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Gehirn und Geist: Ist Denken ein mechanischer Vorgang?


Heidelberg. Denken gilt den meisten Menschen als abstrakte, vom Körper losgelöste Fähigkeit. Unser Geist habe mit dem mechanisch funktionierenden Organismus wenig zu tun. Diese Vorstellung zweifeln immer mehr Forscher heute jedoch an, berichtet das Magazin “Gehirn und Geist” in seiner neuen Ausgabe (Heft 1-2/2013). Wie Experimente von Psychologen und Neurowissenschaftlern zeigen, beeinflussen Bewegungen und andere körperliche Vorgänge das Denken viel stärker als bisher angenommen.

So verändert zum Beispiel schon die Art und Weise, wie wir einen Stift übers Papier bewegen, unsere Kreativität. Michael Slepian von der Tufts University in Medford (USA) und Nalini Ambady von der Stanford University ließen Probanden entweder geschwungene oder kantige Formen auf einem Blatt nachzeichnen. Im anschließenden Kreativitätstest schnitten jene, die die eckigen Figuren kopieren sollten, im Schnitt schlechter ab!

Wie kommt es zu solchen Effekten? Der Blick ins Gehirn liefert eine mögliche Erklärung: Wenn wir uns erinnern, nachdenken oder rechnen, sind dieselben Areale des Gehirns aktiv, die Bewegungen steuern oder Formen und Farben wahrnehmen. Betrachten wir zum Beispiel einen Hammer, dann wird ein Netzwerk unterschiedlicher Hirnareale aktiv, zu dem auch der prämotorische Kortex (PMC) gehört – jene Region, die Bewegungen vorbereitet. Offenbar spult unser Denkorgan unmittelbar eine Art “motorische Gebrauchsanweisung” ab. Das Wissen um die Handhabung von Objekten lässt sich also nicht von unserem konzeptionellen Wissen (“Das ist ein Hammer.”) trennen, resümierte der Psychologe Alex Martin von der University of Maryland in Bethesda.

Zum Hintergrund: Wahrnehmen, nachdenken, handeln – diese Funktionen sind im Gehirn nicht klar voneinander abzugrenzen. Wenn unser Körper nicht nur unsere Urteile und Emotionen beeinflusst, können wir ihn dann auch als Hilfsmittel zum Denken und Lernen nutzen? Diese Frage untersucht der Kognitionsforscher derzeit. Fast alle Kinder der Welt gebrauchen beim Rechnenlernen die Finger. Und das scheint für die Entwicklung ihrer Zahlenkompetenz von großer Bedeutung zu sein: Laut Studien können Erstklässler, die ein ausgeprägtes Körpergefühl in den Fingern haben, ein Jahr später auch besser mit Zahlen umgehen als Gleichaltrige mit weniger sensiblen Fingern.

Die Tübinger Psychologen Ulrike Cress und Hans-Christoph Nürk untersuchten 2012, ob gezielte körperliche Erfahrungen Kindern beim Mathelernen helfen. Verbessert sich beispielsweise ihr Gefühl für den Wert von Zahlen, wenn sie den Zahlenstrahl mit körperlichem Einsatz üben? “Mathe mit der Matte” heißt ein Projekt, bei dem Kinder auf einer digitalen Tanzmatte stehen, Zahlen vergleichen und je nachdem, ob eine Zahl größer oder kleiner ist, nach rechts oder nach links springen. Mit Zweitklässlern übten die Forscher einen Zahlenstrahl am Boden entlangzugehen und vorgegebene Zahl an der richtigen Stelle eintragen. Ergebnis der Studie: Die Kinder kennen anschließend nicht nur den Zahlenstrahl besser, sondern profitieren auch in anderen Bereichen der Mathematik. Die Kleineren können besser zählen, die Größeren leichter Additionsaufgaben lösen. (Quelle: Gehirn und Geist, 1 – 2 / 2013)

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Was ist das Wesen von Raum und Zeit?

Grundfragen der Naturwissenschaft:

Was ist Realität? Warum läuft Zeit immer nur in eine Richtung? Was bedeutet Kausalität, also die eindeutige Zuordnung von Ursache und Wirkung? Antworten auf diese Fragen der modernen Naturphilosophie liefert die Quantenphysik. Aber auch in der Biologie spielt beispielsweise die Frage nach der Kausalität eine grundlegende Rolle.

