Affensprachen.

aus spektrum.de, 28.05.2019

Wie Affen auf Drohnen reagieren 
Ein Hightech-Fluggerät verhilft einer deutschen Arbeitsgruppe zu Einsichten über die Evolution der Sprache.

von Lars Fischer

Westliche Grünmeerkatzen (Chlorocebus sabaeus) entwickeln einen neuen Alarmruf, um vor Drohnen zu warnen. Das berichten Franziska Wegdell, Kurt Hammerschmidt und Julia Fischer vom Deutschen Primatenzentrum in Göttingen. Wie das Team in »Nature Ecology & Evolution« schreibt, konfrontierte es für das Experiment eine Gruppe der Affen im Senegal mit einer Drohne. Daraufhin nutzten die Affen fürderhin einen bei ihnen neuen, ganz spezifischen Warnlaut für das technische Gerät; dieser aber klang ganz ähnlich wie das Signal, mit dem eine verwandte Art vor Adlern warnt.

Allerdings, so die Gruppe um Wegdell, handelt es sich keineswegs um einen allgemeinen Warnruf gegen Luftfeinde: Die Tiere nutzten den Alarm auch, wenn sie bloß eine Aufnahme des Drohnengeräusches hörten. Aus den Befunden schließt die Gruppe, dass in der Evolution komplexer Kommunikation das flexible Verstehen eines festen Repertoires von Lauten wohl vor der Erweiterung der stimmlichen Fähigkeiten kam.

• Der Springaffe und die Anthropologie der Wahrnehmung.

Viele Affenarten haben ein komplexes System von verschiedenen Alarmrufen mit unterschiedlicher Bedeutung – so reagieren Grünmeerkatzen auf das Warnsignal für Leoparden anders als auf jenes für Schlangen. Die Westlichen Grünmeerkatzen nutzen solch ein System, jedoch mit einer interessanten Lücke: In ihrem Lebensraum gibt es keine Adler, also nutzen sie diese Alarmrufe nicht. Wegdell, Hammerschmidt und Fischer untersuchten an dieser Besonderheit, ob und wie die Tiere die Lücke bei Bedarf schließen.

Bei dem Experiment ließen die Fachleute eine Drohne über eine Gruppe der Affen hinwegfliegen und scheuchten die Tiere dadurch auf. Anschließend stellten sie fest, dass die Affen sich das Geräusch der Drohne gemerkt hatten und suchend in die Luft schauten, wenn die Arbeitsgruppe ihnen eine Aufnahme des Geräusches vorspielten. Außerdem stießen die Grünmeerkatzen spezielle Warnrufe aus, die man von ihnen bis dahin nicht gehört hatte – von einer verwandten Art aber sehr wohl. Die Südlichen Grünmeer- katzen (Chlorocebus pygerythrus), die an der Ostküste Afrikas zwischen Äthiopien und Südafrika ver- breitet sind, warnen mit einem sehr ähnlichen Ruf vor Adlern. 

Das zeige, so das Team, dass die Rufe auch über Artgrenzen hinweg samt ihrer grundlegenden Bedeutung fest angelegt sind – und dass die Affen ihre »Sprache« nicht hören müssten, um sie zu lernen. 


Nota. - Der Schluss ist ein Beispiel für die ärgerliche Neigung so vieler Forscher zur Hype. Das Experiment zeigt vorerst nur, dass Westliche und Südliche Grünmeerkatzen spontan dieselben Lautäußerungen entwik- klen konnten, aber für verschiedene Anlässe. Ihre Namen lassen mich eine Verwandtschaft zwischen ihnen vermuten. Nahe läge die Annahme, dass sie in einer gemeinsamen Vorgeschichte ein Lautrepertoire entwik- kelt hätten, von dem einiges außer Gebrauch geraten ist, aber bei Bedarf aktiviert werden kann.

Das wäre interessant, aber so fetzig wie die  Mutmaßung, dass "die Affen" von Natur aus eine ganze vir- tuelle Sprache auf der Platte hätten, wär's natürlich nicht.
JE

Hypnose, Vergessen, Erinnern.

aus spektrum.de, 27.05.2019

Fördert Hypnose verschüttete Erinnerungen zu Tage? Findet man in Trance wirklich Zugang zu längst Vergessenem oder handelt es sich dabei um einen Mythos? Der Psychologe Dirk Revenstorf bringt Licht ins Dunkel.

von Dirk Revenstorf
 
Der Mensch vergisst ständig: Wichtiges, Unwichtiges, Namen, Telefonnummern, Termine. Doch nicht nur bei alltäglichen Erinnerungen lässt uns unser Gedächtnis im Stich. So versteckte eine meiner Klientinnen vor zehn Jahren einmal 10 000 Euro – und vergaß wo. Diese einfache Form des Vergessens kann gelegentlich durch eine hypnotische Trance rückgängig gemacht werden.
 
Während einer Hypnose schläft der Patient nicht, er befindet sich vielmehr in einem Zustand entspannten Wachseins und wechselt dabei zwischen bewussten und unbewussten Momenten. Dabei sind häufig gerade solche Gehirnareale aktiv, die es einem ermöglichen, sich Dinge vorzustellen oder Erinnerungen abzurufen. Die erwähnte Patientin konnte das Versteck ihres Geldes auf diese Weise allerdings zunächst nicht finden – sie entdeckte die Scheine jedoch kurz darauf zufällig in einem Buch.

Neben der alltäglichen Art des Vergessens existieren auch schwere Formen. Beispielsweise erinnern sich einige Patienten nicht an bestimmte Handlungen, weil diese sich nicht mit ihrem Selbstbild vereinbaren lassen. Manchmal vergessen sie dadurch sogar einen Teil ihrer Identität, wie ein Klient von mir, der ganze Vormittage in der Spielhalle verbrachte, aber abends ein braver Familienvater war, ohne sich an das Kasino oder seine Spielsucht erinnern zu können.

Manchmal hat Vergessen auch eine Schutzfunktion. Wenn es etwa um sehr schreckliche Erfahrungen geht, nutzt das Gehirn einen Mechanismus zur »Abspaltung«: Der Abruf der Erinnerung ist blockiert, und sie tritt nur bruchstückhaft als Flashback auf. Damit der Hypnotiseur das Trauma therapeutisch bearbeiten kann, muss das Erlebte wieder an die Oberfläche des Bewusstseins gebracht werden. 

Dabei kann eine »Affektbrücke« helfen. Der Hypnotiseur bittet den Betroffenen, sich eine aktuelle Situation vorzustellen. So sollte sich eine Patientin mit einer Autobahnphobie in Trance vorstellen, wie sie auf der Autobahn fährt. Über das Gefühl der Angst konnte ich erfragen, wann diese Empfindung zum ersten Mal entstanden ist – es diente als eine Art Brücke in die Vergangenheit. In dem Fall konnte sich die Patientin erinnern, dass sie drei Jahre zuvor in einen Schneesturm gefahren war und seitdem Angst hatte, von hinten von einem Laster überrollt zu werden. Die aktuelle und die vergangene Situation waren über das gleiche Gefühl miteinander verknüpft. Eine solche Affektbrücke taucht mitunter von allein auf: Ist ein bestimmter Reiz, etwa ein Geruch oder ein Geräusch traumatisch verankert, kann er als Trigger wirken. Plötzlich überwältigen den Patienten die gleichen Gefühle wie in der vergangenen traumatischen Situation. In einer Therapie kann die Brücke dann als Instrument dienen, das Trauma zu bewältigen.
 

 
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Eine weitere Methode, um sich das Traumaerlebnis zu vergegenwärtigen, funktioniert über Imagination. Nach Hervorrufen einer Trance führt der Psychologe den Patienten mental an einen imaginären, sicheren Ort. Dazu stellt sich der Patient zum Beispiel eine Tür vor, die zum »Vorzimmer des Gedächtnisses« führt. In diesem Raum kontrolliert ein Wächter die Erinnerungen. Durch den Wächter kann die Tür zu einem bestimmten Tag geöffnet und ein Ereignis ins Gedächtnis gerufen werden – jedoch nur als subjektive Wahrheit. Wie viel dies mit der real erlebten Situation zu tun hat, lässt sich kaum beurteilen. Klinisch ist diese Vorstellung dennoch relevant. Sie hilft häufig, die emotionale Belastung zu verringern. Allerdings ist ein solches Zurückschauen ein komplexer Vorgang, in dem Fakten, Selbstbild und Schutzblockaden zusammenwirken.

Die durch Hypnose wiedererlangten Erinnerungen können verzerrt sein und sind dadurch unzuverlässig. Deshalb haben durch Hypnose geweckte Erinnerungen vor Gericht keine Beweiskraft. Beispielsweise erinnerte sich ein Zeuge durch Hypnose an Buchstaben und Zahlen, die er auf dem Kfz-Kennzeichen eines Autos gesehen haben wollte, dessen Halter Fahrerflucht begangen hatte. Später stellte sich dann heraus, dass diese im eigenen Nummernschild des Zeugen vorkamen. Hypnotisch ermittelte Erinnerungen liefern bei forensischer Anwendung also nur eine Spur, die durch andere Indizien bestätigt werden muss.

