aus What Inspires...
Sonntag, 10. August 2014
Samstag, 9. August 2014
Robotische Selbstentfaltung.
aus Der Standard, Wien, 8.8.2014
Transformer mit Origami-Effekt US-Forscher stellen Roboter vor, der sich in wenigen Minuten selbstständig aus einer Lage Papier und Kunststoff zusammenfaltet und losläuft
Cambridge/Wien - Fällt der Begriff "Roboter", dann denken wir spontan immer noch in Bildern, die aus Filmen der 1950er-Jahre stammen könnten: Klobige Metallklötze, die ungelenk umherstolpern. Modernes Plastik statt Blech und menschenähnliche Gesichter statt blinkender Augenlämpchen ändern nichts daran, dass humanoide Roboter heute kaum über dieses Niveau hinausgekommen sind.
Die wahren Fortschritte in der Robotertechnologie spielen sich offensichtlich woanders ab: Ein Team von der University of Harvard in Cambridge (US-Staat Massachusetts) hat nun aus kaum mehr als einer Lage Papier und Kunststoff eine Art Origami-Roboter konstruiert, der sich selbst in eine komplexe Form faltet und ohne weiteres Zutun davonmarschiert.
Die Entwicklung demonstriert nach Meinung der Forscher die ungeheuren Möglichkeiten, die in billigen, selbstorganisierenden Maschinen stecken. "Hier haben wir ein komplettes elektromechanisches System entworfen, das in ein dünnes Blatt eingebettet wurde", erklärt Sam Felton, Erstautor der im Fachblatt "Science" veröffentlichten Studie.
Grundlage für den innovativen Roboter ist herkömmliches Papier und der Kunststoff Polystyrol, wie er auch für CD-Hüllen eingesetzt wird. In der Mitte des Gebildes sitzt ein elektronischer Schaltkreis, gleichsam das Gehirn der Maschine. Kommt das Signal zum Aufbau, erhitzt das System temperaturempfindliche Scharniere der Reihe nach auf rund 100 Grad Celsius, und der Roboter beginnt seine Faltung, bis er die gewünschte Form annimmt.
Aushärten und loslaufen
Vier Minuten später ist das Polystyrol ausgehärtet, dann kann der Roboter, angetrieben von zwei zentral montierten Motoren, mit einer Geschwindigkeit von bis zu 5,4 Zentimetern pro Sekunde loslaufen. Der gesamte Ablauf benötigt nicht mehr Strom, als eine handelsübliche AA-Batterie hergibt.
"Einen Roboter dazu zu bringen, sich autonom zusammenzubauen und eine Aufgabe zu erfüllen, stellt einen lang ersehnten Meilenstein dar", beschreibt Rob Wood aus Feltons Team den Erfolg. Und die Vorgehensweise eröffne Perspektiven für zahllose Anwendungen, sind die Forscher überzeugt.
Felton denkt etwa an Einsatzgebiete jenseits der Erde: "Stellen Sie sich einen Stapel Roboter-Satelliten vor, die zusammengepresst in den Weltraum geschickt werden, um sich dort selbst zusammenzusetzen." Auch Rettungsroboter wären denkbar, die etwa nach Erdbeben in Hohlräume geschickt werden, wo sie sich entfalten und Verschüttete ausfindig machen.
Freitag, 8. August 2014
Bewusst sein und die Sprache der Bilder.
Warum wir uns gern falsch erinnern
Das Vergessen und Uminterpretieren sind wichtige
Funktionen des Gehirns: Ein gutes Gedächtnis für sich allein bedeutet
noch gar nichts. Menschen, die nicht vergessen können, sind praktisch
nicht überlebensfähig. Hirnforscher Ernst Pöppel erklärt im Gespräch mit
WELT ONLINE, warum das so ist.
Von Norbert Lossau
WELT ONLINE: Mitunter fällt es leicht, sich präzise an Dinge zu erinnern, die wir als Kinder erlebt haben, während wir Ereignisse von vorgestern bereits wieder vergessen haben. Warum ist das so?
Ernst Pöppel: Viele Erinnerungen an Ereignisse in Kindheitstagen sind mit starken Emotionen verbunden. Diese Kopplung erhöht die Chance, dass Erinnerungen langfristig im Gedächtnis bleiben.
WELT ONLINE: Gilt das auch für Erfahrungen, die man später als Erwachsener macht – je stärker die emotionale Tönung, umso besser die Erinnerung?
Pöppel: Genau. Und ich behaupte sogar: ohne emotionale Bewertung kann man überhaupt nichts im Gehirn speichern.
WELT ONLINE: Warum vergessen wir Dinge?
Pöppel: Eine der wichtigsten Fähigkeiten unseres Gehirns ist das kreative Vergessen. Ein gutes Gedächtnis für sich allein bedeutet noch gar nichts. Nur das, was wichtig ist, müssen wir behalten. Die wichtigsten Erfahrungen, die ein ganzes Leben lang gültig bleiben, haben wir häufig in der frühen Phase der Biografie gemacht. Das Vergessen ist eine kreative Funktion des Gehirns, die Abstraktionsleistungen erst möglich macht. Es schützt uns davor, Informationsmüll mit uns herumzuschleppen. Es gibt Patienten, die nicht vergessen können. Die sind, auf sich allein gestellt, praktisch nicht lebensfähig.
WELT ONLINE: Aber bei vielen alten Menschen erreicht das Vergessen ein ungutes Maß. Sie werden dement.
