Haben Sie sich schon einmal gefragt, wie Ihr Gehirn es schafft, das Gesicht eines Freundes in einer Menschenmenge zu erkennen, ein bekanntes Lied in Ihrem Kopf zu Ende zu singen oder sofort zu verstehen, was jemand meint, auch wenn er undeutlich spricht? Nach Ray Kurzweils Theorie über das Gehirn läuft das alles auf einen eleganten Prozess hinaus: die hierarchische Mustererkennung. Er erklärt diesen Prozess in seinem Buch How to Create a Mind.
Lesen Sie weiter, um zu erfahren, wie Kurzweil zufolge dieses erstaunlich einheitliche System im Gehirn alles hervorbringt, was wir als menschlichen Geist erleben.
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Inhaltsübersicht
Die Gehirn-Theorie von Ray Kurzweil
Um Ray Kurzweils Theorie zu verstehen, müssen wir zunächst die grundlegende Struktur des menschlichen Gehirns kennen. Kurzweil argumentiert, dass der Schlüssel zur menschlichen Intelligenz in einer dünnen äußeren Schicht des Gehirns, dem Neokortex, liegt. Der Neocortex ist nur etwa 2,5 Millimeter dick (etwa so dick wie eine Serviette), macht aber aufgrund seiner ausgeklügelten Faltung, durch die seine faltige Oberfläche entsteht, 80 % des Gehirngewichts aus. Was den Neokortex bemerkenswert macht, so Kurzweil, ist seine erstaunlich gleichmäßige Struktur. Der Neurowissenschaftler Vernon Mountcastle beobachtete diese Gleichförmigkeit erstmals in den 1950er Jahren: Er fand heraus, dass der Neokortex, obwohl er alles von der visuellen Wahrnehmung über das abstrakte Denken bis hin zur Sprache verarbeitet, durchgehend eine einheitliche Organisation aufweist.
(Kurzweil: Während sich die grundlegenden Gehirnstrukturen vor Hunderten von Millionen Jahren entwickelt haben, hat sich der Neokortex erst in den letzten 25 Millionen Jahren herausgebildet und ermöglicht Fähigkeiten wie Sprache, abstraktes Denken und Problemlösungsfähigkeit. Kurzweil beschreibt den Neokortex als einheitlich in seiner physischen Struktur und seinen Rechenprozessen, so dass Nervenzellverbände die gleichen grundlegenden Algorithmen verwenden, egal ob sie Sehen, Hören, Sprache oder abstraktes Denken verarbeiten. Dies steht im Gegensatz zu dem, was Neurowissenschaftler lange Zeit dachten: In den 1900er Jahren teilte Korbinian Brodmann das Gehirn anhand der Zelltypen und der Organisation in verschiedene Regionen ein. Moderne Forscher schätzen, dass der Neokortex 150-200 verschiedene Bereiche mit subtilen, aber wichtigen strukturellen Unterschieden umfasst).
Der Neokortex ist in vertikalen Strukturen, den so genannten kortikalen Säulen, angeordnet, von denen jede etwa einen halben Millimeter breit ist und etwa 60.000 Neuronen oder Nervenzellen enthält. Inspiriert durch seine Erfahrung beim Aufbau von Mustererkennungssystemen für Computer schlägt Kurzweil vor, dass sich in diesen Spalten die grundlegenden Mustererkenner des Gehirns befinden. Jeder Mustererkenner besteht aus etwa 100 Neuronen, die in einem Cluster zusammenarbeiten, und wir haben etwa 300 Millionen dieser Mustererkenner über den Neokortex verteilt. Aber was tun diese Mustererkenner? Und wie schafft ihre Aktivität im Gehirn das, was wir als Geist erleben: unsere Gedanken, Erinnerungen, Kreativität und unser Bewusstsein? Kurzweils Antwort dreht sich um Hierarchie.