Massive Erinnerungslücken können noch eine weitere Ursache haben: Alkohol. Durch einen Rausch verursachte Blackouts lassen sich allerdings nicht durch Hypnose aufklären – der Alkohol verhindert, dass überhaupt Erinnerungen gebildet werden.

Dirk Revenstorf war bis 2004 Professor für klinische Psychologie an der Eberhard Karls Universität Tübingen. Inzwischen leitet er die Regionalstelle Tübingen der Milton H.Erickson Gesellschaft für Klinische Hypnose. Das Institut führt Fortbildungen durch und beschäftigt sich mit den Forschungsfragen und der wissenschaftlichen Anerkennung von Hypnose.

Eine eingeborene Tendenz zum gestischen Ausdruck.

 aus spektrum.de

Wie das Gehirn Gesten und Bewegung verbindet
Neurowissenschaftler haben herausgefunden, dass Gesten nicht nur als Ausdrucksmittel dienen, sondern auch als Richtschnur für Kognition und Wahrnehmung.

von Raleigh McElvery

Erinnern Sie sich noch an das letzte Mal, dass jemand Ihnen den Vogel gezeigt hat? Ob dabei der Finger von verbalen Obszönitäten begleitet war oder nicht: Ihnen war sicher gleich klar, was die Geste bedeutete. Das Übersetzen von Bewegung in Bedeutung ist so einfach wie unvermittelt. Wir haben die Fähigkeit, zu spre- chen, ohne zu reden, und zu verstehen, ohne zu hören. Mit einem Fingerzeig lenken wir die Aufmerksamkeit anderer, wir untermalen Erzählungen mit Mimik, betonen sie mit rhythmischen Gesten oder fassen eine Ant- wort in einem an die Stirn tippenden Finger zusammen.

Diese Tendenz, Kommunikation mit Bewegungen zu ergänzen, ist universell, auch wenn die Nuancen der Darbietung variieren. In Papua-Neuguinea etwa deuten die Menschen mit Nase und Kopf, während die Einwohner von Laos hierfür manchmal ihre Lippen verwenden. In Ghana ist es teilweise tabu, mit der linken Hand auf etwas zu zeigen, während man in Griechenland oder der Türkei in Schwierigkeiten geraten kann, wenn man mit Zeigefinger und Daumen einen Ring bildet, um anzuzeigen, dass alles »okay« ist.

Trotz dieser Vielfalt können Gesten lose als Bewegungen definiert werden, die Botschaften wiederholen oder betonen – unabhängig davon, ob die Botschaft selbst gesprochen wird oder nicht. Gesten sind Bewegungen, die »Handlungen repräsentieren«, aber auch abstrakte oder metaphorische Informationen vermitteln können. Sie sind Werkzeuge, die wir von klein auf besitzen, wenn nicht gar von Geburt an; denn selbst Kinder, die seit ihrer Geburt blind sind, gestikulieren ein wenig beim Reden.

Trotzdem machen sich nur wenige Menschen weiter Gedanken über das Gestikulieren, über seine Neurobiologie, seine Entwicklung und seine Rolle beim Verstehen von Handlungen. Doch je tiefer Hirnforscher die Verkabelung des Gehirns durchdringen, desto klarer wird: Gesten beeinflussen unsere Wahrnehmung auf die gleiche Weise, wie Wahrnehmungen unser Handeln leiten.

Eine angeborene Tendenz zur Geste

Susan Goldin-Meadow gilt als Mutter der Gestenforschung. In den 1970er Jahren, als sie begann, sich für für Gesten als Gegenstand der Forschung zu interessieren, gab es ihr Forschungsgebiet noch nicht. Einige andere Forscher hatte zwar bereits an Gesten geforscht, aber fast ausschließlich als Variation der nonverbalen Verhaltensforschung. Goldin-Meadow dagegen hat ihre Karriere ganz der Erforschung der Rolle gewidmet, die Gesten beim Lernen und der Entstehung von Sprachen spielen.  

Dabei untersuchte die Professorin von der University of Chicago unter anderem das Gestensystem, das gehörlose Kinder entwickeln, wenn sie keine Gebärdensprache erlernen. (Anders als Gebärdensprache ist Gestik kein voll entwickeltes Sprachsystem.) Heute betreibt Goldin-Meadow eines der bekanntesten Labore für Gestenproduktion und -wahrnehmung. »Gesten sind ein wunderbares Fenster in die Welt der unausgesprochenen Gedanken«, sagt sie. »Und oft gehören die unausgesprochenen Gedanken zu den interessantesten.«

Viele Forscher, die von ihr ausgebildet wurden, folgen heute verwandten Fragen. Miriam Novack etwa promovierte 2016 bei Goldin-Meadow und ist heute wissenschaftliche Mitarbeiterin an der Northwestern University. Dort untersucht sie, wie sich Gesten im Lauf des Lebens entwickeln. Neben uns Menschen gebe es keine andere Spezies, die auf Objekte deutet, sagt Novack. Die meisten Forscher seien sich einig, dass nicht einmal Schimpansen oder Affen derartige Gesten verwenden, es sei denn, sie wurden vom Menschen aufgezogen.

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Im Gegensatz dazu zeigen viele Babys auf Objekte, bevor sie sprechen können. Vermutlich entwickelt sich unsere Fähigkeit, symbolische Bewegungen zu produzieren und zu verstehen, zusammen mit der Sprache. Auch beim Lernen sind Gesten nützliche Werkzeuge: Sie helfen Kindern, Verben in neuen Zusammenhängen zu verstehen oder mathematische Gleichungen zu lösen. »Es ist aber nicht klar, ab wann genau Kinder Handbewegungen als Mittel der Kommunikation verstehen – als Teil der Botschaft selbst«, sagt Novack.

Wenn Kinder keine Worte finden, um sich auszudrücken, sprechen sie oft mit den Händen. Novack, deren Probanden manchmal nur 18 Monate jung sind, hat herausgefunden, dass die Fähigkeit, Bedeutung in Bewegungen zu erkennen, mit dem Alter wächst. Für uns Erwachsene ist die Fähigkeit dann so natürlich, dass wir leicht vergessen, wie kompliziert es für das junge Gehirn ist, Handzeichen eine Bedeutung zuzuordnen.

Gesten mögen zwar simple Handlungen sein, doch sie funktionieren nicht in Isolation: Wie Studien zeigen, erweitern Gesten nicht bloß die Sprache, sondern helfen auch beim Spracherwerb. Wenn man im Lauf des Lebens Erfahrungen mit Gesten sammelt, ist man wahrscheinlich eher in der Lage, die Bedeutung in den Bewegungen anderer zu erkennen. Tatsächlich könnten Gesten und Sprache zum Teil auf den gleichen neuronalen Systemen beruhen. Ob einzelne Zellen oder ganze neuronale Netze uns die Fähigkeit schenken, Handlungen anderer zu entschlüsseln, ist allerdings noch eine offene Frage.

Verkörperte Kognition

Noam Chomsky, Koryphäe in der Sprach- und Kognitionswissenschaft, behauptet seit Langem, dass Sprache und sensomotorische Systeme voneinander unabhängig sind  Module, die in der gestischen Kommunikation nicht zusammenarbeiten müssen, obwohl beides Werkzeuge der Vermittlung und Interpretation symbolischen Denkens sind. Die Frage ist wohl auch deshalb unbeantwortet, weil wir nicht vollständig verstehen, wie Sprache im Gehirn organisiert ist oder welche neuronalen Schaltkreise es sind, die Bedeutung aus Gesten ziehen. Nicht wenige Forscher vermuten heute, dass beide Fähigkeiten teils aus denselben Gehirnstrukturen hervorgehen.

Einer von ihnen ist Anthony Dick, außerordentlicher Professor an der Florida International University. Mit Hilfe der funktionellen Magnetresonanztomografie (fMRT) haben Dick und seine Kollegen herausgefunden, dass das Gehirn bei der Interpretation von »Co-Speech«- Gesten durchwegs Sprachverarbeitungszentren nutzt. Die beteiligten Hirnbereiche und ihr Aktivierungsgrad variieren allerdings mit dem Alter - ein Hinweis darauf, dass das junge Gehirn seine Fähigkeit zur Integration von Gesten und Sprache noch verfeinert und die Verbindungen zwischen den beteiligten Hirnregionen optimiert. »Gestik ist nur ein Pfeiler in einem breit angelegten Sprachsystem«, sagt Dick. Das System integriere Hirnbereiche für die semantische und die sensomotorische Verarbeitung. Inwieweit aber ist die Wahrnehmung von Sprache selbst eine sensomotorische Erfahrung, die sowohl von Sinneseindrücken als auch von Bewegungen geprägt ;ist?