Pöppel: Das Älterwerden bringt eine Reihe von Risiken mit sich – unter anderem Alzheimer, Parkinson, Schlaganfälle, altersbedingte Depressionen und Schmerz. Doch es sind bei weitem nicht alle Menschen betroffen. Beim Alzheimer beklagt man ein schlechteres Gedächtnis. Das wirkliche Problem ist hier aber ein anderes. Forschungsergebnisse meines Teams weisen darauf hin, das in dem sogenannten episodischen Gedächtnis Bilder unserer persönlichen Vergangenheit vorkommen, wobei ich selber als Erlebender in meinem eigenen Bild erscheine. Das heißt, ich bin mein eigener Doppelgänger. Unsere persönliche Identität wird im Wesentlichen dadurch bestimmt, dass ich mich im Bild meiner eigenen Vergangenheit auf mich selbst beziehen kann. Dadurch erhalte und stabilisiere ich meine Identität.* Das eigentlich Tragische beim Alzheimer-Patienten besteht nun darin, dass diese Möglichkeit zum Selbstbezug nicht mehr gegeben ist. Damit geht die persönliche Identität und auch der geistige Zugriff zur Vergangenheit und zur Zukunft verloren.
WELT ONLINE: Ab welchem Alter ist denn umgekehrt bei einem Kind diese Leistung der eigenen Identität möglich?
Pöppel: Da streiten sich die Gelehrten. Viele Hirnforscher gehen aber davon aus, dass dieser Selbstbezug ungefähr ab einem Alter von drei oder vier Jahren möglich ist. Das heißt aber keinesfalls, dass nicht auch zuvor gemachte, auch pränatale Erfahrungen eine wichtige Rolle spielen können. Die Traumforschung gibt jedenfalls klare Hinweise darauf.
WELT ONLINE: Es ist doch auch so, dass man sich nicht an Dinge erinnern kann, die man als Ein- oder Zweijähriger erlebt hat. Hängt dies mit der noch fehlenden Identität zusammen?
Pöppel: Ich zumindest gehe davon aus. Die Fähigkeit, sich bewusst an Dinge zu erinnern, setzt voraus, dass ich ein Selbstbild von mir habe. Man muss zunächst die Außenperspektive von sich selber entdeckt haben und wissen, dass man ein Bewusstsein hat. Dann kann man sich auch bewusst auf seine Erinnerungen beziehen. Das, was vorher passierte, formt durchaus auch das Gedächtnis, nur kann ich eben nicht bewusst darauf Bezug nehmen.
WELT ONLINE: Welche Bedeutung kommt denn Erfahrungen zu, die ein Mensch bereits vorgeburtlich macht?
Pöppel: Ich vertrete die These, dass die vorgeburtliche Phase des Menschen entscheidend ist für die Prägung des visuellen Systems. Das Sehsystem ist das einzige, das vor der Geburt nicht gereizt wird. Damit es aber gleich nach der Geburt funktionieren kann, wird das visuelle System im Gehirn mit Hilfe von Träumen gleichsam eingefahren. Mehr als 50 Prozent der Zeit verbringen Kinder im Mutterleib in der Traumphase. Es hat dann keinen evolutionären Grund gegeben, die Träume nach der Geburt wieder abzuschaffen.
WELT ONLINE: Und die Bedeutung der Träume beim Erwachsenen haben uns dann die Psychoanalytiker erklärt?
Pöppel: Träume kann man so interpretieren, aber sie sind von der Natur nicht erfunden worden, um interpretiert zu werden. Es mag ja der Fall sein, dass im Traum Inhalte ins Bewusstsein gelangen, die normalerweise unterdrückt werden. Doch für uns ist es wichtiger, die Bildhaftigkeit des episodischen Gedächtnisses zu nutzen – für Kreativität oder zur Problemlösung. Viele Wissenschaftler und Künstler beziehen ihre wunderbaren Inspirationen doch gerade aus Träumen.
WELT ONLINE: Sind Träume immer farbig?
Pöppel: Ich gehe davon aus, dass Träume immer farbig sind, wobei diese häufig aber keine besondere Bedeutung hat. Die in unserem Gehirn gespeicherten Bilder sind halt farbig – im Wachbewusstsein genauso wie im Traum.
WELT ONLINE: Ist es möglich, dass ein Mensch die im Traum aufgerufenen Bilder oder auch die im episodischen Gedächtnis gespeicherten Bilder uminterpretiert, falsch abspeichert und sich deshalb falsch erinnert?
Pöppel: Das kann man nicht ausschließen. Wir haben überhaupt keine Kontrolle darüber, wie diese Bilder abgespeichert werden.
WELT ONLINE: Wie verlässlich sind vor diesem Hintergrund Aussagen von Zeugen, die über Dinge berichten sollen, die sehr lange zurückliegen? Die in ihren Köpfen gespeicherten Bilder könnten ja im Laufe der Zeit unbemerkt verändert worden sein.
Pöppel: Eine wesentliche Erkenntnis meiner Arbeit ist, dass zurückliegende Bilder uminterpretiert und uminszeniert werden, um für die persönliche Identität des Einzelnen passend gemacht zu werden. Das zeigt sich schon daran, dass der Erlebende selber als Handelnder in dem eigenen episodischen Gedächtnis vorkommt. Wenn ich mich zum Beispiel an eine Situation erinnere, in der ich zehn Jahre alt gewesen bin, dann sehe ich mich als Person in der Szene. Das ist physikalisch unmöglich und ein klarer Hinweis darauf, dass eine Umdeutung stattgefunden haben muss. Insofern ist es natürlich völlig unmöglich, sich auf Zeugenaussagen zu verlassen, die sich auf die bildliche Repräsentation allein beziehen.