| Können wir mit Hilfe von KI das menschliche Gehirn zurückentwickeln? Während die Bemühungen zur Entwicklung von KI seit langem von der Forschung zur menschlichen Intelligenz inspiriert wurden, ist Kurzweil nicht der Einzige, der Erkenntnisse aus Computersystemen anwendet, um zu erklären, wie das menschliche Gehirn funktioniert. Kurzweil nimmt die hierarchische Mustererkennung - ein Konzept, das mindestens seit den 1980er Jahrenein Eckpfeiler der KI-Forschung ist - undbehauptet, sie sei das Grundprinzip der menschlichen Intelligenz. Sein Kollege, der Tech-Unternehmer Jeff Hawkins, hat eine ähnliche Theorie entwickelt, auf die er in Tausend Gehirne. Sowohl Kurzweil als auch Hawkins verweisen auf kortikale Spalten als biologischen Beweis für ihre Theorien. Hawkins schätzt, dass der Neokortex 150.000 kortikale Säulen hat, die wie Mini-Gehirne funktionieren, während Kurzweil 300 Millionen Mustererkenner vorschlägt - im Wesentlichen das gleiche Konzept in unterschiedlichen Größenordnungen. Wissenschaftler haben jedoch in Frage gestellt, ob es sich bei den kortikalen Säulen wirklich um funktionelle Einheiten handelt oder ob sie möglicherweise evolutionäre Nebenprodukte sind. Und während es allgemein bekannt ist, dass das Studium der menschlichen Kognition Informationen für die Entwicklung von KI liefern kann, stellen einige Kognitionswissenschaftler in Frage , ob das Gegenteil der Fall ist - obmaschinelle Intelligenz, die menschliche kognitive Prozesse abstrahiert und vereinfacht, sinnvoll erklären kann, wie das biologische Gehirn tatsächlich funktioniert. |
Wie der Verstand aus der Mustererkennung hervorgeht
Kurzweil argumentiert, dass der Verstand entsteht, wenn Millionen von Mustererkennern in einem hierarchischen System zusammenarbeiten und sich in Schichten zunehmender Komplexität organisieren. Die unteren Ebenen verarbeiten einfache, konkrete Muster, während die höheren Ebenen diese zu immer komplexeren Konzepten kombinieren. Wenn Sie beispielsweise eine bekannte Melodie erkennen, werden auf den unteren Ebenen Noten und Rhythmen erkannt, auf den mittleren Ebenen Akkordfolgen und Phrasen, und auf den höheren Ebenen werden das Lied und die damit verbundenen Erinnerungen erkannt. Kurzweil erklärt, dass dieser gleiche Mustererkennungsprozess, der sich auf verschiedenen Abstraktionsebenen wiederholt, all das hervorbringt, was wir als einzigartig menschlich betrachten - vom Sprachverständnis über das Verlieben bis hin zu moralischen Einsichten.
(Kurzer Hinweis: Kurzweil befasst sich mit dem, was Philosophen das "schwierige Problem" des Bewusstseins nennen: die Frage, warum wir überhaupt subjektive innere Erfahrungen haben. Kurzweil ist Materialist und vertritt die Ansicht, dass das Bewusstsein rein aus physischen Gehirnprozessen entsteht, während Dualisten behaupten, dass das Bewusstsein etwas beinhaltet, das über das Gehirn hinausgeht. Innerhalb des Materialismus verorten die meisten Theorien das Bewusstsein im Neokortex, aber die Forschung hat begonnen, diese Ansicht in Frage zu stellen. Studien an Menschen, die ohne den größten Teil des Neokortex geboren wurden, legen nahe, dass sie dennoch wichtige Anzeichen von Bewusstsein zeigen: Sie erkennen Menschen, genießen Musik und zeigen Emotionen. Dies deutet darauf hin, dass ältere Hirnregionen für das Bewusstsein möglicherweise entscheidender sind als bisher angenommen).
Im hierarchischen System der Mustererkennung des Gehirns fließen die Informationen gleichzeitig in zwei Richtungen. Bottom-up-Verarbeitung bedeutet, dass einfache Muster, die auf niedrigeren Ebenen erkannt werden, kombiniert werden, um die Erkennung komplexerer Muster auf höheren Ebenen auszulösen - von grundlegenden Merkmalen zu vollständigen Konzepten aufsteigend. Top-down-Verarbeitung bedeutet, dass Muster auf höherer Ebene Vorhersagesignale nach unten senden, wodurch niedrigere Ebenen empfindlicher für erwartete Muster werden, die auf dem Kontext und früheren Erfahrungen basieren. Kurzweil argumentiert, dass dieser bidirektionale Fluss kontinuierlich über alle Ebenen der Hierarchie hinweg funktioniert.