Als Manuela Macedonia gerade ihren Magister in Linguistik abgeschlossen hatte, fiel ihr ein Muster bei den Studenten auf, denen sie an der Johannes Kepler Universität Linz (JKU) Italienisch beibrachte: Egal, wie oft die Studenten die gleichen Wörter wiederholten, sie konnten keinen zusammenhängenden italienischen Satz zurechtstammeln. Auch das wiederholte Schreiben von Phrasen brachte nicht viel mehr. »Die Studenten wurden sehr gute Zuhörer«, sagt Macedonia, »aber sie konnten nicht sprechen.«

Dabei unterrichtete Macedonia nach Vorschrift: Sie ließ ihre Schüler zuhören, schreiben, üben und wiederholen, genau so, wie Chomsky es gutheißen würde. Aber irgend etwas fehlte. Heute ist Macedonia leitende Forscherin am Institute of Information Engineering an der JKU und am Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften in Leipzig. Ihre Forschungsergebnisse zum Sprachenlernen haben Macedonia zu einer Hypothese geführt, die sehr an die von Anthony Dick erinnert: dass Sprache alles andere ist als modular. 


Anschauliche Bewegungen | Probanden profitierten beim Fremdsprachenlernen besonders von Gesten, die den Wortinhalt verdeutlichen. Diese Sequenz veranschaulicht das Wort »Treppe«, das es in der Kunstsprache »Vimmi« zu lernen galt.

Wenn Kinder ihre Muttersprache lernen, so Macedonia, nehmen sie Informationen mit allen Sinnen wahr. Eine »Zwiebel« hat eine bauchige Form, eine papierene, raschelnde Haut, eine bittere Geschmacksnote und einen scharfen Geruch beim Schneiden. Selbst abstrakte Konzepte wie »Freude« haben multisensorische Komponenten wie Lächeln, Lachen und Springen. Kognition ist also bis zu einem gewissen Grad »verkörpert« – Handlungen und körperliche Erlebnisse verändern die Hirnaktivität und umgekehrt. Kein Wunder also, dass neue Wörter nicht hängen bleiben, wenn Schüler sie nur hören, schreiben, sprechen und wiederholen; solche rein verbalen Erfahrungen sind ihrer sensorischen Assoziationen beraubt. 

Sprachen lernen mit Bewegungen

Macedonia hat herausgefunden, dass Schüler, die neue Wörter stattdessen mit semantisch verwandten Gesten untermalen, motorische Hirnbereiche aktivieren und ihre Erinnerung stärken. Am besten wiederholt man also nicht einfach das Wort »Brücke«: Man beschreibt dabei einen Bogen mit den Händen, ein »Koffer« wird geschleppt, eine Gitarre gespielt! Derartiges multisensorisches Lernen speichert Wörter wie »Zwiebel« an mehr als einem Ort im Gehirn ab – sie werden über ganze Netzwerke verteilt. Und wenn einer der Knoten im Netzwerk wegen fehlender Aktivierung ausfällt, kann ein anderer aktiver Knoten ihn wiederherstellen. »Jeder Knoten weiß, was die anderen Knoten wissen«, sagt Macedonia. Wer multisensorisch lernt, verdrahtet sein Gehirn demnach zum Abspeichern von Worten. Wörter sind dann Bezeichnungen für Gruppen von Erfahrungen, die sich über das Leben hinweg ansammeln.  Gesten und sensorische Erfahrungen sind aber womöglich auf noch weitere Arten verbunden. Eine wachsende Zahl Forschungsarbeiten legt heute nahe, dass Sprache und Gestik so eng miteinander verflochten sind wie motorisches Handeln und Wahrnehmung. Insbesondere sind die neuronalen Systeme für Wahrnehmung und Verständnis von Gesten von früheren Erfahrungen mit denselben Bewegungen beeinflusst, wie Elizabeth Wakefield berichtet.

Wakefield, ein weiterer Goldin-Meadow-Schützling, leitet heute als Assistenzprofessorin ein eigenes Labor an der Loyola University Chicago. Dort erforscht sie, wie alltägliche Handlungen Lernen und Kognition beeinflussen. Bevor sie diesen Fragen in aller Tiefe nachgehen konnte, versuchte sie herauszufinden, wie sich die Verarbeitung von Gesten im Gehirn entwickelt. Im Jahr 2013, als Doktorandin bei der Neurowissenschaftlerin Karin James an der Indiana University, führte Wakefield eine der ersten fMRT-Studien durch, die die Gestenwahrnehmung bei Kindern und Erwachsenen untersuchte. Dabei zeigte Wakefield ihren Probanden Videos einer Schauspielerin, die beim Reden gestikulierte. Die gleichzeitigen Hirnscan-Aufnahmen zeigten, dass Hirnareale für Bild- und Sprachverarbeitung nicht die einzigen waren, die verstärkt aktiv waren. Auch Areale, die mit motorischen Handlungen assoziiert sind, wurden aktiver, und das, obwohl die Teilnehmer still im Scanner lagen. Erwachsene zeigten in diesen Regionen mehr Aktivität als Kinder. Als Ursache vermutet Wakefield, dass die Erwachsenen mehr Erfahrung mit ähnlichen Bewegungen gesammelt hatten als die Kinder (Kinder neigen auch weniger zu Gesten, wenn sie reden).

Erinnerungen verändern die Wahrnehmung von Gesten

Wakefields Studie ist nicht die einzige, die gezeigt hat, dass Gestenwahrnehmung und gezieltes Handeln dieselbe neuronale Grundlage haben. Unzählige Experimente wiesen ein ähnliches Spiegelungsphänomen nach, unter anderem im Ballett, Basketball, beim Gitarrespielen, Knotenknüpfen und sogar beim Notenlesen. In allen diesen Fällen gilt: Beobachten Experten, wie ihre Fähigkeit von anderen ausgeführt wurde, sind ihre sensomotorischen Bereiche aktiver als bei Menschen mit weniger Fachwissen. (Paradoxerweise haben andere Experimente genau das Gegenteil gefunden: Das Gehirn der Experten reagierte hier schwächer als das der Laien. Einige Forscher vermuten, dass der größere Erfahrungsschatz das Gehirn der Experten bei der Verarbeitung von Bewegungen effizienter und damit weniger aktiv gemacht hatte.)
 

Lorna Quandt, Assistenzprofessorin an der Gallaudet University, die solche Phänomene bei Gehörlosen und Schwerhörigen untersucht, verfolgt einen detaillierten Ansatz. Sie zerlegt Gesten in ihre sensomotorischen Komponenten und zeigt mit Hilfe der Elektroenzephalografie (EEG), dass Erinnerungen an bestimmte Handlungen die Art und Weise verändern, wie wir die Gesten anderer Menschen vorhersagen und wahrnehmen.

In einer Studie nahmen Quant und ihre Kollegen EEG-Muster erwachsener Teilnehmer auf, während diese mit Objekten unterschiedlicher Farbe und Gewicht hantierten. Dann zeigten sie den Probanden ein Video von einem Mann, der mit den gleichen Gegenständen interagierte. Auch wenn er Handlungen um die Objekte herum nachahmte oder auf diese zeigte, reagierte das Gehirn der Teilnehmer so, als ob sie selbst die Objekte in den Händen hielten. Darüber hinaus spiegelte ihre neuronale Aktivität ihr eigenes Erfahrungslevel wider: Aus den EEG-Mustern konnten die Forscher vorhersagen, wie die Erinnerung der Probanden (etwa daran, ob ein Objekt schwer oder leicht war) beeinflussen würde, wie sie die Handlungen des Mannes wahrnahmen.

»Wenn ich beobachte, wie du eine Geste ausführst, verarbeite ich nicht nur, was du gerade tust, sondern auch, was du als Nächstes tun wirst«, erklärt Quandt. Das Gehirn sagt also die sensomotorischen Erfahrungen des Gegenübers vorher, wenn auch nur ein paar Millisekunden im Voraus. Wie viel eigene motorische Erfahrung aber ist für solche Vorhersagen erforderlich? Laut den Ergebnissen aus Quants Labor reicht ein einziges taktiles Erlebnis, um Experte für Farb-Gewichts-Assoziationen zu werden. Geschriebene Informationen reichen dafür nicht.

Mittlerweile ist laut Anthony Dick im Allgemeinen anerkannt, dass motorische Hirnbereiche auch dann aktiv sind, wenn Menschen die Bewegungen anderer beobachten, sich selbst jedoch nicht bewegen (ein Phänomen, das als »observation-execution matching« bekannt ist). Uneinig sei man sich aber in der Frage, ob dieselben Hirnregionen die Bedeutung von Handlungen erkennen. Und noch umstrittener sei die Frage, welcher Mechanismus dem verbesserten Verstehen durch sensomotorische Aktivierung zu Grunde liegt: eine koordinierte Aktivität über mehrere Gehirnregionen hinweg oder gar die Aktivität einzelner Hirnzellen?