WELT ONLINE: Wenn ich aber aus einer frischen bildlichen Erinnerung heraus Dinge ableite und diese dann sprachlich im Gehirn abspeichere, ist dann die Gefahr der Uminterpretation gebannt?
Pöppel: Nein. Es gibt keine eindeutige sprachliche Abbildung von Erlebnissen im Gehirn. Ich kann immer nur sprachlich das Bild beschreiben, das sich in meinem Gedächtnis befindet. Damit ist die Sprache genauso vergiftet wie das Bild selber.
WELT ONLINE: Kann ein Gutachter die Qualität einer Zeugenaussage anhand von bestimmten Indizien erkennen?
Pöppel: Es wird ja oft gefordert, dass Zeugenaussagen stimmig sein müssen. Aufgrund der Uminterpretationen sind Zeugenaussagen aber eher dann verlässlich, wenn sie nicht ganz stimmig sind. Eine Aussage, die völlig klar und logisch ist, ist vermutlich gelogen. Denn unser Gedächtnis funktioniert so, dass wir bestimmte Sachen einfach nicht mehr erinnern können.
WELT ONLINE: Wissen das auch die Gerichtspsychologen?
Pöppel: Da bin ich mir nicht sicher.
WELT ONLINE: Beim Abspeichern von Bildern muss ja vermutlich auch eine gewaltige Datenreduktion stattfinden. Können dadurch Informationen verfälscht werden?
Pöppel: Es wird in der Tat eine sehr große Komplexitätsreduktion vorgenommen. Das kann man schon daran erkennen, dass die Bilder, die in unserem episodischen Gedächtnis gespeichert sind, üblicherweise Standbilder und keine bewegten Bilder sind. Darüber hinaus gibt es auch eine hohe inhaltliche Reduktion. Nur das Wichtigste wird festgehalten, Details gehen verloren, und man sieht nur Bildausschnitte mit einem Radius von etwa zehn Grad Öffnungswinkel. Die Peripherie des Gesichtsfeldes wird im episodischen Gedächtnis kaum oder gar nicht repräsentiert. Auch dies ist ein wichtiger Aspekt bei der Beurteilung von Zeugenaussagen.
WELT ONLINE: Welchen gesellschaftlichen Nutzen haben die Erkenntnisse, die Sie als Gehirnforscher machen?
Pöppel: Bleiben wir beim Gedächtnis, das ja neben der Wahrnehmung, den Gefühlen und dem Handeln ein ganz zentraler Aspekt unseres mentalen Haushalts ist. Die Erkenntnisse der Hirnforschung können Antworten auf die Frage geben: Wie lade und wie nutze ich dieses Gedächtnis am besten? Geistige Aktivität ist die beste Prävention für Gedächtnisprobleme. Ich sage: Lerne jeden Tag ein Gedicht auswendig. Ein besseres Gedächtnistraining gibt es nicht.
WELT ONLINE: Statt Gedichte lernen – könnte man auch ein Sudoku lösen?
Pöppel: Im Prinzip ja. Doch es geht in jedem Fall um die Eigenaktivität des Einzelnen. Besser noch, wenn es dabei eine emotionale Tönung gibt. Wir dürfen aber nicht glauben, dass das alles ohne Anstrengung möglich ist. Für Jung wie Alt gilt: Wir müssen uns konzentrieren, damit unser Gedächtnis richtig funktionieren kann. Wenn ich den Reichtum des Lebens genießen will, muss ich dem Gehirn eine Chance geben. Auch wenn man älter ist, sollte man versuchen, immer neue Erfahrungen in das Gehirn einzuspeichern. Wenn ich aber jeden Tag immer das gleiche mache, dann verliere ich die Zeit. Wenn nichts passiert, speichert man auch nichts mehr ein. Jeder Tag sollte vielmehr als eine Einheit inszeniert werden. Viele Menschen neigen aber leider dazu, vorwiegend in der Vergangenheit oder Zukunft zu leben. Aus dieser Gegenwartsverlorenheit sollten wir uns befreien.
WELT ONLINE: Ist es nicht so, dass gerade junge Leute sich nicht mehr richtig konzentrieren können.
Pöppel: Ja, ich beobachte an jungen Menschen einen Verlust der Fähigkeit, sich länger auf Dinge zu konzentrieren. Dabei ist wissenschaftlich erwiesen, dass gerade auch ein intensives kindliches Lernen ein guter Schutz vor Demenz im Alter ist. Wir treten in die Welt hinein mit genetischen Programmen von Möglichkeiten. Das ist ein Angebot der Natur an die Kultur. Durch Informationsverarbeitung wird dann das Gehirn geprägt und die Basis für Kreativität gelegt. Aber auch später kann man noch etwas für sein Gedächtnis tun. Die Wissenschaft legt nahe: Wenn man jeden Tag nur eine Viertelstunde in sein eigenes episodisches Gedächtnis schaut und gleichsam eine Zeitreise in seine eigene Vergangenheit macht, dann hat das einen sehr großen fördernden Effekt. Man fühlt sich dann wie befreit. Das kann jeder für sich machen, aber es erfordert Konzentration und ist anstrengend.
WELT ONLINE: Ist dies möglicherweise auch der Ansatz für eine neue Art der psychologischen Behandlung?
Pöppel: Ja, das denke ich durchaus. Man muss gar nicht im Unbewussten herumkramen, um Effekte zu erzielen. Es ist schon viel erreicht, wenn man in seiner eigenen Vergangenheit herumwandert. Das reinigt das Gehirn, und man lernt dabei auch, sich besser zu konzentrieren.
