum in evolutiven Anpassungsprozessen des mensch- [S.125] lichen Gehirns gesehen, das ganz wesentlich auf schnelle Entscheidungen hin ausgelegt ist und ohne genaue Kenntnis vieler Umweltdetails auskommen muß. "Wäre das menschliche Gehirn ein gegenüber der Welt wirklich "offenes" System, so wäre es in jeder Sekunde von der Flut der Umweltereignisse überwältigt und zu keiner Entscheidung fähig" (Roth 1986, S. 176).
Dieses im Rahmen der Autopoiese- bzw. Kognitionstheorie formulierte "Konstruktions-Modell" des menschlichen Gehirn- und Nervensystems läßt allerdings einige Fragen und Probleme offen.
Es bleibt unklar, wie das Verhältnis von Gehirn und Umwelt tatsächlich beschaffen ist. Wenn die inneren selbstbezogenen Prozesse des Gehirns die wesentlichen Determinanten von Erkennen und Wahrnehmen der Umwelt darstellen, wie dann überhaupt zu den äußeren Umweltrealitäten gelangen? Daß die inneren Zustände über Sinnesorgane durch Umweltereignisse "moduliert" werden können, hilft wenig weiter: Denn entweder ist diese Modulation eine selektive Informationsübertragung von der Umwelt auf das Nervensystem, was mit einer selektiven Determination gleichbedeutend wäre, oder aber die Modulationen werden als unwesentliche Randerscheinungen generell aussortiert und damit ein Zugang zur äußeren Umwelt unmöglich. Die Annahme, daß das menschliche Gehirn deshalb ein abgeschlossenes System sein müsse, um die überwältigende "Flut der Umweltereignisse" beherrschen zu können, beinhaltet ein Mißverständnis über die Funktionsfähigkeit und Leistungsfähigkeit offener Systeme im Lebendigen. Denn erst die Offenheit von Systemen eröffnet die Möglichkeit von Selbstorganisationsprozessen und die Voraussetzung dafür, daß der Organismus durch seine strukturelle und funktionale Organisation weitgehend bestimmt, welche Energie und Materie wann und in welchen Mengen aufgenommen und abgegeben werden. Gerade dieser "selektive Kontakt mit der Umwelt" (Roth) bedingt die relative Autonomie des Organismus und muß im Prinzip auch für das Nervensystem gelten.50
Der zentrale Einwand gegen die These der operationalen Abgeschlossenheit des Nervensystems kann jedoch aus thermodynamischer Sicht formuliert werden. Denn diese operationale Geschlossenheit bedeutet auch informationelle Abgeschlossenheit, d.h. das System nimmt keine Information aus der 'Außenwelt' auf. Da der Informationsprozeß stets an einen Entropiestrom gekoppelt ist, folgt aus dem zweiten Haupt- [S.126] satz der Thermodynamik - dieser besagt, daß Entropie zwar erzeugt, aber grundsätzlich niemals vernichtet werden kann -, daß sich die Entropie bzw. die Unbestimmtheit des abgeschlossenen Systems zunehmend vergrößern wird und dabei Information verlorengeht. Über kurz oder lang würde das informationell abgeschlossene Nervensystem maximale Entropie erreichen und damit keine Information mehr erzeugen können. Offensichtlich muß das Gehirn über Mechanismen verfügen, die über Energie- und Entropieaustausch einen selektiven Informationstransport aus der Umwelt gestatten. Denn nur offene, gepumpte, unter Nichtgleichgewichtsbedingungen stehende Systeme, die Entropie exportieren und hochwertige Energie importieren können, ist informationelle Unbestimmtheit zu verringern, kann also Information gewonnen werden.
Die argumentative Verlagerung auf den energetisch offenen Teil des Organismus bietet jedoch keinen Ausweg aus dem Dilemma: Denn dies würde bedeuten, daß sich die wesentliche Informationsverarbeitung im metabolisch offenen Organismus, nicht aber in den neuronalen Netzwerken des Nervensystems, abspielen würde, da zwischen beiden Bereichen definitionsgemäß kein Informationsaustausch stattfinden dürfte.
Dieser Widerspruch läßt sich nur dann auflösen, wenn "das Nervensystem der Lebenwesen als offenes System operiert und sich die Operationen auf die Struktur der Umwelt beziehen" (Riegas S. 112). Erst wenn in diesem offenen System geringfügigste, komprimierte, selektive Informationsübertragungen zwischen Gehirn und Umwelt zugelassen sind, lassen sich die notwendigen Voraussetzungen für die Prozesse neurobiologischer Selbstorganisation thermodynamisch widerspruchsfrei definieren. Dies legt nahe, anstelle des "Konstruktions-Modells" die neuronale Selbstorganisation als "Dialog-Modell" zwischen Nervensystem und Umwelt zu beschreiben. Sicher ist das große Verdienst der Autopoiese- bzw. Kognitionstheorie im Verständnis von Maturana bzw. Roth, daß sie "mit Nachdruck auf die entscheidend wichtigen neurophysiologischen Prozesse bei Wahrnehmungsprozessen und damit auf das große Ausmaß des subjektiven Faktors beim Zustandekommen von Wahrnehmungs-, Denk- und Kommunikationsprozessen hinweist. Wahrnehmungen, Erkenntnisse und Theoriebildungen basieren stets auf höchst subjektiven Interpretations- und Konstruktionsprozessen von 'Realität' und nicht auf einer simplen 'Abbildung' oder 'Spiegelung'" (Riegas S. 113).