Spiegelneurone oder Spiegelnetzwerke?

Vor mehr als einem Jahrhundert schrieb der Psychologe Walter Pillsbury: »Es gibt nichts im Kopf, was nicht mit Bezug auf Bewegung erklärt ist.« Die moderne Variante dieser Auffassung ist die Theorie der Spiegelneurone. Sie geht davon aus, dass die Fähigkeit, Bedeutungen von Gestik und Sprache zu verstehen, durch die Aktivierung einzelner Zellen in bestimmten Hirnregionen erklärt werden kann. Doch zeichnet sich immer deutlicher ab, dass die Erkenntnisse über die Rolle von Spiegelneuronen im Alltagsverhalten womöglich überinterpretiert wurden.

Erstmals formuliert wurde die Theorie der Spiegelneurone in den 1990er Jahren. Eine Gruppe von Forschern fand im unteren prämotorischen Kortex von Affen damals Neurone, die einerseits feuerten, wenn die Tiere bestimmte zielgerichtete Bewegungen machten (zum Beispiel beim Greifen), andererseits aber auch, wenn die Tiere passiv einen Versuchsleiter beobachteten, der ähnliche Bewegungen vollführte. Die Entdeckung überraschte die Wissenschaftler. Offenbar war das ein klarer Fall von »matching« zwischen Beobachtung und Ausführung, allerdings auf der Ebene einzelner Zellen.

Für ihre Entdeckung haben Forscher verschiedene Erklärungen vorgeschlagen: Womöglich vermittelten Spiegelneurone schlicht Informationen über Handlungen, was es dem Affen erlaubte, sich für geeignete motorische Reaktionen zu entscheiden. Strecke ich Ihnen zum Beispiel meine Hand entgegen, ist es wahrscheinlich Ihre natürliche Reaktion, mich zu spiegeln und dasselbe zu tun.

Wir erfassen Bedeutung von Bewegung intuitiv

Alternativ könnten Spiegelneurone auch die Grundlage für echtes Handlungsverständnis sein: die Fähigkeit, die Bedeutung in den Bewegungen anderer Menschen zu erkennen. In diesem Fall würden die Neurone dem Affen erlauben, seine eigenen Handlungen mit vergleichsweise geringem mentalem Rechenaufwand an das anzupassen, was er sieht. Letztlich verdrängte diese zweite Interpretation die erste, wohl weil sie auf wunderbar einfache Art zu erklären vermochte, wie wir die Bedeutung der Bewegungen anderer intuitiv erfassen.

Im Lauf der Jahre häuften sich die Hinweise für einen ähnlichen Mechanismus beim Menschen. Spiegelneurone wurden nun als Ursache einer langen Liste von Phänomenen gesehen, darunter Empathie, Imitation, Altruismus oder auch die Autismus-Spektrum-Störung. Und seit man Spiegelaktivität in verwandten Hirnregionen auch während Gestenbeobachtung und Sprachwahrnehmung beobachtet hat, werden Spiegelneurone außerdem mit Sprache und Gestik in Verbindung gebracht.

Gregory Hickok, Professor für Kognitions- und Sprachwissenschaften an der University of California in Irvine (USA), ist ein leidenschaftlicher Kritiker der Spiegelneuronen-Theorie. Hickok findet, dass die Begründer mit ihrer Spiegelneuronentheorie auf die falsche Erklärung gesetzt haben. Nach seiner Auffassung verdienen Spiegelneurone es zwar, gründlich erforscht zu werden. Der Fokus auf ihre Rolle beim Sprach- und Handlungsverständnis aber habe den Forschungs-Fortschritt behindert, »observation-execution matching« sei eher an der Motorplanung beteiligt als am Handlungsverständnis.

Was bedeutet es, eine Aktion zu verstehen?

Selbst jene Forscher, die die Theorie des Handlungsverständnisses weiter unterstützen, rudern heute zurück, unter ihnen etwa Valeria Gazzola, Leiterin des Social Brain Laboratory am Netherlands Institute for Neuroscience und außerordentliche Professorin an der Universität Amsterdam. Obwohl Gazzola weiterhin Verfechterin der Spiegelneuronen-Theorie ist, räumt sie ein, dass es keinen Konsens darüber gibt, was es bedeutet, eine Aktion zu »verstehen«. »Es gibt da immer noch Differenzen und Missverständnisse«, sagt sie. Auch wenn Spiegelneurone ein wichtiger Bestandteil der Kognition seien, »die gesamte Geschichte können sie wahrscheinlich nicht erklären«.
 

Ein Großteil der Hinweise auf Spiegelaktivität beim Menschen stammt aus frühen Studien, die die Aktivität von Millionen Neuronen mit Methoden wie fMRT, EEG, Magnetoenzephalografie oder transkranieller Magnetstimulation gleichzeitig aufzeichnen. Später nutzen Forscher Methoden wie die fMRT-Adaption, mit der die Aktivität von Subpopulationen bestimmter kortikaler Areale analysiert werden kann. Nur selten aber bietet sich die Gelegenheit, die Aktivität einzelner Zellen direkt im menschlichen Gehirn zu vermessen, was den direktesten Nachweis für die Existenz von Spiegelneuronen liefern könnte.

»Ich habe keinen Zweifel, dass Spiegelneurone existieren«, sagt Hickok. »Doch all diese Studien zur Hirnbildgebung und Hirnaktivierung zeigen nur Korrelationen. Sie sagen nichts über die Ursachen aus.« Darüber hinaus können die meisten Menschen, die sich wegen motorischer Behinderungen nicht bewegen oder nicht sprechen können, etwa wegen einer schweren Zerebralparese, Sprache und Gesten trotzdem wahrnehmen. Sie benötigen für das Handlungsverständnis also kein voll funktionsfähiges Motorsystem (mit Spiegelneuronen). Auch bei Affen gebe es keine Hinweise darauf, dass Schäden an Spiegelneuronen Defizite bei der Beobachtung von Handlungen nach sich ziehen, so Hickok.

Annahmen über einzelne Zellen lassen sich also nach wie vor nur schwer belegen. Daher sind die meisten Forscher recht vorsichtig mit ihren Aussagen. Sie sprechen zwar davon, das Affen »Spiegelneurone« besitzen, beim Menschen sprechen sie allerdings von »Spiegelsystemen«, »neuronaler Spiegelung« oder »Handlungs-Beobachtungsnetzen«. (Laut Hickok haben sich die Begriffe auch in der Affenforschung in Richtung Netzwerk und System verschoben.)

Quandt, die sich selbst als Vertreterin einer Spiegelneuronen-Mitte versteht, leitet aus ihren EEG-Experimenten keine Aussagen darüber ab, wie Erfahrungen die Funktion einzelner Zellen verändern. Jedoch sei sie »vollkommen überzeugt« davon, dass Teile des menschlichen sensomotorischen Systems an Analyse und Verarbeitung von Gesten anderer Menschen beteiligt sind. »Ich bin mir hundertprozentig sicher, dass das so ist«, sage sie. »Es bräuchte einiges, um mich vom Gegenteil zu überzeugen.«

Aber selbst wenn Forscher heute noch nicht genau wissen, welche Zellen uns beim körpergestützten Kommunizieren und Lernen helfen: Unbestritten ist, dass sich die daran beteiligten neuronalen Systeme überschneiden. Gesten erlauben uns, uns mitzuteilen, sie prägen die Weise, wie wir andere Menschen verstehen und interpretieren. Um einen von Quandts Fachartikeln zu zitieren:»Handlungen anderer werden durch die Brille des Selbst erfahren.« Wenn Ihnen also das nächste Mal jemand den Stinkefinger zeigt, nutzen Sie den Moment, um zu würdigen, wie viel dahintersteckt, eine solche Nachricht klar und deutlich zu verstehen.

 

 

Nota. - Eine Handlung verstehen heißt verstehen, was sie bedeutet. Sie bedeutet die Absicht, der sie dient - mit Erfolg oder ohne. Stelle ich mir vor, ich hätte sie selber begangen, kann ich mir - mit ein wenig Einbil- dungskraft - vorstellen, was ich gewollt haben müsste. Die Voraussetzung: Der Handelnde ist ein Wollender wie ich. Er konnte frei wollen, und das kann ich so wie er. 

 

Für mich ist die Handlung bestimmt durch den ihr zugrunde liegenden Willensakt. Den muss ich verstehen, das ist eine intellektive Leistung. Beurteilen, ob die Handlung in ihrer Wirkung den Willensinhalt getroffen oder verfehlt hat, ist demgegenüber eine mechanische Verrichtung, so, als ob ich einen Zollstock daranhielte; ich muss nur die Differenz messen.