WELT ONLINE: Ist das nicht ein Wissen, das Religionen bereits seit Jahrtausenden haben? Dass sich mentale Effekte etwa durch das Beten von Psalmen oder Aufsagen von Mantras erzielen lassen?
Pöppel: Ja, sowohl im Zen-Buddhismus, als auch im Christentum gibt es genau diese Phasen der Konzentration auf Sachverhalte, um sich zu befreien. Damit ist eben nicht Zerstreuung gemeint. Die meisten Menschen leben jedoch heute in einer Zerstreuungswelt.
WELT ONLINE: Im Fernsehen gibt es immer häufiger sehr schnell geschnittene Szenenfolgen zu sehen. Wie wirkt sich dies auf die Gedächtnisfähigkeit aus?
Pöppel: Das Gehirn gibt einen Zeitrhythmus für das Gegenwartsbewusstsein von etwa drei Sekunden vor. Wenn man Bilder schneller schneidet, dann wird im Gehirn nur Erregung erzeugt, aber nichts mehr gespeichert. Wenn das menschliche Maß der Informationsverarbeitung nicht berücksichtigt wird, kann die Aufnahme von Informationen auch zur Verblödung führen.
Das Interview führte Norbert Lossau
Professor Ernst Pöppel ist Vorstand des Instituts für Medizinische Psychologie in München und geschäftsführender Vorstand des Humanwissenschaftlichen Zentrums der Ludwig-Maximilians-Universität. Darüber hinaus wissenschaftlicher Ko-Direktor des "Parmenides-Center for the "Study of Thinking" in Elba und München sowie wissenschaftlicher Leiter des "Generation Research Programs" in Bad Tölz.
*Nota.
Das ist das einzige 'Ich' , von dem der Empiriker reden kann; es ist das Bild von einem Bild - aber eines, das ich mir wirklich mache. Das sogenannte "Ich der Philosophen", über das einige von Ernst Pöppels Kollegen spintisieren, kommt in der Realität gar nicht vor, und das hat auch nie jemand behauptet. Es "kommt vor" in der philosophischen Spekulation, nirgends sonst, und dass die Forscher es in den wirklichen Gehirnen nicht finden würden, hätte man ihnen vorher sagen können; warum haben sie nicht gefragt?
JE
Nota. Das obige Foto gehört mir nicht, ich habe es im Internet gefunden. Wenn Sie der Eigentümer sind und seine Verwendung an dieser Stelle nicht wünschen, bitte ich um Nachricht auf diesem Blog. JE
Donnerstag, 7. August 2014
Bewusst sein.
Zwischen Schlaf und Koma
Die Grenzen des Bewusstseins
Die
Fähigkeiten von Wachkomapatienten werden systematisch unterschätzt,
sagt der Salzburger Psychologe Manuel Schabus - er erforscht, was
wirklich in ihnen vorgeht
Salzburg - Frau A. kann sich nicht bewegen. Sie muss gefüttert, gewickelt, umgebettet und rund um die Uhr umsorgt werden. Vor vier Jahren erlitt A. bei der Operation eines Aneurysmas eine Gehirnblutung. Seitdem ist die Mittfünfzigerin im Wachkoma. Doch ihr linkes Auge ist klar und wach, es folgt dem Geschehen. "Sie versteht komplett. Wenn ich sie etwas frage, antwortet sie. Wir kommunizieren mit den Augen", sagt ihr Lebensgefährte. Er hat darum gekämpft, sie zu Hause pflegen zu dürfen, anstatt sie in einem Heim unterzubringen. Es scheint ihr gut zu tun. Immer wieder zeigt sie Emotionen: Manchmal lacht sie, und sogar geweint habe sie schon.
Etwa 800 bis 1000 Menschen leben laut der österreichischen Wachkoma-Gesellschaft hierzulande im Wachkoma, auch als apallisches Syndrom bekannt. Ausgelöst wird es durch schwere Schädel-Hirn-Verletzungen, etwa infolge eines Unfalls. Die Betroffenen bleiben in einem komaähnlichen Zustand mit zeitweise geöffneten Augen. Wie viel sie tatsächlich wahrnehmen und von ihrer Umgebung mitbekommen, bleibt aber meist ein Rätsel.
43 Prozent Fehldiagnosen
Nicht alle haben wie Frau A. das Glück, dass jemand an sie glaubt. "Die Fähigkeit von Wachkomapatienten, die Außenwelt wahrzunehmen, wird systematisch unterschätzt", sagt Manuel Schabus. "Studien haben gezeigt, dass es bis zu 43 Prozent Fehldiagnosen gibt." Der Schlafforscher von der Universität Salzburg entwickelt verlässlichere Diagnose- und Prognoseverfahren. Seine Arbeit wurde kürzlich mit einem Start-Preis des Wissenschaftsfonds FWF belohnt - das ist die höchste Auszeichnung für Nachwuchsforscher in Österreich.
"Üblicherweise wird der Zustand der Patienten anhand ihrer sprachlichen und körperlichen Reaktionen auf Reize eingeschätzt. Das ist sehr schwierig, da manche völlig bewegungsunfähig sind. Wir messen die Reaktionen direkt im Gehirn, um zu verstehen, was Wachkomapatienten noch wahrnehmen und erleben."
Fließende Übergänge
Wo fängt Bewusstsein an, und wo hört es auf? Das ist eine der zentralen Fragen, die Schabus und sein Team aus Psychologen im Labor für Schlaf-, Kognitions- und Bewusstseinsforschung der Uni Salzburg beschäftigt. Denn nicht nur im Wachkoma, auch im Alltag verschwimmen die Grenzen zwischen den Bewusstseinsstadien, am eindrucksvollsten beim Einschlafen oder Träumen.