Zum Versuch einer Klärung der o.g. Probleme ist also die Frage wieder aufzugreifen, "ob, und wenn ja, in welchem Maße die Strukturen kognitiver Systeme und damit die Kategorien der Wahrnehmung vom Wahrnehmungsgegenstand selbst, der Umwelt, induziert, geprägt und überformt werden" (Singer 1989, S. 45). Das 'Dialog-Modell' ist zu großen Teilen deckungsgleich mit den Beschreibungen neurophysiologischer und neurobiologischer Prozesse im 'Konstruktions-Modell' (vgl. Singer 1989). Allerdings werden die qualitativen Besonderheiten der Selbstorganisationsprozesse bei der Hirnentwicklung und der Informationsverarbeitung des Nervensystems nicht von der Umwelt losgelöst, sondern in ein zu ihr [S.127] komplexes Verhältnis gesetzt. Denn die neue Qualität eines "rekursiven Selbstorganisationsprozesses" kognitiver Strukturen ist nicht nur epigenetisch determiniert, sondern wird wesentlich auch durch "informationsgewinnende Interaktionen mit der Umwelt" gewonnen. Die Probleme der Korrespondenz, Kohärenz und Korrelation der Wahrnehmungs- und Informationsverarbeitung werden nicht nur durch interne selektive Stabilisierung gelöst, sondern auch dadurch, "daß das Gehirn Architekturen und aus diesen resultierende Funktionen generiert, die präzise 'Hypothesen' über die Struktur der Umwelt enthalten ... Das heranreifende Gehirn stellt 'Fragen' und sucht Bestätigungen. Über seine Sinnessysteme kann es zusätzlich Information über tatsächliche Bedingungen und funktionale Zusammenhänge gewinnen. Dadurch können die angelegten Architekturen selektiver ausgebildet und optimal angepaßt werden. Wie die Deprivationsexperimente zeigen, werden die Strukturen nicht weiter entwickelt oder wieder eingeschmolzen, wenn sie nicht bestätigt werden" (S. 49 ff.). Dazu lassen sich konkrete Randbedingungen definieren, die im einzelnen erfüllt sein müssen, wenn Umweltreize strukturierenden Einfluß auf die Hirnentwicklung nehmen sollen (vgl. S. 52). "Ontogenetische Selbstorganisationsprozesse können demnach Gesetzmäßigkeiten der physikalischen Welt auswerten und mittels selektiver Stabilisierung von Nervenverbindungen neuronale Repräsentationen für diese Gesetzmäßigkeiten generieren" (S. 55). Um allerdings nicht in der Flut der Umweltreize unterzugehen, probiert und testet das Gehirn nicht alle beliebigen Zustände, sondern tastet sich nach dem Prinzip der Evolutionsfähigkeit (s. Kapitel 2.4) auf dem schmalen Grad des Gradienten im Informationsraum vorwärts, der in Richtung anwachsender Werte des Auswahloptimums liegt, wobei Umweltanpassungs- und Gestaltungsgesetzmäßigkeiten korrespondieren. "Dieser Selektionsalgorithmus ist allgemeiner Natur und assoziiert selektiv jene neuronalen Repräsentationen miteinander, die kohärent aktiv sind. Selektionskriterium ist demnach die räumliche und zeitliche Kontiguität von Ereignissen. Wir dürfen annehmen, daß diese genetischen Vorgaben den Gesetzmäßigkeiten der Umwelt angepaßt und den im Hinblick auf das Überleben optimierten kognitiven Leistungen dienlich sind. Somit spiegeln die angeborenen Architekturen und Bewertungsmechanismen gewissermaßen das während der Phylogenese erworbene Wissen über die Struktur der realen Welt wieder, in der sich unser Gehirn entwickelt hat" (S. 56). Als offenes Selbstorganisationssystem unterliegt das Gehirn nicht nur den selektiven Einflüssen der Evolution, sondern ebenfalls einer hochkomplexen Bifurkationsdynamik. "Dies bedeutet, daß die gesamte Vorgeschichte mitentscheidet, welcher Ast der je nächsten Verzweigungen im ontogenetischen Entwicklungsprozeß beschritten werden soll. Diese Kette bedingter Wahrscheinlichkeiten hat bei der Unzahl möglicher Verzweigungen zur Folge, daß ähnlich wie in deterministisch chaotischen Systemen kleine Zufallsvarianten am Anfang nach einer Reihe weiterer Entwicklungsschritte zu Veränderungen