 

Vorausgesetzt ist ein freier Wille, etwas anderes ist nicht verstehbar. Nicht nur kann es nicht verstanden werden, sondern muss auch nicht. Angenommen, ein Tier handelt stets nur aus seinem genetisch angelegten Handlungsrepertoire, muss es die Situationen, in denen sein neuronaler Apparat reagiert, nicht verstehen; es reagiert so oder so. Sogenannte Spiegelneurone mögen ihm helfen, die gegebene Situation präziser wahrzu- nehmen. Doch nach welchem Sinn (=Absicht) könnten sie suchen? Wonach es nicht sucht, wird es nicht finden.

 

Bei den Tieren gibt es einen verstehbaren Willen nicht. Allerdings wird er uns Menschen auch nicht über Nacht von den Bäumen auf den Kopf gefallen sein. Die Aufrichtung unserer Vorfahren auf zwei Beine, die Befreiung des Kopfes und der Hände mag vieles in Bewegung gesetzt haben. Doch eine gewisse neuronale Grundlage wird schon dagewesen sein. Dass sich in Affenhirnen mancherlei vorbereitet hat, ist zu vermuten. Aber sie sind auf den Bäumen geblieben und haben nichts daraus gemacht.

 

Allerdings sind heutige Affen nicht unsere Vorfahren. Sie stehen unseren gemeinsamen Ahnen zeitlich so fern wie wir. Was deren Großeltern mal konnten, mag inzwischenverkümmert sein, denn - sie haben nichts draus gemacht.

JE

Mitfühlende Raben?

aus scinexx

Sind Raben empathisch? 
Vögel lassen sich von den Emotionen missgelaunter Artgenossen anstecken

Emotionale Übertragung: Auch Raben lassen sich offenbar von den Emotionen anderer anstecken. Wie Experimente zeigen, schätzen die Vögel eine Situation pessimistischer ein, wenn sie zuvor einen frustrierten Artgenossen beobachtet haben. Dies könnte ein Beleg für emotionale Ansteckung bei den Tieren sein – eine wichtige Voraussetzung für die Fähigkeit zur Empathie. 

Raben sind äußerst intelligente Vögel: Sie können zählen, Werkzeuge nutzen und sogar vorausschauend planen. Noch ausgeprägter aber ist ihre soziale Intelligenz. Die in komplexen, sich ständig verändernden Verbänden lebenden Vögel wissen sehr genau, wer welchen sozialen Rang bekleidet und mit wem sich eine Teamarbeit lohnt. Doch sind die Tiere auch zur Empathie fähig?

Als eine grundlegende Voraussetzung für die Fähigkeit, sich in andere hineinzuversetzen, gilt die emotionale Ansteckung. Dieser Mechanismus führt zum Beispiel dazu, dass wir uns von dem Lächeln eines Mitmenschen unwillkürlich anstecken lassen und unsere Stimmung dadurch steigt. Diese eigentlich als typisch menschlich geltende Eigenschaft ist in Ansätzen bereits bei Tieren wie Orang-Utans nachgewiesen worden.

Zwischen Freude und Frust

Ob sich Raben ebenfalls von den Gefühlen ihrer Artgenossen anstecken lassen, haben nun Jessie Adriaense von der Universität Wien und ihre Kollegen untersucht. Im Experiment ließen sie zahme Raben zunächst durch ein Guckloch spähen und entweder eine sehr beliebte oder wenig begehrte Futterbelohnung erblicken. Je nach dem, was der Vogel sah, zeigte er erwartungsvolle Vorfreude – oder wandte sich frustriert ab.

Das Entscheidende dabei: Ein zweiter Rabe beobachtete diese Situation und bekam folglich mit, wie sein Artgenosse reagierte. Anschließend wurde der Beobachter-Vogel selbst einem Test unterzogen. Er wurde mit Behältern konfrontiert, deren Inhalt er zunächst nicht sehen konnte. Wie würde er sich verhalten?

Pessimistische Vögel

Die Idee dahinter: Angetrieben von der Zuversicht auf ein Leckerli werden sich optimistisch gestimmte Vögel sehr rasch und motiviert den Behältern nähern. Erwarten sie keine oder eine unattraktive Belohnung, lassen sie sich dagegen wahrscheinlich mehr Zeit und agieren zurückhaltender. Die Wissenschaftler verglichen das Verhalten der Tiere dabei mit Kontrollwerten aus Testdurchgängen, bei denen diese vorher keinen Kontakt zu Artgenossen gehabt hatten.

Die Auswertungen zeigten, dass die Raben im Schnitt langsamer und bedachter auf die Becher zugingen, wenn sie zuvor einen sichtlich frustrierten Kollegen beobachtet hatten. Sie waren offenbar pessimistisch gestimmt. Diese Ergebnisse lassen nach Ansicht des Forscherteams darauf schließen, dass sich Raben von den negativen Emotionen eines Artgenossen anstecken lassen können.

Erstmals nachgewiesen

Anders als die negative Stimmung übertrug sich die positive Emotion im Experiment zwar nicht so deutlich. Zumindest im Negativen scheint es jedoch tatsächlich eine Art emotionale Übertragung bei den Raben zu geben, wie die Wissenschaftler betonen. Ihnen zufolge ist es das erste Mal, dass diese Grundvoraussetzung für Empathie bei Vögeln nachgewiesen wurde. Dies werfe nun auch ein neues Licht auf die Evolutionsgeschichte dieser emotionalen Fähigkeit, so das Fazit des Teams. (PNAS, 2019; doi: 10.1073/pnas.1817066116)

Quelle: Universität Wien/ PNAS
21. Mai 2019

- Daniela Albat

Nota. - Wovon das Experiment nicht handelt: Erstens nicht von der Fähigkeit zum intellektiven Perspekti- venwechsel, also der Fähigkeit, aus dem Gesichtspunkt des andern heraus zu denken; und zweitens nicht von der Ausbildung von Moralität, Bei der es um das Selbstbild des Indivuums geht.
JE

Ästhetik und Erkenntnis, II.

Sphärenharmonie, Rosenkreuz
aus FAZ.NET, 21.05.2019

Das Schöne Wahre und Schmutzige

Seit 400 Jahren lassen Physiker sich bei der Suche nach brauchbaren Theorien über die Natur von ästhetischen Erwägungen leiten. Heute wird bezweifelt, ob das grundsätzlich eine gute Idee ist. Zu Unrecht. 

Von OLAF L. MÜLLER

Harmonice Mundi, Weltharmonik. Unter diesem Titel veröffentlichte Johannes Kepler (1571 bis 1630) vor 400 Jahren ein Werk, das es in sich hatte. Kepler stand damals auf dem Höhepunkt seines Ruhms. Schon in jungen Jahren war er kaiserlicher Hofmathematiker der Habsburger geworden. Nun aber stellte er eine geradezu ungeheuerliche These auf: In den tiefsten Strukturen ist das Weltall schön.

Damit hatte er etwas durchaus Präzises im Sinn: eine Harmonie für das geistige Ohr. Johannes Kepler wollte die Gesetze, nach denen die Planeten um die Sonne ziehen, als eine gigantische Partitur lesen. Er trieb die Idee sogar noch auf die Spitze, indem er den Planeten einzelne Tonintervalle zuschrieb: dem Mars etwa die Quinte oder dem Saturn die große Terz. Mehr noch, laut Kepler spielen die Planeten ihre Musik in Dur und Moll, und ein jeder musiziert in einer eigenen Tonart. Sogar einen vierfachen Kontrapunkt hatte Kepler in den Sphärenklängen ausgemacht und erklärt, Saturn und Jupiter sängen im Bass, Erde und Venus im Alt, Mars im Tenor und Merkur im Diskant.

Man ist heute geneigt, Keplers Sphärenmusik als esoterische Schwärmerei abzutun. Doch Kepler war nicht irgendwer. Neben Kopernikus, Galilei und Newton verdanken wir ihm die entscheidenden Impulse der neuzeitlichen Physik, auf denen wiederum unsere heutige moderne Physik beruht. Wer dieser vier Genies nun der Größte war, darüber streiten die Gelehrten. Für die Frage nach der Schönheit in der Physik ist der Streit müßig, denn hier waren sich alle vier einig: Weil das Weltall für das geistige Auge schön ist, eignet sich unser Sinn für Ästhetik ausgezeichnet als Kompass auf der Suche nach der physikalischen Wahrheit. Warum aber kam jemand wie Kepler auf diese Idee? Weil er damit erstaunlichen Erfolg hatte.

 
Die Platonischen Körper sind aus deckungsgleichen Regulären Vielecken (hellgraue Flächenstücke), also Vielecken mit gleichen Winkeln und gleichen Kanten, zusammen- gesetzt – und zwar so, dass die Kanten eines solchen Körpers überall im selben Winkel aufeinandertreffen. Es gibt nur fünf Körper mit diesen beiden Eigenschaften, nämlich: Ikosaeder, Dodekaeder, Oktaeder, Würfel und Tetraeder.

