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Besondere Fähigkeiten bei Roboter gefunden: Er hat Bewusstsein

Wissenschaftler der Universität Bielefeld haben bei dem von ihnen entwickelten Roboter besondere Fähigkeiten gefunden: Diese deuten darauf hin, dass der Roboter ein Bewusstsein entwickelt hat.

Für Menschen ist es normal: Taucht ein Problem auf, denken sie über unterschiedliche mögliche Handlungsschritte nach, erproben in Gedanken deren Konsequenzen und entscheiden sich dann für eine Vorgehen. Seit Anfang 2011 arbeiten Forscher der Universität Bielefeld daran, dass auch Roboter dieses Probehandeln durchführen können.

Um ihr Ziel – einen Roboter der Probehandeln kann – zu erreichen, haben die Forscher ein reaktives System auf Insektenbasis entwickelt. Der Roboter mit Namen Hector ähnelt einer Stabheuschrecke und reagiert auf Umweltreize, er kann also zum Beispiel über einen Stein klettern, wenn dieser im Weg liegt. Das Neue an Hector: Die Forscher haben sein System um kognitive Komponenten erweitert. Der Heuschrecken-Roboter kann so beispielsweise neue Verhaltensweisen erfinden und das Probehandeln erlernen. Dieses vollzieht der Roboter dann, wenn ein Problem auftritt, das das reaktive System nicht lösen kann – dann schaltet sich Hectors kognitives System dazu, sodass der Roboter unterschiedliche Verhaltensweisen durchspielt und überlegt, welche Handlungsoptionen bestehen. Ganz nach dem Motto: Erst denken, dann handeln.

Prof. Dr. Holk Cruse (Bild), Biologe an der Universität Bielefeld, und sein Forschungspartner Malte Schilling haben entdeckt, dass Roboter ein Bewusstsein entwickeln können. Foto: Universität Bielefeld
Prof. Dr. Holk Cruse (Bild), Biologe an der Universität Bielefeld, und sein Forschungspartner Malte Schilling haben entdeckt, dass Roboter ein Bewusstsein entwickeln können.
Foto: Universität Bielefeld

„Der Bau von Roboter Hector ist noch nicht ganz abgeschlossen, aber die Simulation, das heißt sein virtuelles Gegenstück am Computer, ist zu 90 Prozent fertiggestellt“, sagt Professor Dr. Holk Cruse, einer der beteiligten Forscher. „In der Theorie sind wir uns also schon sehr sicher, dass Hector Probehandeln kann.“ Am Projektende soll auch der reale Roboter – der bislang noch nicht vollständig fertiggestellt ist – zeigen können, dass er das Probehandeln beherrscht. „Nachdem wir unser Basisziel erreicht hatten, haben wir geschaut, was der Roboter noch kann. Dabei ergab sich, dass er gewisse emergente Fähigkeiten entwickelt hat, die auf ein Bewusstsein hindeuten“, so Cruse. „Emergent sind Eigenschaften dann, wenn sie nicht in das System eingebaut wurden, schließlich aber trotzdem vorhanden sind.“

Bislang ist die Annahme verbreitet, dass derartige emergente Eigenschaften, zu denen unter anderem die Kontrolle der Aufmerksamkeit und eben auch das Bewusstsein gehören, nur in komplexen Systemen möglich sind. „Unsere Forschung zeigt, dass auch weniger komplexe Systeme höhere Fähigkeiten entwickeln können“, sagt Malte Schilling, Forschungspartner von Holk Cruse. Zu den Aspekten von Bewusstsein, die der Roboter entwickelt hat, zählen unter anderem Intentionen sowie die sogenannte globale Zugänglichkeit. Intentionen bezeichnen Zustände, bei denen das ganze Verhalten einem Ziel – beispielsweise der Futtersuche – untergeordnet ist. Mit globaler Zugänglichkeit ist gemeint, dass Gedächtniselemente zugänglich sind, auch wenn gerade etwas anderes gemacht wird. Beispielsweise ist jemand der läuft, trotzdem in der Lage nachzudenken und nebenbei noch etwas anderes zu machen. „Diese und weitere Aspekte von Bewusstsein, die wir bei Hector finden konnten, sind sozusagen Abfallprodukte der eigentlichen Forschungsarbeit – allerdings sehr interessante“, sagt Cruse. „Sie zeigen, dass wichtige Eigenschaften des Bewusstseins auch bei sehr kleinen Gehirnen, und eben auch in künstlichen Systemen, vorkommen können“, sagt Cruse. (Quelle: idw)