Um mehr darüber herauszufinden, wie viel Bewusstsein überhaupt nötig ist, um Reize und Informationen zu verarbeiten, testet Schabus per Gehirnwellenmessung (EEG), was gesunde Testpersonen in den unterschiedlichen Schlafphasen wahrnehmen. "Wir wissen bereits, dass das Gehirn im Leichtschlaf und auch in bestimmten Wachkomazuständen auf den eigenen Namen stärker als auf fremde Namen reagiert."
Mit der Stimme der Mutter
Inwieweit komplexere Informationen verarbeitet werden können und ob im Tief- und Traumschlaf noch Reize unterschieden werden können, soll nun weiter erforscht werden. Dazu werden zunächst 30 gesunde Probanden in den verschiedenen Schlafphasen mit sechs Namen, darunter dem eigene, konfrontiert - einmal mit der Stimme der Mutter gesprochen und einmal mit einer unbekannten Stimme. "Erste Ergebnisse deuten darauf hin, dass Wachkomapatienten für emotional besetzte Reize empfänglicher sind", erklärt Schabus.
Um feststellen zu können, welche Rolle das Bewusstsein bei der Reizverarbeitung spielt, werden die schlafenden Testpersonen in der Folge instruiert, sich auf einen bestimmten Namen zu konzentrieren. Ist tatsächlich Bewusstsein im Spiel und nicht nur ein automatischer Prozess im Gange, müsste die Gehirnantwort bei dem entsprechenden Namen stärker ausfallen, so die Forscher.
Die Ergebnisse der Gehirnwellenmessungen im Schlaf sollen dann als Basis für EEG-Tests mit Wachkomapatienten dienen. Das Wissenschafterteam arbeitet dazu mit der Albert-Schweitzer-Klinik in Graz und dem Geriatriezentrum am Wienerwald zusammen. "Es sollen jeweils 30 Personen mit minimalem Bewusstsein sowie mit apallischem Syndrom getestet werden, einmal kurz nach der Verletzung und dann nach größeren Zeitabständen."
Schlafspindeln
Ziel der Studie ist es, auf Basis der jeweiligen Gehirnaktivitäten auf die voraussichtliche Entwicklung des Patienten zu schließen. Ein wichtiger Marker sind die sogenannten Schlafspindeln, benannt nach sekundenschnellen, spindelähnlichen Ausschlägen am EEG, die besonders während des Einschlafens und im Leichtschlaf regelmäßig auftreten.
Schabus konnte bereits vor einigen Jahren zeigen, dass die Spindeln eine zentrale Rolle bei der Reaktion des Gehirns auf Reize spielen. Sobald sie auftauchen, ist der Draht zur Außenwelt unterbrochen, das Gehirn kann keinerlei Reize aufnehmen. Andererseits weisen sie auf eine gute neuronale Vernetzung im Gehirn hin und stehen mit hoher Intelligenz und Leistungsfähigkeit in Verbindung.
Während der Spindelaktivität ist das Gehirn quasi mit sich selbst beschäftigt: Vermutlich werden Informationen abgespeichert und ins Langzeitgedächtnis integriert. "Die Spindel erlaubt somit sowohl eine Aussage über die verbleibende Vernetzung als auch über die Lernfähigkeit im geschädigten Gehirn" - was entscheidend für die Wahl der Therapie sein kann.
Gestörter Tag-Nacht-Rhythmus
Ebenso wichtig für eine möglichst treffende Prognose des Komaverlaufs ist der richtige Testzeitpunkt: "Viele Wachkomapatienten haben einen gestörten Tag-Nacht-Rhythmus. Oft sind sie nur wenige Minuten aufnahmefähig - und das unregelmäßig über den ganzen Tag verteilt", betont Schabus. Daher werden die Patienten vor den Tests mehrere Wochen lang mithilfe von Bewegungssensoren, Kameras und Hormonmessungen beobachtet.
Normalerweise wird das Hormon Melatonin beim Einschlafen ausgeschüttet, beim Aufwachen sinkt der Spiegel hingegen wieder. Durch Hormongaben am Abend und Lichtstimulationen tagsüber soll der Tag-Nacht-Rhythmus verbessert werden, wodurch sich das Gehirn und der gesamte Organismus besser regenerieren und der optimale Testzeitpunkt festgelegt werden kann.
Keine Diskussion nach Fall Schuhmacher
Falsche Diagnosen können fatale Folgen haben: "In den USA kann es sein, dass Personen in einem kritischen Zustand gar nicht mehr wiederbelebt werden", sagt Schabus. "Auch in Österreich gibt es keine klaren Richtlinien, was in den verschiedenen Komaphasen gemacht werden soll, um die Rehabilitation bestmöglich zu fördern oder wann eine weitere Behandlung nicht zielführend scheint." Der Psychologe bedauert, dass auch der Fall Michael Schuhmacher keine ethische Diskussion zum Thema Wachkoma angestoßen hat. Die einzige Möglichkeit, um selbst zu entscheiden, ist die Patientenverfügung - doch die wird nach wie vor zu wenig genutzt.
Link
Labor für Schlaf-, Kognitions- und Bewusstseinsforschung
Nota.