Nach Abschluss seines Theologiestudiums, im Alter von 24 Jahren, hatte Johannes Kepler verstehen wollen, warum es nicht zwanzig oder hundert, sondern genau sechs Planeten gab – Uranus und Neptun waren damals noch nicht entdeckt. Seine These dazu war so bestechend wie kühn. Seit der Antike wusste man, dass es exakt fünf sogenannte Platonische Körper gibt: Das sind diejenigen räumlichen Figuren, deren Flächen von einer einzigen Sorte regulärer Vielecke aufgespannt werden und deren Ecken allesamt gleichartig sind (siehe Abbildung „Die Platonischen Körper“). Schon für sich allein ist jedes dieser Gebilde mathematisch schön – einfach der ihnen innewohnenden Symmetrien wegen. Doch hiermit hielt sich Kepler nicht lange auf; stattdessen brachte er die fünf Körper zusammen (siehe Abbildung „Keplers geometrisches Modell des Sonnensystems“) und schuf damit eine hochkomplexe Einheit: Jeder der fünf Körper umschreibt eine Innenkugel und wird von einer Außenkugel umschrieben. Daher lassen sich die Platonischen Körper auf ansprechende Weise ineinander verschachteln; die Innenkugel des größten ist die Außenkugel des zweitgrößten Körpers, dessen Innenkugel wiederum als Außenkugel des drittgrößten Körpers genommen wird, und so weiter. Wie viele Sphären – das heißt: wie viele Kugeloberflächen – werden dabei insgesamt aufgespannt? Genau sechs. Für jeden der fünf Platonischen Körper je eine Außenkugel, und dann noch die Innenkugel des innersten Körpers. Es gibt laut Kepler also deshalb sechs Planeten, weil die von den Körpern aufgespannten Sphären genau sechs abgezirkelte Regionen des Weltalls darbieten, in denen die Planeten jeweils ihren Bewegungsgewohnheiten nachgehen. In einem perfekt aufgebauten Weltall ist kein Platz für mehr Planeten. Und ein Weltall mit weniger Planeten wäre Platzverschwendung, mithin ein ästhetisches Manko.

Keplers geometrisches Modell des Sonnensystems. In die äußere Kugelschale (in deren Rahmen der Saturn um die Sonne kreist) hat Kepler den ersten Platonischen Körper - den Würfel - eingeschrieben. Die Schale seiner Innenkugel bietet dem Jupiter ausreichend Platz für seine Bewegungen, und diese Sphäre umschreibt den zweiten Platonischen Körper, den Tetraeder, dessen Innenkugel noch gut erkennbar den Dodekaeder einhüllt und die Marsbahn beherbergt. Illustration: Valentine Edelmann nach der Tabella III aus Johannes Keplers „Mysterium Cosmographicum“ (1596)

Doch was ist das für ein lausiges Argument! Ist es nicht armselig, irgendeine passende mathematische Tatsache herbeizuzitieren, um die vorab bekannte, zufällige Zahl der Planeten daraus „abzuleiten“? – Das Schönste kommt erst noch. Jedes physikalische Modell muss sich in der Prognose dessen bewähren, was man nicht in die Modellkonstruktion eingebaut hat. Und an diesem Punkt wird die Geschichte wild. Die ineinandergeschachtelten Körper bestimmen nämlich exakte Größenverhältnisse der eingeschriebenen Kugeloberflächen. Wie Kepler sofort klar war, ergibt sich daraus eine Prognose über die Abstände der Planetenbahnen. So müsste der Jupiterbahn ein exakt dreimal größerer Radius zukommen als der Marsbahn; und das Verhältnis von Venus- zu Merkurbahn wäre die Wurzel aus 3 zu 3. Als Kepler seine Modellzahlen mit den Beobachtungswerten verglich, wurde ihm schwindelig. In zwei Fällen waren es Volltreffer (mit einem Fehler von weniger als einem Promille). Und in den übrigen war der Fehler zwar etwas größer, aber immer noch verblüffend klein.

Wer nun einzig und allein den empirischen Daten traut, kann über diesen Fehler nicht hinweggehen und muss Keplers Modell als widerlegt betrachten – Fehler ist Fehler. Aber so funktioniert Physik nicht. Wenn das Modell nicht zu den Daten passt, trifft die Schuld nicht notwendig das Modell; sie kann bei den Daten liegen. Diese werden auch in der Astronomie durch Messung erhoben, zuweilen unter großen Schwierigkeiten. Da liegt es auf der Hand, dass sie nicht völlig fehlerfrei sein können. Alles kommt auf das Ausmaß der Diskrepanz zwischen Modell und Messwert an. Im Fall des Keplerschen Sphärenmodells war sie winzig. Um ein Gespür für ihre Größenordnung zu wecken, möchte ich Sie zu einer Lotterie gegen Kepler einladen: Fünf Mal dürfen Sie aus tausend Losen ziehen, auf denen jeweils eine Nummer zwischen 0,001 und 1,000 steht – also 0,001, 0,002 und so weiter. Ihre Losnummer soll jedes Mal Ihre zufällige Schätzung für das Verhältnis jeweils benachbarter Planetenbahnen darstellen. Wie groß ist nun die Wahrscheinlichkeit, dass Ihre ausgelosten Zahlen besser zum vermessenen Sonnensystem passen als die Keplers? Die Antwort: weniger als 1 zu 200 000. Das entspricht der Wahrscheinlichkeit, beim Münzwurf siebzehn Mal hintereinander Kopf zu werfen. Kepler war Mathematiker genug, um zu dem Schluss zu kommen: Es kann kein Zufall sein, dass sein ästhetisches Modell so gut zu den bekannten Daten passt. Warum er sein Leben lang an der Schönheit als Richtschnur astronomischer Erkenntnis festgehalten hat, kann man verstehen. Und seither zieht sich dies wie ein roter Faden durch die Physikgeschichte: Immer wieder setzten bedeutende Physiker auf Modelle und Theorien von besonderer mathematischer Schönheit – und immer wieder erzielten sie damit Prognosen von unerwarteter Treffsicherheit. Der Wahnsinn hat Methode.

• Ästhetik und Erkenntnis.

Wer dem Schönheitssinn physikalisch trotzdem nicht über den Weg traut, muss einer beispiellosen Kette von Zufallstreffern das Wort reden. Oder er muss das historische Ausmaß des Erfolgs verharmlosen. Diesen Weg hat zuletzt die Frankfurter Physikerin Sabine Hossenfelder in ihrem brillanten Lamento über den Schönheitssinn vieler ihrer Fachkollegen gewählt (Frankfurter Sonntagszeitung vom 1.7.2018). Wohl um Kepler nicht als Scharlatan dastehen zu lassen, behauptet sie, er habe sich in späteren Jahren von seinem platonischen Modell getrennt, und zwar sobald ihm bessere astronomische Daten zur Verfügung standen. Das entspricht aber nicht den Tatsachen. Ein Vierteljahrhundert nach der ersten Veröffentlichung seines Modells in dem Werk „Mysterium Cosmographicum“ (Das Weltgeheimnis) von 1596 brachte er diese Schrift ein zweites Mal ohne Eingriffe in den Originaltext heraus. Im Anhang korrigierte er allerlei physikalische Patzer der Erstausgabe. Aber an der ästhetischen Kernidee des Buchs hat er in seinen Korrekturen ausdrücklich nicht gerüttelt. Und die Weltharmonik aus dem Jahr 1619 trat nicht an die Stelle der ursprünglichen Idee, sie war deren musikalische Verfeinerung.

Heute sind Keplers ästhetische Modelle des Weltalls zwar obsolet – weil inzwischen zwei Planeten hinzugekommen sind, für die er keinen Platz vorsehen konnte, und weil wir inzwischen Grund zu der Annahme haben, dass die Anzahl der Planeten unserer Sonne keine grundlegende Tatsache der Welt darstellt. Aber das ändert nichts daran, dass sich auch heute viele physikalische Grundlagenforscher an ästhetischen Maximen orientieren: Wenn eine fundamentale Theorie unseren mathematischen Schönheitssinn anspricht, dann wird dies als ein ernstzunehmendes Argument zugunsten der Theorie angesehen.

Sabine Hossenfelder beklagt, dass sich dieses Prinzip in letzter Zeit totgelaufen habe. Seit Jahrzehnten, so moniert sie, optimierten heutige Grundlagenforscher die Ästhetik ihrer Theorien – und scherten sich keinen Deut darum, dass die empirischen Belege ausbleiben. Schlimmer noch, die Arbeit einer ganzen Generation von Physikern – Hossenfelders Generation – sei durch sinnlosen Schönheitskult auf Abwege geraten. Stimmt das?