Buchtipps:

Geistestätigkeit gestikulierender Raben

Raben (in Volieren), die ein Spielzeugauto herzeigen... (Bild: Thomas Bugnyar)
Kleinkinder zeigen gerne Dinge her, indem sie darauf deuten oder diese in die Höhe halten. Derartige referenzielle Gesten sind bei Primaten praktisch nicht zu finden. Thomas Bugnyar, Professor am Department für Kognitionsbiologie der Universität Wien, und Simone Pika vom Max-Planck-Institut für Ornithologie zeigen in ihrer aktuellen “Nature Communications”-Publikation genau jene Art von Gesten an frei lebenden Raben.

Raben sind sehr verspielt und lernen äußerst schnell. “Die Erforschung von Geistestätigkeiten von Tieren erweist sich als schwierig, es gibt aber starke Hinweise darauf, dass Raben logisch handeln und ein langes Erinnerungsvermögen besitzen”, erklärt Thomas Bugnyar, Professor am Department für Kognitionsbiologie der Universität Wien. So zeigten ForscherInnen kürzlich, dass Raben und Buschblauhäher – ähnlich wie Schimpansen – Aufgaben lösen, die das Einschätzen der Perspektive bzw. des Wissenstandes anderer erfordert.

Unterschied zu Primaten

Bei Gesten wie dem Deuten auf Gegenstände und deren in die Höhe halten werden Unterschiede erkennbar: Derartige referenzielle Gesten sind bei Primaten nahezu nicht zu finden; selbst unsere nächsten Verwandten wie Schimpansen gebrauchen ihr relativ großes Gestikrepertoire kaum, um die Aufmerksamkeit anderer auf Dinge in der unmittelbaren Umgebung zu lenken. Hingegen benutzen frei lebende Raben genau jene Art von Gesten, die so menschlich und insbesondere bei Kleinkindern zu beobachten sind.

“Die Vögel nehmen Objekte aus ihrer unmittelbaren Umgebung, etwa einen Stein, ein Hölzchen oder einen Fichtenzapfen in den Schnabel, bauen sich damit vor Artgenossen auf und halten ihnen den Gegenstand vor den Schnabel”, sagt Thomas Bugnyar. Gemeinsam mit Simone Pika vom Max-Planck-Institut für Ornithologie, Seewiesen, publiziert er zum Verhalten der Raben in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift “Nature Communications”.

Aufmerksamkeit erregen

Warum tun sie das? “Vielleicht, weil sie die anderen auf ein bestimmtes Objekt oder seine Qualität hinweisen möchten. Das ist allerdings unwahrscheinlich, da die angebotenen Dinge sich kaum vom Rest der Umgebung unterscheiden. Zudem sieht man das Verhalten nicht nur von älteren Raben, die eventuell ein Nest bauen könnten, sondern auch von jungen Raben und vor allem im Sommer, außerhalb der Brutzeit. Was das Herzeigen von Objekten jedoch meist bewirkt, sind nette Interaktionen. Es scheint daher darum zu gehen, die Aufmerksamkeit von bestimmten Artgenossen zu ergattern bzw. mit ihnen in Kontakt zu kommen”, so Bugnyar.

Tatsächlich interessieren sich die Adressaten meist für die angebotenen Dinge – aber nur so lange, bis sie sie selbst haben können. Das ist bei Kindern oft auch nicht anders. “Herzeigen von Dingen könnte somit bei Raben und Kindern eine ähnliche Funktion haben. Allerdings beschränken sich die Vögel hierbei auf spielerische Interaktionen mit meist Gleichaltrigen”, erläutert der Kognitionsbiologie.