Allerdings wirft die Frage nach der Kausalität in der Genetik Fragen auf, die sich nur philosophisch beantworten lassen. So fand das Problem, das die Rolle der Gene im Organismus betrifft, erst kürzlich eine befriedigende Lösung. Gene gelten als Informationsträger, die den Aufbau der Proteine in einem Organismus bestimmen. Zur Herstellung von Eiweißstoffen bedarf es jedoch einer äußerst komplexen biochemischen Maschinerie, zu der auch so genannte Ribosome sowie Hunderte von Enzymen gehören.

Deshalb schreibt die Entwicklungssystemtheorie allen Bestandteilen einer lebenden Zelle die gleiche kausale Rolle zu. Diese Ansicht lässt sich rein empirisch (also nur durch Experimente) nicht widerlegen, sondern nur durch philosophische Überlegungen. Die Lösung des Problems gelang durch Unterscheidung zwischen aktuellen und potenziellen Einflussgrößen: Die einen variieren tatsächlich, die anderen könnten es zwar, tun es aber nicht. Zusätzlich ist es nötig, den Begriff der so genannten kausalen Spezifität einzuführen. Sie ist erfüllt, wenn jede Ursache eine eindeutige Wirkung hat und jede Wirkung nicht zu viele verschiedene Ursachen. Mit diesen beiden Begriffen lässt sich die besondere kausale Rolle der Gene bei der Proteinsynthese begründen.

Ein Beispiel betrifft die Ontogenese: die Entwicklung vom Embryo zum ausgewachsenen Organismus. Als Hauptkontrollgene dafür gelten so genannte Homöobox-Gene, die Forscher zuerst bei der Taufliege und später bei vielen anderen Organismen einschließlich des Menschen identifiziert haben. Dabei sind an der Embryonalentwicklung eines Tiers Tausende verschiedener Faktoren beteiligt. Sie beginnt in einer befruchteten Eizelle, die nicht bloß aus Genen besteht, sondern ein chemisch äußerst komplexes Gemisch von diversen Nukleinsäuren, Proteinen, kleineren Molekülen und Fetten ist. Der Einwand “Aber die Gene steuern die Entwicklung” ist aus streng kausaltheoretischer Sicht nicht zulässig; denn “steuern” setzt einen Steuermann voraus – ein absichtlich handelndes Wesen, das es offensichtlich nicht gibt.

Noch tiefer reichen die Fragen in der Physik. Naturphilosophie versucht da nicht weniger als die Grundlagen der Natur zu klären – etwa, was Objekte, Raum und Zeit, Kausalität, Zeitrichtung und Naturgesetze sind. Die Quantenphysik erfordert es, die klassische atomistische Sicht der Natur durch eine holistische Perspektive zu ersetzen. Wie der Übergang von quantenmechanischen Phänomenen zu klassischen Eigenschaften genau abläuft, ist dabei eine offene Frage. (Quelle: Spektrum der Wissenschaft, Juni 2011)

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Supervereinigung: Wie aus nichts alles entsteht. Ansatz einer großen einheitlichen Feldtheorie

Künstliche Lebewesen aus der Retorte

Die synthetische Biologie ist ein junger Forschungszweig, der sich anschickt, in einer Art zweiter Schöpfung nach vier Milliarden Jahren ein künstliches Lebewesen aus der Retorte zu erschaffen. Forscher wie Tom Knight, Drew Endy und Randy Rettberg (MIT Cambridge, USA) entwerfen nach dem Legoprinzip zunächst modulare biologische Bausteine die sogenannten »BioBricks«. Diese Biobricks erfüllen definierte biologische Aufgaben, analog den elektronischen Schaltkreisen, wie sie in Mikroprozessoren (Computer) zu finden sind.

Biobricks befinden sich in der experimentellen Phase und werden bereits in die »Baupläne des Lebens« von Bakterien eingebaut. In ersten Erfolgen hat die kalifornische Firma LS9 das Darmbakterium Escherichia coli reprogrammiert. Nun erzeugt das Bakterium Biosprit aus Mais-Sirup und Zuckerrohr.