Denken Sie daran, was passiert, wenn Sie das Wort "ZUCKER" lesen. Die Verarbeitung von unten nach oben beginnt, wenn Ihre Augen die Merkmale der Buchstaben erkennen: horizontale und diagonale Linien, Kurven und Ecken. Diese lösen die Erkennung auf der nächsthöheren Ebene aus, wo verschiedene Kombinationen von Linien und Kurven als die Buchstaben S, U, G, A und R erkannt werden. Auf einer weiteren Ebene löst diese Buchstabenfolge die Erkennung des Wortes "SUGAR" aus. Gleichzeitig findet eine Top-down-Verarbeitung statt, bei der höhere Ebenen Vorhersagesignale an niedrigere Ebenen senden. Wenn Sie ein Rezept lesen und "S-U-G-A" sehen, sagt der Mustererkenner auf Wortebene für "SUGAR" den Erkennern auf Buchstabenebene: "Achten Sie auf das nächste R!", so dass Sie den Buchstaben auch dann erkennen können, wenn er verschmiert oder schlecht gedruckt ist.
| Mustererkennung steuert auch die soziale Wahrnehmung Der von Kurzweil beschriebene bidirektionale Informationsfluss scheint ein Schlüsselprinzip dafür zu sein, wie das Gehirn komplexe Informationen verarbeitet. Sozialneurowissenschaftler erklären, dass, wenn man zum Beispiel jemandem neu begegnet, Gehirnregionen auf niedrigerer Ebene grundlegende visuelle Merkmale wie Hautton und Gesichtsstruktur erkennen. Gleichzeitig nutzen übergeordnete Regionen die Mustererkennung, um soziale Konzepte und Stereotypen zu aktivieren: Wenn Ihr Gehirn Muster erkennt, die bestimmten sozialen Kategorien entsprechen, ruft es die Erwartungen ab, die Sie mit diesen Kategorien verbinden, und sendet Vorhersagesignale zurück, um zu beeinflussen, was Sie wahrnehmen. Dieser zweiseitige Informationsfluss wird besonders wichtig, wenn soziale Hinweise mehrdeutig sind. Die meisten Gesichter lassen sich nicht perfekt in eindeutige Kategorien einordnen; sie liegen irgendwo in der Mitte: Jemand kann Merkmale aufweisen, die auf mehrere Geschlechts- oder Rassenkategorien hindeuten, oder kontextuelle Hinweise wie die Kleidung können den Erwartungen, die Ihr Gehirn mit den Gesichtszügen verbindet, widersprechen. In diesen mehrdeutigen Situationen wird die Top-Down-Verarbeitung des Gehirns einflussreicher, denn sie nutzt das Vorwissen und die erlernten Assoziationen, um ein kohärentes Verständnis der Person vor Ihnen zu konstruieren. Je mehrdeutiger die visuellen Informationen sind, desto mehr verlässt sich Ihr Gehirn auf diese Top-down-Vorhersagen, um die Lücken zu schließen. |
Warum dieses System so gut funktioniert: Redundanz
Kurzweil behauptet, dass das hierarchische Mustererkennungssystem eine bemerkenswerte Zuverlässigkeit erreicht, weil es mehrere Kopien von wichtigen Mustern speichert - was er als Redundanz. Anstatt nur eine Kopie wichtiger Muster zu speichern, unterhält das Gehirn Tausende von Mustererkennern für Dinge wie den Buchstaben "S" oder das Konzept "Zucker".