Es ist zu begrüßen, dass durch solche Forschungen das "Bewusstsein" aus seinem metaphysischen Dunst herausgeholt wird. Bewusstsein ist kein Zustand, keine 'Schicht', keine Seinsweise, die 'es' auch dann gäbe, wenn ich nicht 'bei Bewusstsein' wäre. 'Es gibt' mein sein, und dabei bin ich mal bewusster, mal weniger bewusst, in zahllosen Stufen, oder richtiger: in stetem Gleiten. 'Stufen' unterscheiden 'sich' nicht in meinem Kopf, sondern allenfalls auf dem Schreibpapier der Forscher.
JE
Mittwoch, 6. August 2014
Nucleus accumbens.
aus nzz.ch, 6. August 2014, 10:00
Chronischer Schmerz
Veränderungen an Nervenenden im BelohnungssystemChronischer Schmerz führt zu Antriebslosigkeit. Diese beruht allerdings nicht nur auf der Angst vor schmerzender Bewegung, wie in Untersuchungen bei Mäusen festgestellt wurde.
Wer kennt das nicht: Leidet man an starken Schmerzen, dann hat man zu gar nichts Lust. Entsprechend führt chronischer Schmerz bei vielen Betroffenen zu einer ausgeprägten Antriebslosigkeit oder gar zu Depressionen. Dies liegt jedoch nicht nur daran, dass Schmerzen Bewegungen und damit Aktivitäten erschweren. Vielmehr werden die psychischen Probleme laut Schmerzspezialisten zu eigenständigen und behandlungsbedürftigen Krankheiten. Eine neue Arbeit amerikanischer Wissenschafter liefert dafür nun eine mögliche Erklärung: Demnach beeinträchtigt der Schmerz die Motivation, indem er gewisse Gehirnstrukturen verändert.¹
Als Versuchstiere dienten den Forschern Mäuse, die unter zwei verschiedenen Formen chronischer Schmerzen litten, einmal ausgelöst durch eine Infektion im Hinterfuss, einmal durch eine Verletzung des Ischiasnervs. Die Tiere waren vor ihren Erkrankungen in einem mit Hindernissen gespickten Labyrinth genauso eifrig auf der Suche nach Leckerbissen wie ihre anderen gesunden Artgenossen. Doch bereits nach einer Woche ständiger Schmerzen waren sie nur noch halb so oft unterwegs wie die Kontrolltiere. Das lag nicht an mangelndem Hunger: Stellte man den Schmerz-Mäusen nämlich Futter vor die Schnauze, so frassen sie. Selbst die Gabe starker Schmerzmittel erhöhte weder ihr Arbeitspensum noch ihre Suchlust.
Die Bereitschaft, eine gewisse Begeisterung für und Lust auf Aktivitäten zu entwickeln, wird von einer kleinen Gehirnregion namens Nucleus accumbens gesteuert. Dieser ist eine Ansammlung von Nervenzellkernen im unteren Vorderhirn und ein wichtiger Teil jenes Systems, das unter anderem Emotionen verarbeitet. Dieses System produziert auch die positiven Gefühle nach erfolgreichen Aktivitäten.
Durch anhaltende Schmerzsignale kam es bei den Mäusen im Experiment in speziellen Nervenbahnen des Nucleus accumbens zu einem Anstieg der Konzentration des Botenstoffs Galanin. Daraufhin verminderten die Nervenzellen die Anzahl gewisser Andockstationen für stimulierende Botenstoffe. Dies minderte insgesamt die Erregbarkeit der Nervenzellen. Doch was einerseits dem Schutz der Nerven diente, führte andererseits auch dazu, dass die Motivation massiv sank. Denn diese wird von demselben neuronalen Netzwerk wie die Schmerzverarbeitung gesteuert. Wie lange diese strukturellen Veränderungen bestehen bleiben, ist noch nicht geklärt.
Frühere Untersuchungen an Menschen haben gezeigt, dass auch in unserem Gehirn die Nerven-Netzwerke für Belohnung – und Motivation – und jene für Schmerzverarbeitung im Nucleus accumbens überlappen. Die Autoren halten es daher für wahrscheinlich, dass bei Menschen ähnliche neuronale Veränderungen bei chronischen Schmerzen entstehen und die Ursache der Antriebslosigkeit sind. Dies könnte auch erklären, warum Schmerzpatienten psychotherapeutische Behandlungen oft abbrechen. Ihnen fehlt nicht der Wille zur Veränderung, sondern ihr Gehirn liefert keinen Motivationsschub.
¹ Science 345, 513–514 sowie 535–542 (2014).
Dienstag, 5. August 2014
Gestaltwahrnehmung und Intelligenz.
Albrecht E. Arnold, pixelio.de
aus derStandard.at, 4. August 2014, 18:35
Wenn ein flüchtiger Blick nicht mehr reicht
Im
Alter nehmen viele Fähigkeiten ab, zwei davon hängen direkt miteinander
zusammen: Intelligenz und die rasche Wahrnehmung kurzer, visueller
Informationen
Edinburgh - Selbst schlaue Köpfe werden im Alter deutlich langsamer: Ihre Denkfähigkeit sinkt, sie sind nicht mehr so schnell wie früher beim Erfassen von komplexen Zusammenhängen. Langsamer werden sie aber auch bei der visuellen Wahrnehmung. Ein flüchtiger Blick reicht oft nicht mehr, um über die gesehenen Informationen hundertprozentig sicher zu sein.
Beide Entwicklungen sind seit langer Zeit bekannt. Dass sie eng miteinander verbunden sind, haben nun erstmals Wissenschafter der University Edinburgh anhand einer besonders aufwändigen, mehrjährigen Studie mit 628 gesunden älteren Menschen herausgefunden.