sehr großer Amplituden führen können. Dies begrenzt die Voraussagbarkeit des Endzustandes prinzipiell, obgleich jeder einzelne Differenzierungsschritt natürlich determi- [S.128] niert ist. Dieses Systemverhalten wird weiter akzentuiert dadurch, daß die Wechselwirkungen im Gehirn hoch nichtlinear sind und kleinste Aktivitätsänderungen zu Zustandsänderungen sehr großer Amplitude führen können. Kleine lokale Ungleichgewichte können zu globalen Änderungen des Systemverhaltens führen, die wiederum die folgenden Entwicklungsschritte wesentlich beeinflussen" (S. 57). In dem dargestellten Modell wird nicht nur plausibel, was die Funktionsweise und Entwicklungsgeschichte des Nervensystems ausmacht, sondern auch, wie es zur Konstitution der enormen Autonomie und Freiheitsgrade kognitiver neuronaler Strukturen kommt. Kognitive Informationsverarbeitung führt somit nicht nur auf Phänomene der selektiven Informationsübertragung aus der Umwelt, sondern auch auf innere selbstgenerierte Aktivitätsmuster, die beide nach den Prinzipien von Zufall und Notwendigkeit gleichermaßen korrespondieren. "Das sich entwickelnde Gehirn wird somit nicht, wie früher vermutet, einseitig von der Umwelt geprägt, sondern steht mit dieser in einem Dialog, wobei das fragende Gehirn die Initiative hat" (S. 57).
Es stellt sich die Frage, ob dieses neuronale Dialog-Prinzip verallgemeinerbar und grundsätzlich übertragbar ist, um die durch Selbstorganisation herausgebildeten Muster komplexer Informationsverarbeitung für Analyse und Modellierung eines 'lebensfähigen' Mensch- Natur-Technologie-Gefüges nutzen zu können. Dieser Ansatz scheint insofern vielversprechend, als im Bereich der "Neuroinformatik" bzw. des "Konnektionismus" sog. "neuronale Netze" als lernende oder den Lernprozeß simulierende Computertechnologien betrieben werden. Neuronale Netze bestehen aus einer Menge von Einheiten ("Neuronen") zwischen denen Verbindungen bestehen ('Vernetzung'), die jeweils mit numerischen Werten ("Gewichten") versehen sind. Die Einheiten besitzen selbst ebenfalls numerische Werte ("Aktivierungen"), wobei durch spezifische Regeln festgelegt wird, wie sich beim Prozessieren des Netzes sowohl die Aktivierungswerte der Einheiten als auch die Gewichtswerte der Verbindungen systematisch ändern. Der Prozeß richtet sich nach Netzwerktyp und Problemvorgabe. Ziel der Prozeßdynamik des neuronalen Netzes ist es, einen stabilen Zustand (Attraktorzustand) des Netzwerks zu erreichen, der sich von sich aus nicht mehr ändert (vgl. dazu eine ausführliche Darstellung bei M. Köhle, 1990). Neuronale Netze weisen wesentliche Eigenschaften als 'komplex adaptive' und selbstorganisierende Systeme auf (vgl. Gell-Mann 1994, S. 427 ff.). Die besonderen Vorteile dieser Systeme liegen z.B. in der Mustererkennung, Fehlerkorrektur, Vervollständigung unvollständiger Informationen oder der Modellierung komplex-dynamischer, offener Prozesse. Unter Hinzunahme von Fuzzy Logic bzw. Fuzzy Control lassen sich kombinierte "Neuronale Fuzzy-Systeme" entwickeln, die als lernfähige Systeme mit unpräzisen Informationen arbeiten können (vgl. R. Kruse et al. 1995). In neueren Arbeiten sind mit Hilfe neuronaler Netze die Eigendynamik und Strukturbildung von sozialen Systemen modelliert bzw. simuliert worden (vgl. J. Klüver 1995). Von daher scheint es mir erfolgversprechend zu sein, auf der [S.129] Basis selbstorganisierender und neuronaler Dialog- bzw. Kommunikationsprinzipien Modelle einer stabilisierbaren Mensch-Natur-Technologie-Dynamik zu entwickeln.
Dazu ist allerdings begrifflich und theoretisch zu klären, inwieweit die bisher betrachteten und interpretatorisch eingeordneten Selbstorganisations- Phänomene neue Lösungs- Möglichkeiten für eine neuartige, eine mit menschlicher und natürlicher 'Evolution' kohärente Technik-Entwicklung eröffnen.