(Anmerkung in Kurzform: Neuere Forschungen haben Kurzweils Idee bestätigt, dass Redundanz unsere kognitiven Fähigkeiten zuverlässiger macht. Anstatt einfach mehrere Kopien abzuspeichern, schafft das Gehirn Redundanz, indem es dafür sorgt, dass Informationen auf mehreren Wegen abgerufen werden können. Studien haben ergeben, dass ältere Erwachsene mit höherer funktioneller Redundanz - mehralternative Pfade zwischen Hirnregionen - bei Gedächtnisaufgaben besser abschneiden und gegenüber altersbedingten Gehirnveränderungen widerstandsfähiger sind. Die Redundanz in gedächtnisrelevanten Hirnregionen sagt die Gedächtnisleistung deutlich voraus, obwohl die Beziehung dynamisch ist: In den frühen Stadien der Alzheimer-Krankheit nimmt die Redundanz zu, wenn das Gehirn die Schäden kompensiert, und nimmt dann ab, wenn die Krankheit fortschreitet).
Kurzweil erklärt, dass die Redundanz bei der Speicherung von wichtigen Mustern im Gehirn zwei Zwecken dient. Erstens ermöglicht sie eine robuste Erkennung trotz unvollkommener Eingaben. Man kann das Gesicht eines Freundes bei schwachem Licht erkennen, Sprache auf einer lauten Party verstehen oder eine schlampige Handschrift lesen, weil mehrere Mustererkenner zur gleichen Aufgabe beitragen. Wenn einige Erkennungssysteme versagen, können andere dies ausgleichen. Zweitens ermöglicht die Redundanz das, was Kurzweil als invariante Erkennung bezeichnet: die Fähigkeit, Muster trotz Variationen in Größe, Position, Stil oder Kontext zu erkennen. Sie erkennen den Buchstaben "S", egal ob er gedruckt oder handgeschrieben ist, ob mit oder ohne Serifen, weil verschiedene Mustererkenner gelernt haben, das "S" in all diesen Variationen zu erkennen.
(Kurzer Hinweis: Das Gehirn verlässt sich nicht nur auf Redundanz, um eine robuste und unveränderliche Erkennung zu gewährleisten, sondern scheint auch zu optimieren, welche Merkmale bei der Suche nach Mustern in visuellen Informationen zu beachten sind. Wenn Sie zum Beispiel eine Kaffeetasse sehen, erkennen untere Ebenen vielleicht Merkmale wie geschwungene Linien und Kanten, mittlere Ebenen kombinieren diese zu Formen wie "zylindrischer Körper" und "Henkel", und höhere Ebenen erkennen eine Kaffeetasse. Mit zunehmender Erfahrung lernt Ihr Gehirn, die strukturellen Beziehungen, die eine Tasse ausmachen, zu betonen, während es Details, die variieren, wie Farbe oder Größe, herunterspielt. Es geht nicht so sehr darum, dass Ihr Gehirn Tausende von Bildern von Kaffeetassen speichert, sondern dass es Ihr Wissen über Tassen so aufbaut, dass Sie immer eine erkennen können).
Kurzweil argumentiert, dass die Redundanz auch erklärt, warum das Gedächtnis anders funktioniert, als man erwarten würde. Unser Gehirn speichert keine Aufzeichnungen von Erfahrungen, sondern Muster, die es uns ermöglichen, Ereignisse zu rekonstruieren, wenn wir uns an sie erinnern. Das ist der Grund, warum sich Erinnerungen lebendig und genau anfühlen, obwohl sie erhebliche Ungenauigkeiten enthalten: Ihr Gehirn baut die Erinnerung aus gespeicherten Mustern wieder auf, anstatt eine originalgetreue Aufzeichnung der ursprünglichen Erfahrung wiederzugeben.
(Kurzer Hinweis: Psychologen, darunter Daniel Schacter (Die sieben Sünden des Gedächtnisses) gehen davon aus, dass unser Gehirn Erinnerungen aus gespeicherten Mustern rekonstruiert, und zwar nicht nur wegen der Art und Weise, wie diese Muster gespeichert sind, sondern weil dieser Prozess ein flexibles, vorausschauendes Denken ermöglicht, das für unsere Vorfahren Überlebensvorteile hatte. Der Prozess der Rekonstruktion einer Erinnerung, während wir sie abrufen, hilft uns, neue Informationen mit alten Erfahrungen zu verknüpfen, unser Verständnis zu aktualisieren, wenn sich die Umstände ändern, und vergangene Erfahrungen zu nutzen, um für neue Situationen zu planen. Einige Experten gehen sogar davon aus, dass sich unser Gedächtnis in erster Linie entwickelt hat, um uns dabei zu helfen, das zu antizipieren, was als Nächstes kommt , und uns darauf vorzubereiten ).