Die Testpersonen unterzogen sich im Alter von 70, 73 und 76 Jahren einem Intelligenztest. Die Wissenschafter untersuchten dabei aber auch die "visual inspection time", also die Zeit, die die Studienteilnehmer brauchten, um sich über eine visuelle Wahrnehmung sicher zu sein. Die Testpersonen sahen ein kurz aufblitzendes Bild von einer geometrischen Form und mussten danach so schnell wie möglich entscheiden, welche von zwei möglichen Formen sie gesehen hatten. Die Ergebnisse der Studie, die in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins "Current Biology" publiziert wurden, zeigten eine deutliche Korrelation zwischen der Abnahme der Intelligenz und der Zunahme der "inspection time".
"Überraschend war, wie stark die beiden Fähigkeiten zusammenhängen, weil Intelligenz und die Zeit für das Erfassen visueller Eindrücke zwei völlig unterschiedliche Parameter sind", wird der Erstautor der Studie, Stuart Ritchie, in einer Aussendung zitiert.
Eine Art Biomarker
Der Wissenschafter zieht aber auch schon weitere Schlüsse: "Menschen, die im Alter ihr Denkvermögen weitgehend behalten, können Informationen über flüchtige Blicke besonders schnell erfassen." Die "inspection time" könnte also, sagt Ritchie, eine Art Biomarker für die Abnahme der Denkfähigkeit im Alter sein.
Die Forscher hoffen auf Basis dieser Erkenntnisse, dass ihr Test als Software entsprechend vereinfacht auch eine breitere Anwendung finden könnten. Dabei könnte man Kinder, Erwachsene, aber auch Patienten testen, die an Demenz leiden. "Das wäre mit Sicherheit wesentlich einfacher als komplizierte, langwierige IQ-Tests", sagt Ritchie. (pi)
Abstract
Current Biology: "A strong link between speed of visual discrimination and cognitive ageing"
Nota.
Das intuitive "Verstehen" ganzer Bilder auf einen Schlag - im Unterschied zur synthetischen Konstruktion aus einzelnen Elementen - nennt man Gestaltwahrnehmung. Intuitionisten 'denken' schneller als andere, und dass das etwas mit Intelligenz 'zu tun hat', liegt nahe. Nur dass Gestaltwahrnehmung Intelligenz ist, wäre zu hoch gegriffen, sie scheinen beide doch zu heterogen. Aber die eine als 'Indikator' der anderen - kommt das in Frage?
Wobei sich auch gleich die Frage stellt, ob man Gestaltwahrnehmung - etwa durch das Ansehen schöner Bilder - trainieren kann. Würde das zugleich die Intelligenz steigern? Das wäre aber mehr als nur 'Indikation'.
JE
Montag, 4. August 2014
Ein Grinsen ohne Katze.
Quanten-Version einer "Cheshire-Katze" erzeugt
Physiker trennen erstmals ein Teilchen von einer seiner Grundeigenschaften
Doch in der Quantenwelt gelten andere Regeln, wie Tobias Denkmayr von der Technischen Universität Wien und seine Kollegen erklären: "Es kann der überraschende Effekt auftreten, dass die Position eines Systems von einer seiner Eigenschaften getrennt wird." Übertragen auf Quantenteilchen in einem geteilten Strahlengang bedeutet dies: Die Katze reist den einen Strahlengang entlang, ihr Grinsen den anderen.
Neutronenstrahlen auf zwei Wegen
Um diesen Effekt experimentell nachzuweisen, nutzen die Forscher die Neutronen-Interferometrie. Bei dieser wird ein Neutronenstrahlen an einem Siliziumkristall in zwei kohärente Teilstrahlen getrennt. Diese laufen unterschiedliche Wege entlang und treffen dann wieder aufeinander. Treten dabei in einem der Strahlen Störungen auf, lässt sich dies am Interferenzmuster des zusammengeführten Strahls ablesen.
Das
Prinzip des Experiments: Im Strahlengang nehmen Katze (Neutronen) und
Grinsen(magnetisches Moment) einen unterschiedlichen Weg.
Magnetisches Moment hier, Neutronen da
Tatsächlich zeigte sich im Experiment der erhoffte Effekt: Angelegte zusätzliche Magnetfelder zeigten nur in einem der beiden Strahlengänge Wirkung. Demnach war nur in diesem Teilstrahl ein magnetisches Moment präsent. Umgekehrt ließen sich nur im anderen Strahl Neutronen nachweisen, wie die Forscher berichten. Dieses System verhalte sich damit so, als wenn die Teilchen und ihr Merkmal voneinander getrennt wären – wie eine quantenphysikalische Cheshire-Katze.
Wie die Forscher betonen, ist dieser Effekt dabei nicht spezifisch: Das Phänomen der Quanten-Cheshire-Katze sei auf jedes Quantenobjekt anwendbar. Entscheidend dafür ist nur, dass das System dabei durch schwache Messungen nur gerade so leicht gestört wird, dass diese scheinbare Trennnung auftritt.