42 - Bezug genommen wird hier auf die Informationstheorie, wie sie von Shannon und Weaver begründet wurde und sich mit dem Problem der Nachrichtenübertragung von zwei strukturisomorph codierenden Maschinen (Sender, Empfänger) befaßt.
43 - Algorithmische Komplexität wird durch die Länge der kürzesten Beschreibung einer gegebenen Sequenz endlicher Länge definiert. Die Komplexität einer Zahlenfolge entspricht dem Informationsgehalt des kürzesten, einfachsten Algorithmus, der die Zahlenfolge reproduziert.
44 - Systeme mit einem hohen Maß an interner Selbstähnlichkeit enthalten nicht nur ein großes Maß an Redundanz, sondern die primäre Information, die das System enthält, ist sozusagen "kompressibel". Die primäre Information für Fraktale, die die Feinstruktur beinhaltet, ist außerordentlich groß; betrachtet man jedoch das Formbildungsgesetz (das Prinzip, das einer solchen Fraktalstruktur zugrunde liegt), so wird dessen Informationsgehalt - die "komprimierte" Information - sicherlich wesentlich geringer sein, als die gesamte primäre Information, die in der Fraktalstruktur steckt (vgl. Hedrich S. 182 ff.).
45 - Erwähnenswert ist in diesem Zusammenhang auch die Betrachtung boolescher Netzwerke von Kauffman 1991, S. 90 bis 99.
46 - Es ist eher unwahrscheinlich, daß programmierbare Computer der einzige oder auch nur komplexeste Fall der Realisierung solcher Systeme sind. Alles spricht viel eher dafür, daß viele natürliche Systeme wesentlich komplexer sind als unsere programmierbaren Computer. Für Gehirne gilt dies ganz sicher (vgl. Hedrich S. 215).
47 - "Der besondere Reiz und die Herausforderung dieser Betrachtung erwächst aus dem Spannungsfeld zweier Ebenen: Dem Objektiven und dem Subjektiven, dem Physischen und dem Psychischen, dem Wiederholbaren und dem Einmaligen. Was für eine Realität liegt hinter den bunten und klingenden Bildern verborgen, die durch unsere Sinnesorgane vermittelt werden? Struktur und Funktion des akustischen Systems sind zumindest an der Peripherie von außen mit den objektiven Meßmethoden der Physik und der Physiologie analysierbar. Zugleich ist das Systemverhalten von innen heraus durch Introspektion sowie mit psychophysikalischen Ansätzen zugänglich. Ohne vom Ansatz bisher bereits dem Reduktionismus zu erliegen, läßt sich so eine Verbindung verschiedener Beschreibungs- und Bedeutungsebenen herstellen. Auf welche Weise wird die Datenmenge eines 'belanglosen' Schalldrucksignals vermindert und zugleich mit Bedeutung gefüllt? In diesen Betrachtungen spielt der Informationsbegriff je nach Ebene eine zweideutige Rolle als Quantitäts- und als Qualitätsmaß. In dem Ausmaß wie die Menge der einströmenden Informationen komprimiert wird, wächst deren subjektive Bedeutung" (Euler S. 32).
48 - "Man kann nur darüber staunen, wie allein durch Mutation und Selektion ein derart empfindliches und damit zwangsläufig auch physikalisch höchst trickreiches System entstanden ist. Die Natur hat Schwingungs- und Wellenphysik im Rahmen der Evolution, also per Selbstorganisation, äußerst erfolgreich 'erlernt' und im Ohr einen Schalldruckempfänger entwickelt, der ein Glanzstück evolutionärer Anpassungsleistung darstellt" (Euler, S. 36).
49 - "Die Frage, in welcher Weise die Aktivität der Nervennetze gesteuert und gekoppelt werden soll, wird vom Gehirn anhand der Resultate früherer Aktivitäten entschieden. D.h. das Gehirn organisiert sich auf der Basis seiner eigenen Geschichte. Dies ist das, was man "Selbstreferentialität" des Gehirns nennt. Selbstorganisationsprozesse sind daher eine notwendige Voraussetzung für die Selbstreferentialität ... Dies ist der tiefere Sinn der Aussage über die operationale Abgeschlossenheit und Selbstreferentialität des Gehirns, nämlich daß es seine eigenen Eingänge auf der Basis eigener Erfahrung kontrolliert" (Roth 1990, S. 178).
50 - Es sei darauf hingewiesen, daß bereits in den einfachen Prozessen von Konvektionszellen (Bénard-Zellen) einfache Formen der inneren Bedingtheit und Determiniertheit auftreten, in denen eine Steuerung von außen nur in spezifisch begrenzter Weise möglich ist, aber dennoch ein dynamisches Verhältnis zwischen innerer Organisationsstruktur der Zellen und äußeren "Umwelt"-Bedingungen vorhanden ist.