Publikation
The use of referential gestures in ravens (Corvus corax) in the wild. Thomas Bugnyar/Simone Pika. In: Nature Communications. DOI: 10.1038/ncomms1567. Volltext: https://www.nature.com/ncomms/journal/v2/n11/full/ncomms1567.html (Quelle: Idw, Foto: Raben (in Volieren), die ein Spielzeugauto herzeigen bzw. dieses Objekt vom anderen haben wollen. (c) Thomas Bugnyar )

Sind Aufmerksamkeit und Bewusstsein zwei verschiedene Prozesse?

Video: Faszination Bewusstsein

 

Im Experiment lassen sich zwei anscheinend eng miteinander verwobene Funktionen des Gehirns teilweise entflechten
Im Alltagsleben scheinen Aufmerksamkeit und Bewusstsein zusammenzugehören: Wer seine Aufmerksamkeit auf die Schere rechts auf dem Schreibtisch richtet, wird sich ihrer Eigenschaften, wie etwa der roten Griffe, bewusst. Umgekehrt können die roten Griffe auch dazu führen, dass man auf die Schere aufmerksam wird. Jedoch haben Wissenschaftler aus einer Reihe von Verhaltensbeobachtungen in jüngster Zeit geschlossen, dass Aufmerksamkeit und Bewusstsein zwei grundlegend verschiedene Prozesse im Gehirn darstellen, die nicht notwendigerweise miteinander verbunden sind. Dazu haben jetzt Forscher des Max-Planck-Instituts für biologische Kybernetik zusammen mit japanischen Kollegen eine neue Studie in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht. Sie liefern den ersten experimentellen Nachweis, dass die primäre Sehrinde, der Eingangsbereich zur visuellen Informationsverarbeitung in der Großhirnrinde, nur durch Aufmerksamkeit, nicht aber durch das Bewusstsein aktiviert wird. Dieses Ergebnis bekräftigt die Hypothese, dass Nervenzellen unterschiedlich auf Aufmerksamkeit und Bewusstsein reagieren. Sind Aufmerksamkeit und Bewusstsein zwei verschiedene Prozesse? weiterlesen

Die “Sprache des Gehirns” wird enträtselt

Ohne Aufmerksamkeit ist es uns allen nicht möglich, mit der Umwelt zu interagieren. Speziell beim Sehen ist Aufmerksamkeit absolut notwendig, um Sinneseindrücke sinnvoll zu verarbeiten und am Ende des Verarbeitungsprozesses Personen oder Objekte wahrzunehmen. Obwohl Aufmerksamkeit ein grundlegender Mechanismus der Informationsverarbeitung im Gehirn ist und Aufmerksamkeitsstörungen bei vielen neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen große Probleme für die Patienten nach sich ziehen, sind die neuronalen Mechanismen von Aufmerksamkeit – insbesondere in der frühen Verarbeitung von Seheindrücken – bislang nur unzureichend verstanden.

Wie wirkt sich visuelle Aufmerksamkeit auf die Sprache des Gehirns – also die Signale, mit denen die Gehirnzellen untereinander Information austauschen – aus? Dieser Frage sind Forscher der Universität Bremen aus Neurobiologie und theoretischer Physik in einem fachübergreifenden Projekt gemeinsam nachgegangen. Um die zugrunde liegenden Mechanismen zu untersuchen, wurden Makaken darauf trainiert, komplizierte Linienfiguren zu betrachten und sie dann entweder aufmerksam zu beobachten oder zu ignorieren. Die dabei gemessenen Aktivitätsmuster der Gehirnzellen wurden mit Methoden des “Machine Learning” (Maschinenlernen, d.h. der automatisierten Suche nach verborgenen Regelmäßigkeiten in großen Datenmengen durch ein Computerprogramm) daraufhin untersucht, wie viel Information in diesen Signalen über die Figuren enthalten ist und ob die Informationsmenge von Aufmerksamkeit abhängig ist. Normalerweise kommen Techniken des Machine Learning beim Erkennen von Kreditkarten-Betrug, bei der Aktienmarktanalyse oder in der medizinischen Diagnostik zum Einsatz. Wie die Bremer Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift “Journal of Neuroscience” nun berichten (https://www.jneurosci.org/), lassen sich diese Methoden auch erfolgreich zur Untersuchung des Phänomens Aufmerksamkeit nutzen.