Die universelle Natur der hierarchischen Verarbeitung
Kurzweil behauptet, dass alle kognitiven Fähigkeiten des Menschen - Gedächtnis, Entscheidungsfindung, Kreativität und Emotionen - denselben hierarchischen Mustererkennungsprozess nutzen, nur mit unterschiedlichen gelernten Mustern, die in unterschiedlichen Hierarchien organisiert sind. Das Gedächtnis erfordert, dass das Gehirn Sequenzen von Mustern speichert und abruft. Bei der Entscheidungsfindung werden situative Muster mit geeigneten Reaktionsmustern abgeglichen. Kreativität entsteht, wenn Mustererkenner Verbindungen zwischen zuvor nicht miteinander verbundenen Begriffshierarchien finden - was wir als metaphorisches Denken erleben. Emotionen erfordern die Aktivierung von Mustererkennern auf hoher Ebene, die visuelle Hinweise, Erinnerungen, soziale Kontexte und körperliche Empfindungen in komplexe Erfahrungen integrieren.
(Kurzer Hinweis: Der Neurowissenschaftler Mark Mattson stimmt mit Kurzweil darin überein, dass unsere Fähigkeit zur Verarbeitung komplexer Muster - einschließlichBildern, Klängen, räumlichen Beziehungen und Ereignisfolgen - unseren anspruchsvollsten kognitiven Fähigkeiten zugrunde liegt. Das Gedächtnis kodiert und ruft die von uns wahrgenommenen oder konstruierten Muster ab, während die Entscheidungsfindung die gespeicherten Muster integriert, so dass wir logisch denken, Probleme lösen und adaptive Entscheidungen treffen können. Kreativität verbindet nicht zusammenhängende Muster und erschafft völlig neue, und Emotionen haben sich möglicherweise speziell entwickelt, um die Verarbeitung von Mustern zu verbessern, indem sie die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass wichtige Erfahrungen gespeichert und abgerufen werden).
Die Universalität der hierarchischen Verarbeitung im gesamten Gehirn bedeutet, dass Ihre etwa 300 Millionen Mustererkenner, obwohl sie denselben grundlegenden Algorithmus verwenden, das gesamte Spektrum menschlicher kognitiver Aufgaben bewältigen können, indem sie einfach verschiedene Muster lernen und sie in unterschiedliche Hierarchien einordnen. Kurzweil argumentiert, dass die Stärke dieses Systems nicht in der Komplexität seiner einzelnen Komponenten liegt, sondern in der Intelligenz, die sich aus ihrer hierarchischen Organisation ergibt.
(Kurze Anmerkung: Wenn alle Kognition aus der Mustererkennung hervorgeht, wie viel davon geschieht dann unabhängig von der expliziten Erinnerung? Experten stellen fest, dass wir wissen können , dass uns etwas vertraut vorkommt, ohne dass wir uns an die Erfahrungen erinnern können, die diese Vertrautheit hervorgerufen haben: Wenn wir etwas emotional Bedeutsames erleben, signalisiert die Amygdala anderen Gehirnregionen, dass es wichtig ist, diese Muster zu bewahren. Der Film Ewiges Sonnenschein des unbefleckten Geistes bietet eine fiktive Demonstration dieses Sachverhalts. Nach dem Ende ihrer Beziehung löschen die Hauptfiguren ihre Erinnerungen daran, fühlen sich aber auch später noch zueinander hingezogen. Sie können vertraute Verhaltensweisen und Reaktionen wiedererkennen, weil sie auch nach dem Vergessen von ihrer gemeinsamen Geschichte geprägt sind. Ihre Identitäten spiegeln die gelernten Muster wider, auch wenn die Erinnerungen, die diese Muster hervorgebracht haben, nicht mehr vorhanden sind).
Erfahren Sie mehr über Ray Kurzweils Gehirntheorie
Um diese Theorie in ihrem größeren Zusammenhang zu verstehen - und um zu sehen, wohin Kurzweil sie führt - lesen Sie den Leitfaden von Shortform zu seinem Buch Wie man einen Geist erschafft.