In der Tat fehlt es seit längerem an einem entscheidenden Durchbruch, und die Leichen im Keller der heutigen Grundlagenforschung stinken zum Himmel. Es mag also sein, dass Hossenfelder mit ihrem pessimistischen Blick auf die Gegenwart recht hat. Doch ebenso gut könnte sie zu früh die Geduld verloren haben. Ein Blick zurück auf Kepler ist da vielleicht hilfreich. Von dessen Durchhaltevermögen könnte sich mancher heute eine Scheibe abschneiden. Als Kepler sich nämlich um das Jahr 1600 der besten verfügbaren Himmelsdaten bemächtigt hatte, wollte er sein Modell überprüfen und insbesondere wissen, auf was für einer Bahn genau der Mars die Sonne umrundet. Denn Kepler wusste, dass der Abstand des Planeten von der Sonne schwankt, die Sphären in seinem platonischen Modell also eine endliche Dicke haben mussten. Aber welcher mathematischen Form folgte die Planetenbahn darin genau? Eine Hypothese nach der anderen scheiterte, die Zahlen passten hinten und vorne nicht. Jahrelang ging das so. Kepler rechnete sich an den Rand seiner Kräfte. Es hätte tragisch enden können.

Newtons Spektrum. Vor schwarzem Hintergrund leuchtet in den sattesten Farben ein Bild auf, dessen farbästhetischer Kraft sich kaum jemand entziehen kann. Dabei beruht das Bild nur auf der konsequenten Verstärkung von ehemaligem Schmutz (vergleiche die Abbildung „Chromatische Aberration“). Newton prahlte: „extravagant“, „exciting“. 

Heute wissen wir dank Keplers Zähigkeit, dass die Planetenbahnen Ellipsen sind. Warum aber hat er die Ellipsenbahn nicht einfach aus den Beobachtungsdaten abgelesen? Weil die Ellipse, so wie jede andere Hypothese, keineswegs eindeutig von den Daten erzwungen wurde. Da es immer noch reale Daten waren, also Daten voller Fehler, konnte es keinen perfekten Fit geben. Kepler musste also schummeln, musste die Daten hier und dort zurechtbiegen, musste sie beschönigen – nur wo, zum Teufel? Der amerikanische Astronom und Wissenschaftshistoriker Owen Gingerich beschrieb es so: „Kepler hat die Daten weit kreativer genutzt als jemand, der bloß eine Kurve an empirische Datenpunkte anpassen will.“

Kreativität. Positivistisch gesinnte Zeitgenossen wie Sabine Hossenfelder unterschätzen den Wert dieses menschlichsten aller Erkenntnismittel der Physik. Denn um es zu wiederholen: Wie viele Daten auch immer wir zusammentragen mögen, nie sind es ausschließlich diese Daten, die bei unserer theoretischen Arbeit den Ausschlag geben. Ob wir eine Theorie akzeptieren, hängt nicht allein davon ab, wie exakt sie zur Empirie passt, sondern auch von weiteren Kriterien. Von ihrer Schönheit zum Beispiel.

Unser Sinn für Ästhetik beflügelt die naturwissenschaftliche Kreativität aber nicht allein durch erhabene Großartigkeit wie im Fall der fünf Platonischen Körper. Wie sich gerade an Kepler sehr gut zeigen lässt, stützt sich das kreative Genie in der Physik auch im Kleinen auf den Schönheitssinn. Es war eine ungeheure schöpferische Leistung, mit der Kepler in jahrelanger Rechnerei die Daten immer wieder neu geformt, umgeformt, geschönt, ausgewählt, umgeordnet, verworfen und erneut einbezogen hat.

Chromatische Aberration ist ein Effekt, der sich bei Betrachtung eines weißen Himmelskörpers durch Teleskope der Newtonzeit bemerkbar macht. Das Bild wird links wie rechts von Farbsäumen verschmutzt und verliert dadurch an Schärfe; die Farben stören die Reinheit des Bildes - höchst unschön.

Diese Art der Kreativität haben wir bislang nur schemenhaft vor Augen; in den meisten kritischen Auseinandersetzungen mit Keplers Schönheitssinn ist sie übersehen worden. Dabei war sie eine treibende Kraft in der gesamten Geschichte der neuzeitlichen und modernen Physik. Besonders stark zeigt sich die Kreativität des Physikers, wenn er die empirisch zu beobachtenden Phänomene allererst selbst erzeugt. Anders als Astronomen, die den Himmel nur beobachten, ohne ins Geschehen einzugreifen, können Experimentatoren über das Empirische eine gewisse Macht ausüben, indem sie es mitgestalten. Wie und wo ihnen bei dieser Gestaltungsarbeit der Sinn für Schönheit zu Hilfe kommt – diese Frage ist von den meisten Verächtern des physikalischen Schönheitssinns gar nicht erst gestellt worden.

Doch eignen sich Experimente besonders gut, um sich über den Schönheitssinn von Physikern Klarheit zu verschaffen und Verbindungen zur Ästhetik in den Künsten zu ziehen. Im Vergleich zu Theorien sind Experimente angenehm konkret. Man kann sie anfassen und sehen, so wie viele Kunstwerke. Und man kann jahrelang an ihnen feilen, ihre Präsentation optimieren, wohlkalkulierte Überraschungen fürs Publikum einbauen – nicht anders als in den Künsten. Einer der größten Experimentierkünstler der Neuzeit war Isaac Newton (1643 bis 1727). Mit großer kreativer Energie formulierte er nicht nur eine mathematisch durchgeformte Mechanik, sondern schuf 1704 auch die früheste ernstzunehmende Theorie des Lichts und der Farben. Hier lässt sich sein Sinn für Ästhetik besonders gut nachempfinden. Albert Einstein – der wohl genialste physikalische Ästhet aller Zeiten – jubelte 1931 in seinem Vorwort zur Neuausgabe der newtonschen „Opticks“: „Die Natur lag vor ihm wie ein offenes Buch, dessen Schrift er mühelos lesen konnte. Um das vielfältige Erfahrungsmaterial auf eine einfache Ordnung zurückzuführen, stützte er sich auf Begriffe, die ihm aus der Erfahrung wie von selbst zuflogen – aus den schönen Experimenten, die er wie Spielzeuge aufbaute und deren Reichtum er liebevoll im Detail beschrieb.“

Newtons experimentelle Erfolgsserie fing an mit seinem Ärger über die miese Qualität der damaligen Teleskope, deren Bilder wegen eines Farbenschmutz-Effektes unscharf waren, der sogenannten chromatischen Aberration (siehe Abbildung „Chromatische Aberration“). Physiker empfinden gegen unsaubere Versuchsergebnisse einen ähnlichen ästhetischen Widerwillen wie Musiker gegen verstimmte Instrumente. Umgekehrt schätzen sie die Schönheit der Sauberkeit – so wie manch ein Porträtmaler der Renaissance (siehe Abbildung „Das Bildnis einer jungen Frau“). Der optische Farbenschmutz in den Teleskopen der Newtonzeit war hartnäckig und ließ sich nicht beseitigen. An diesem Punkt gelang Newton ein genialer Zug. Ähnlich wie auch Künstler zuweilen auf eine Änderung unserer Wahrnehmungsgewohnheiten abzielen, so änderte Newton unseren Blick. Statt sich mit der Verringerung der störenden Farben abzuplagen, richtete er auf sie die volle Aufmerksamkeit, rückte sie ins Zentrum und verstärkte sie massiv. Das Ergebnis ist eine Ikone neuzeitlicher Physik (siehe Abbildung „Newtons Spektrum“). Auf Fotografien sieht dieses Spektrum schnell etwas kitschig aus. Die experimentelle Wirklichkeit ist aber weit intensiver und spricht unseren Schönheitssinn unmittelbar an. Direkt sinnlich erscheint es uns, fast überwältigend und schockierend schön: Unerhört leuchtende Farben größter Sättigung verlieren sich auf mysteriöse Weise im Finsteren. Kein Wunder, dass sich dieser hochästhetische experimentelle Befund blitzschnell über Europa verbreitete, nicht anders als manche Malweise desselben Jahrhunderts (siehe Abbildung „Blumenstrauß“). Um Missverständnissen vorzubeugen: Diese Art farbiger Prachtentfaltung ist nicht die einzige Aufgabe der Malerei, aber es wurden Gemälde geschaffen, deren Ästhetik wesentlich darin gründet. Genauso gibt es in der Physik Experimente, deren ästhetische Durchschlagskraft zu einem nicht geringen Teil auf Pracht beruht, ohne dass dies auf alle Experimente zuträfe.

Das Bildnis einer jungen Frau im Profil, gemalt von Antonio del Pollaiuolo um 1465, gibt ein Beispiel für das ästhetische Ideal der Reinheit der Malerei.