Signale verraten, welche Linienfiguren gesehen werden

Die Forschungen zeigen zwei Hauptergebnisse: Einerseits ist es mit diesen Methoden möglich, dem Gehirn beim Arbeiten sehr genau zuzuschauen – und zwar so genau, dass aus den Signalen abgelesen werden kann, welche Strichfiguren gerade gesehen wurden. Dabei ließen sich die untereinander recht ähnlichen Figuren mit sehr hoher Genauigkeit (in bis zu 93% der Fälle) anhand der gemessenen elektrischen Hirnaktivität richtig identifizieren. Andererseits verändert Aufmerksamkeit die Hirnaktivität, so dass diese Identifikation bei aufmerksam beobachteten Mustern erfolgreicher ist als bei Mustern, auf denen keine Aufmerksamkeit ruht.

Genau diese Veränderung der Hirnsignale erfolgt jedoch auf eine völlig überraschende Art und Weise. Das Gehirn fährt nicht etwa andere Störeinflüsse einfach herunter oder blendet sie aus. Vielmehr werden die zu den unterschiedlichen Mustern gehörenden “Fingerabdrücke” in der Hirnaktivität aktiv verändert, so dass sie sich deutlicher voneinander unterscheiden.

Ergebnisse für konkrete medizinische Anwendungen nutzbar

Neben dem besseren Verständnis der grundlegenden Funktionsweise des Gehirns als Basis für Fortschritte in Verständnis und Behandlung von neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen sind auch konkrete medizinische Anwendungsmöglichkeiten eine wichtige Antriebsfeder für die Bremer Forschungen auf diesem Gebiet. Ein Ziel ist die Schaffung einer zentralen Basis für funktionelle Neuroprothesen. Dabei geht es um so genannte Brain Computer Interfaces (BCI) – eine Technologie, mit der die elektrische Hirnaktivität eines Menschen detailliert gemessen werden kann, um aus den Signalen auf Aktions- und Kommunikationswünsche zu schließen (“Gedanken lesen”). Ein solches System soll beispielsweise vollständig gelähmten Personen ermöglichen, mit ihrer Umwelt wieder zu kommunizieren und Geräte und Hilfseinrichtungen zu kontrollieren, um so ein Stück Autonomie ins Leben zurückzubringen.

Die “Sprache des Gehirns” enträtseln

Unerlässlich für den Bau einer robusten und sicheren Schnittstelle zwischen der Gedankenwelt des Patienten und einem Computersystem ist dabei, die “Sprache des Gehirns” zu enträtseln. Deshalb versuchen die Bremer Wissenschaftler abweichend von den in diesem Forschungsbereich herkömmlichen Ansätzen, die Sehhirnrinde als Signalquelle zur Verarbeitung von Seheindrücken zu verwenden.

In dem im Journal of Neuroscience veröffentlichen Artikel wurde gezeigt, dass die vom Sehsystem erzeugten elektrischen Hirnsignale willentlich – eben durch die untersuchte selektive visuelle Aufmerksamkeit – verändert werden können. Sie könnten somit als ein Kontrollsignal für die beschriebenen medizinisch-technischen Anwendungen genutzt werden. Eine weiterführende Untersuchung dazu wird zurzeit durchgeführt. Sie ist ein wichtiger Teil der aktuellen neuro-technologischen Initiative der Universität Bremen. Quelle: idw