Als Bauplan des Lebens oder DNA bezeichnet man ein in allen Lebewesen vorkommendes Biomolekül, welches die komplette Erbinformation (Genom) trägt. DNA besteht aus zwei parallelen Strängen, die einander schraubenartig umlaufen (Doppelhelix). Die Stränge sind durch Sprossen miteinander verbunden. So eine Sprosse wird als Basenpaar bezeichnet, weil sie aus zwei sich ergänzenden Basen und einer Wasserstoffbrücke gebildet wird. Chemisch gesehen handelt es sich bei der Base um ein Nukleotid, welches zu den vier Gruppen der Biomoleküle gehört. Ein Basenpaar stellt die unterste Informationseinheit der DNA dar und entspricht zwei Bit herkömmlicher Information. Die Abschnitte der DNA, welche die Information über die einzelnen Erbanlagen enthalten, werden Gene genannt. Bei Katzen kann beispielsweise ein Gen das Merkmal kurzer oder langer Schwanz bedeuten, ein anderes Gen braunes oder weißes Haar. Menschen besitzen ca. 25.000 Gene mit 3 Billionen Basenpaaren, ein Bakterium 500 bis 7000 Gene mit 1 – 10 Millionen Basenpaaren.

Video: Craig Venter (in englisch)

Schöpfung oder bekanntes Verfahren?

Einer, dem es kürzlich gelungen ist, das komplette Erbgut eines Bakteriums im Labor synthetisch herzustellen und zusammenzusetzen, ist der US-amerikanische Biochemiker Craig Venter. Venter hatte sich bereits früher einen Namen gemacht, als er im Jahr 2000 das menschliche Genom entschlüsselte. Auch wenn die Synthese von DNA unter den Forschern als allseits bekanntes Verfahren gilt, ist das von Venter erzeugte synthetische Genom mit rund 500.000 Basenpaaren nach seinen Angaben zwanzig Mal größer als alles, was man bisher zusammenhängend produziert hat.

Im nächsten Schritt will Venter das synthetische Genom in eine lebende Bakterienzelle einschleusen. In dieser soll es anstelle des natürlichen Genoms die Kontrolle übernehmen. Dadurch würde er nach seiner Ansicht einen neuen künstlich hergestellten Organismus schaffen. Das wäre ein Durchbruch gegenüber der herkömmlichen Gentechnologie, die nur einzelne Gene verändern kann, aber nicht ganze Gen-Systeme.

Komplette biologische Systeme nach Maß

Noch einen Schritt weiter geht das Zusammenstellen kompletter biologischer Systeme aus Biobricks nach Maß. Die Forscher am Massachusetts Institute for Technology (MIT) haben, um das Ziel zu erreichen, schon mehr als zweitausend Biobricks in einer Datenbank gesammelt. Wie Elektroingenieure ein Schaltbild aus elektronischen Komponenten am Reißbrett zeichnen, wollen die MIT-Zellingenieure nun aus den Genabschnitten der Biobricks komplette Gen-Systeme zusammenstellen. Das so entworfene Genom wird nach Plan produziert und anschließend sollen leere Zellhüllen mit dem künstlichen Erbgut bestückt werden. Das auf diese Weise künstlich geschaffene »Lebewesen« soll dann die geplanten Substanzen produzieren, beispielsweise Biokraftstoffe, Medikamente oder Biokunststoffe.

Kritiker wie Professor André Rosenthal sind allerdings der Ansicht, dass man von der Schaffung künstlichen Lebens noch Jahrhunderte entfernt ist. Rosenthal ist Leiter der Signature Diagnostics AG in Potsdam, die Gen-Tests zur Krebs-Früherkennung erstellt. Auch wenn das Genom synthetisiert werden kann, ist doch die Hülle der Zelle nicht künstlich hergestellt und das ist für ihn entscheidend. Nach seiner Meinung wäre Craig Venters Arbeit nur interessant, wenn er eine künstliche Zelle mit den entsprechenden Zellorganellen im Reagenzglas erzeugen könnte. Wie die Zeitschrift »Bild der Wissenschaft« in ihrer Ausgabe 3/2009 berichtet, gibt es aber bereits Ansätze zur Erschaffung einer kompletten funktionstüchtigen Zelle einschließlich Hülle, wenn auch noch ein langer Weg vor den Forschern liegt. – Klaus-Dieter Sedlacek

Der Autor ist Verfasser des Buchs »Unsterbliches Bewusstsein: Raumzeit-Phänomene, Beweise und Visionen«. In dem Buch wird unter anderem der Zusammenhang zwischen den fundamentalen Bausteinen der Welt und Bewusstsein aufgedeckt.