Nun kennt fast jeder Newtons Spektrum aus dem Schulunterricht. Doch wie viel ästhetischer Gestaltungswille hinter dem Experiment steckt, weiß kaum jemand. So wie ein Brueghel musste auch Newton hart arbeiten, bis das Ergebnis höchsten ästhetischen Ansprüchen genügte (siehe Grafik „Newtons Weißanalyse“). Er brauchte ein Prisma mit ganz bestimmten Winkeln, es musste präzise symmetrisch ausgerichtet werden, und der Abstand zwischen Prisma und Auffangschirm musste erheblich größer sein als der, mit dem seine Vorgänger es probiert hatten. Nur so konnte es Newton gelingen, die zuvor als Schmutz abgetanen Farben provokant ins Zentrum der Aufmerksamkeit zu rücken. Ihm war bewusst, was er da tat. Er inszenierte sein Experiment mit der größtmöglichen Überraschungskraft und kündete stolz von der aufreizenden Extravaganz seines Spektrums.

Newtons Weißanalyse

Ein Sonnenstrahl wird durch das Fensterladenloch (F) in ein Prisma (ABC) geschickt, wobei er vom geraden Weg abgelenkt wird und sich in seine kunterbunten Bestandteile auffächert. Hinter den Kulissen des hier nur schematisch gezeigten Versuchsaufbaus hat Isaac Newton, der Ästhet, für ganz präzise Abmessungen gesorgt, sonst klappt's nicht.
Grafik: Ingo Nussbaumer nach dem Notizbuch Newtons

Die Weißsynthese der Newtonschule

Weißes Licht der Sonne (Y) wird zunächst vom Prisma (ABC) in seine bunten Bestandteile zerlegt. Diese spritzen in alle Richtungen vom Schirm (M) in den Raum; ein kleiner Teil von ihnen reist auf denselben Pfaden zum Prisma zurück. Was tun diese Strahlen auf dem Rückweg durch das Prisma? Exakt dasselbe wie auf dem Hinweg; das ist Newtons Zeitsymmetrie der optischen Gesetze. Da sich die Farben beim Auge (L) wiedervereinigen, sieht man beim Blick ins Prisma einen blitzblanken Kreis: das Sonnenbild.

Grafik: Ingo Nussbaumer nach einem Original von Desaguliers

Schmutz, Provokation, Überraschung – all das kennen wir auch aus der Malerei des 20. Jahrhunderts. In der Tat war es eine Innovation von Dadaisten und gleichgesinnten Malern etwa der Wiener Szene der Aktionskunst, dem Schmutz und Kaputten eine Bühne zu bereiten (siehe Abbildung „Hermann Nitsch, Blutorgelbild“). Der Experimentator Isaac Newton war ihnen mehr als zwei Jahrhunderte voraus.

Aber Moment mal: war nicht vorhin vom ästhetischen Wert sauberer Versuchsresultate die Rede? Und jetzt soll es plötzlich auf den Schmutz ankommen? Allerdings; beide Werte sind in der Experimentierkunst Newtons von Belang. Nicht anders als in der Kunst kann eine experimentelle Errungenschaft mit ihrer Sauberkeit prunken oder aber mit ihrer überraschenden Kraft, unsere Wahrnehmungsgewohnheiten zu ändern. Oder mit beidem. Und mit vielem mehr. Weder in der Kunst noch in der Physik gibt es den einen ästhetischen Wert, der alle anderen zu übertrumpfen vermöchte.

Hermann Nitsch, Blutorgelbild aus dem Jahr 1962. Es besteht aus Blut, Dispersion und Kreidegrund auf Jute. So wie Newton uns lehrte, den angeblichen Farbenschmutz (siehe "Chromatische Aberration") mit neuen Augen als Hauptattraktion zu sehen, so lehren uns moderne Künstler einen neuen Blick auf angeblichen Schmutz. Oder muss man Blutflecken immer gleich wegputzen?  

Nachdem Newton zum Beispiel mit seinem herrlichen Experiment aus dem sauberen weißen Sonnenlicht die bunten Bestandteile herausgeholt hatte, die darin stecken, stellte er eine naheliegende Frage: Wenn alle diese Farben im weißen Licht stecken sollen – muss sich dann das bunte Licht des Sonnenspektrums nicht ebenso gut wieder in weißes Licht zurückverwandeln lassen?

Schöne Idee; was vorwärts funktioniert, muss auch rückwärts klappen. Doch die Sache wollte ihm zunächst nicht recht gelingen. Newtons allererstes Experiment zur Weißherstellung ließ zu wünschen übrig, und nur mit gutem Willen konnte man die Dreckeffekte übersehen, die das gewonnene „Weiß“ störten. Statt sich damit abzufinden und die Sache kurzerhand verbal zu beschönigen, wie es nur zu oft geschieht, versuchte er es immer wieder. Innerhalb von mehr als dreißig Jahren veröffentlichte er ein halbes Dutzend Weißsynthesen, eine schöner als die andere, aber keine perfekt. Wer sich in diese alten Experimente vertieft, wird von dem ruhelosen Perfektionismus Newtons gefesselt. Und die Geschichte ging gut aus: noch zu Newtons Lebzeiten sollte einer seiner Schüler das perfekte Experiment zur Weißsynthese veröffentlichen (siehe Grafik „Die Weißsynthese“). Das Experiment besticht nicht allein durch die reine weiße Sauberkeit seines Ergebnisses. Seine ästhetische Hauptattraktion ist die strenge Zeitsymmetrie des optischen Geschehens.

Blumenstrauß, gemalt um 1619/20 von Jan Brueghel dem Älteren. Wie bei „Newtons Spektrum“ verschwimmen hier die sattesten Farben fast magisch im finsteren Hintergrund. Sauberkeit ist nicht das Thema des Bildes, wie auch die halbtote Biene vor der Vase zeigt, die an unser aller Verweslichkeit gemahnt. Foto: Artothek

Symmetrie: Hier haben wir eine der wohl wichtigsten Quellen physikalischer Schönheitsbegeisterung; sie wirkt bei Experimenten genauso wie bei Theorien. Bei der Zusammenstellung des modernen Teilchenzoos war die Schönheit der Symmetrien ein entscheidender Triebfaktor. Man suchte nach neuen Elementarteilchen, die das symmetrische Gegenteil bereits entdeckter Teilchenarten bieten sollten. Und man fand sie, eines nach dem anderen. Ohne Übertreibung lässt sich daher festhalten: Hätten wir Menschen einen völlig anderen Schönheitssinn, oder – Gott bewahre – überhaupt keinen, dann hätten wir eine völlig andere Physik.

Gleichwohl bietet die Ästhetik den Physikern keine Erfolgsgarantie. Die nun 400-jährige Geschichte ihres Schönheitssinns ist voller Höhen und Tiefen. Nicht immer lagen sie richtig, wenn sie auf das Schöne setzten. Aber sie lagen um Dimensionen öfter richtig, als man rationalerweise erwarten wollte. Wäre ihr Sinn für Ästhetik auf bloß zufällige Weise mit der Treffsicherheit ihrer Modelle verknüpft, dann grenzte dieser Erfolg an eine mysteriöse Serie von Hauptgewinnen im Lotto.

Wenn die Sache aber nicht auf Zufall beruht – worauf beruht sie dann? Dieses Rätsel ist bis auf weiteres ungelöst.

Olaf Müller hat an der Humboldt-Universität Berlin den Lehrstuhl für Wissenschaftstheorie inne.
Soeben erschien bei S. Fischer sein neues Buch „Zu schön, um falsch zu sein: Über die Ästhetik in der Naturwissenschaft“.


Nota. - So interessant das ist - es ist eine Menge Worte über nicht viel. Nämlich nur darüber, dass beim Entwerfen eines theoretischen Modells der ästhetische Sinn des Forschers eine Rolle spielt. Das Modell ist für den Forscher unerlässlich, denn nur aus ihm kann er solche Hypothesen ableiten, die er im Labor oder im Observatorium empirisch überpüfen kann. Diesen ästhetischen Sinn kann man auch Genie nennen, ohne das ist Theoretisieren nicht möglich.

Doch über den wissenschaftlichen Wert der Theorie entscheidet die empirische Prüfung. Es bleibt in den Daten wohl immer eine Marge von Ungefähr, die nur vernachlässigt wird, weil das Modell, zu dem sie gehört, so schön ist. Erst wenn die Marge einen kritischen Punkt - wo liegt der jeweils? - übertrifft, muss man sich zur Revision des Modells selbst bequemen - und ist wieder wissenschaftliches Genie gefordert.

Aber das Ganze ist bloß Heuristik, es geht um das handwerkliche Geschick beim Theoretisieren. Mit Wahrheit oder wie immer man das nennen will hat es nichts zu tun.

Ein ganz anderes Thrma ist, dass erst der ästhetische Standpunkt den Übergang zum Philosophieren im engeren Sinn möglich macht. Aber Olaf Müller redet von exakter Naturwissenschaft.
JE