Nach Ansicht von Denkmayr und seine Kollegen könnte sich die quantenphysikalische Variante der Cheshire-Katze durchaus als nützlich auch für praktische Anwendungen erweisen. So könnte damit beispielweise in der Metrologie oder Quantentechnologie das störende magnetische Moment entfernen, wenn eine andere Eigenschaft des Teilchens hochpräzise und ohne Störungen gemessen werden soll. (Nature Communications, 2014; doi: 10.1038/ncomms5492)
(Nature, 30.07.2014 - NPO)
Die Neutronenquelle, mit der die Forscher ihre Quantenversion der Cheshire-Katze erzeugten.
aus derStandard.at, 29. Juli 2014, 18:53
Verblüffendes Quantenexperiment
Die Katze verschwindet, ihr Grinsen bleibt
Wiener Experimentalphysiker bauen ein System, in dem Teilchen und ihre Eigenschaften räumlich getrennt werden
Wien - Die Quantenmechanik hat den Menschen schon einige Erkenntnisse beschert, die einer intuitiven Auffassung von physikalischen Vorgängen entgegenläuft. Sie beschreibt Teilchen, die durch eine Barriere "tunneln", an der sie eigentlich abprallen sollten. Unteilbare Einheiten nehmen plötzlich zwei Wege gleichzeitig. Und Messungen verändern den Zustand des gemessenen Systems und führen zu immer neuen Ergebnissen.
Am Atominstitut der TU Wien haben Quantenphysiker nun ein weiteres quantenmechanisches Phänomen bewiesen, das der von der makroskopischen Welt geprägten Erfahrung des Menschen grundsätzlich entgegenläuft. Yuji Hasegawa, Leiter einer Forschungsgruppe für experimentelle Quantenphysik, hat mit seinen Kollegen ein System geschaffen, in dem Teilchen von ihren Eigenschaften getrennt werden.
In einem Neutronenstrahl, der auf zwei Teile aufgeteilt wird, nehmen die Teilchen den einen Weg, ihr magnetisches Moment, ihr Spin, kann aber im anderen Weg nachgewiesen werden, erklärt Hasegawa, der mit Tobias Denkmayr, Hermann Geppert und Stephan Sponar in der Wiener Gruppe an dem Versuch arbeitete.
In ihrer Arbeit, die am Dienstag im Fachjournal "Nature Communications" erschien, vergleichen die Wissenschafter das Phänomen mit der Grinsekatze aus Lewis Carolls Alice in Wunderland. Die Grinsekatze in Alices Fantasiereich kann verschwinden. Ihre Eigenschaft, das Grinsen, bleibt aber bekanntlich zurück.
Traditionsreiche Neutroneninterferometrie
Experimente in den Bereichen Quantenkommunikation und -informationsverarbeitung arbeiten zumeist mit masselosen Lichtteilchen. Die Quanten-Grinsekatze von Hasegawa und Kollegen wurde dagegen mit Hilfe der Interferometrie massiver Teilchen - Neutronen - nachgewiesen. Die Neutroneninterferometrie hat am Wiener Atominstitut, wo sie in den 1970er-Jahren mithilfe des Versuchsreaktors im Prater entwickelt wurde, große Tradition.
Die Methode lässt experimentell nachvollziehen, dass sich Teilchen den Gesetzen der Quantenphysik entsprechend in einer Überlagerung unterschiedlicher Zustände befinden können. - Was an eine berühmte Artgenossin der Quanten-Grinsekatze erinnert: Schrödingers Katze, die durch eine Überlagerung der Zustände zugleich tot und lebendig ist.
In einem Neutroneninterferometer wird ein Strahl von Neutronen durch einen Silizium-Kristall in zwei Strahlen aufgeteilt. Neutronen weisen keine elektrische Ladung auf, haben dafür aber ein magnetisches Moment. In dem Versuch wird dieser Spin der Neutronen so manipuliert, dass er in einem oberen Strahl in Flugrichtung zeigt, im unteren aber in die gegenläufige Richtung. Durch die einige Zentimeter voneinander getrennten Strahlen bewegen sich einige hundert Neutronen pro Sekunde, erklärt Hasegawa. Wenn man im unteren Pfad einen Filter einbaut, der einen geringen Anteil der Neutronen verschluckt, dann bleibt die Anzahl der am Ende gemessenen Neutronen mit Spin in Flugrichtung gleich. Baut man den Filter oben ein, sinkt die Zahl dieser Neutronen.
Allerdings kann man auch nur den Spin der Neutronen messen, in dem man ihn durch ein Magnetfeld leicht verändert, und die Auswirkungen beobachtet, die nach einer Überlagerung der Strahlen entstehen. Und siehe da: Der magnetische Einfluss, der den vorwärtsgerichteten Spin verändern soll, hat am oberen Strahl keine Auswirkungen. Am unteren Strahl, dort wo sich eigentlich keine Neutronen mit Vorwärts-Spin aufhalten, löst das Magnetfeld aber eine Veränderung aus. Das System verhält sich also so, als wären Teilchen räumlich von ihren Eigenschaften getrennt.
Anwendung bei hochpräzisen Messungen
Eine Anwendung könnte die Quanten-Grinsekatze bei hochpräzisen Messungen finden, die auf dem Prinzip der Quantenüberlagerung beruhen. "Wenn ein Quantensystem eine Eigenschaft hat, die man messen will, und eine andere, die das System anfällig gegen Störungen macht, kann man mit einer Quanten-Grinsekatze beides trennen und so möglicherweise die Beeinträchtigung des Experiments durch die Störung minimieren", erklärt Stephan Sponar aus Hasegawas Gruppe.
Das Experiment wurde an der Neutronenquelle des Instituts Laue-Langevin in Grenoble durchgeführt, wo die Wiener Forscher eine eigene Messstation betreiben, an der sie mehrmals im Jahr Experimente durchführen. Der Versuch stellt den ersten experimentellen Nachweis einer Theorie dar, die von Yakir Aharonov und dessen Team an der Universität Tel Aviv vorgeschlagen wurde. (pum)
Abstract
Nature Communications: Observation of a quantum Cheshire Cat in a matter-wave interferometer experiment
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