Giulio Tononi

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Giulio Tononi (2005)

Giulio Tononi (* Trient, Trentino-Südtirol) ist ein italienischer Facharzt für Psychiatrie und Neurowissenschaftler.

Er hat eine Professur für Psychiatrie an der Universität Madison-Wisconsin und leitet das dortige Center for Sleep and Consciousness. Tononi entwickelte mit Chiara Chirelli die Synaptic Homeostasis Hypothesis (synaptische Homöostase-Hypothese), welche besagt, dass der Tiefschlaf dazu notwendig sei, ein Grundniveau der synaptischen Aktivität wiederherzustellen. Sein zweiter Forschungsgegenstand handelt davon, wie Bewusstsein zustande kommt; Tononi entwickelte dazu die Integrated Information Theory (Theorie der integrierten Information).

Biografie[Bearbeiten]

Tononi studierte Medizin und spezialisierte sich im Fachgebiet Psychiatrie an der Scuola Superiore Sant'Anna in Pisa. Dort erwarb er auch einen PhD in Neurobiologie und promovierte mit einem Thema über die Regulation des Schlafes. Vor seinem Wechsel nach Madison forschte er am Neurosciences Institute in New York und in San Diego.[1]

Synaptic Homeostasis Hypothesis[Bearbeiten]

„Im Wesentlichen ist der Schlaf der Preis, den wir für die [neuronale] Plastizität zahlen müssen…“

G. Tononi und C. Cirelli[1]

Dieser Theorie zufolge werden im Wachzustand Informationen in die Netzstrukturen der Nervenzellen eingearbeitet, d. h. die Synapsenstärke nimmt zu, und es entstehen auch synaptische Neuverknüpfungen. Dies geschieht durch die sog. Langzeitpotenzierung. Im Tiefschlaf (genauer: im Non-REM-Schlaf) kommt es aber zu einer Art Gleichschaltung gewisser neuronaler Gruppen, die sich durch langwellige Potentiale (im EEG treten die sog. Delta-Wellen auf) bemerkbar macht und dafür verantwortlich ist, dass die Synapsenverbindungstärke und -anzahl wieder abnimmt (synaptic downscaling). Dadurch, dass nur die stärker potenzierten Synapsen überleben, werde Wichtiges von Unwichtigem selektiert.[2][3][4][5][6]

Integrated Information Theory[Bearbeiten]

„Jeder weiß, was Bewusstsein ist: Es ist das, was jede Nacht verschwindet, sobald wir in einen traumlosen Schlaf fallen, und wiederkommt, sobald wir aufwachen oder träumen. So gesehen ist der Begriff Bewusstsein synonym mit Erleben.“

G. Tononi 2012[7]

Dieser Theorie zufolge entsteht Bewusstsein dann, wenn ausreichend „integrierte“ Information vorliegt. Zu seinem Begriff der Integration führt Tononi den folgenden Vergleich an: Vor einen Bildschirm, welcher abwechselnd hell aufleuchtet und dunkel wird, können sowohl ein Mensch als auch eine Photodiode, etwa in einer Kamera, die beiden Zustände erkennen. Der Unterschied liegt darin, wie viel Information erzeugt wird: Die Photodiode erkennt 'hell' oder 'dunkel' und erzeugt so 1 bit Information. Ein Mensch unterscheidet 'hell' nicht nur von 'dunkel', sondern von einer ungeheuren Vielzahl von anderen Möglichkeiten, z. B. einem roten Bildschirm, einem grünen Bildschirm, einem Filmeinzelbild, einem Geräusch, einem Gedanken usw.. Während die zahllosen Photodioden einer Kamera voneinander unabhängig arbeiten, fällt das menschliche Gehirn seine Unterscheidungen als integriertes System. Wie sehr man es auch versucht, man kann die bewusste Wahrnehmung beispielsweise eines roten Apfels nicht auf separate Empfindungen seiner Farbe und seiner Form reduzieren.[7] Tononi bezeichnet das Ausmaß integrierter Information als Φ (Phi); wenn alle Einzelkomponenten unabhängig voneinander arbeiten, ist Φ = 0.

Tononi schreibt[8]: „Unter Verwendung von Computersimulationen [kann] gezeigt werden, dass hoch integrierte Information ein Netzwerk benötigt, welches funktionelle Spezialisierung mit funktioneller Integration verbindet. Genau diese Art der Architektur ist charakteristisch für das thalamokortikale System bei Säugetieren: Verschiedene Teile der Großhirnrinde sind auf verschiedene Funktionen spezialisiert: von der Ebene der Hirnlappen zu den Arealen, den Neuronengruppen, und vielleicht sogar bis hinunter zu den einzelnen Neuronen. Daneben existiert ein breites Netzwerk von Verbindungen, welches diesen Teilen erlaubt, untereinander zu interagieren… So stimmt das mit der Beobachtung überein, dass das thalamokortikale System genau jener Part des Zentralnervensystems ist, dessen schwere Beschädigung einen Bewusstseinsverlust nach sich zieht. Umgekehrt ist der Wert für ‚Integrierte Information’ in Systemen niedrig, die auf kleinen, quasi-unabhängigen Modulen aufgebaut sind. Dies wird der Grund sein, warum das Kleinhirn trotz seiner immensen Anzahl von Neuronen kaum etwas zur Bewusstseinsentstehung beiträgt.“

Tononi und Gerald M. Edelman zufolge ist ein Reentry-Mechanismus einzigartiges Merkmal der Integration.[9]. Reentrante Signale innerhalb der Großhirnrinde oder zwischen Großhirnrinde und Thalamus sollen einen kohärenten Prozess aus aktiven Neuronen etablieren, der insgesamt stabil sei, obwohl sich seine neuronale Zusammensetzung unablässig verändere. Solche sich selbst erhaltende dynamische Prozesse innerhalb des thalamokortikalen Systems seien von beträchtlicher Bedeutung für das Verständnis des Bewusstseins. Um bewusstes Erleben aufrechtzuerhalten, müsse der funktionale Cluster außerdem hoch komplex sein. Solche Cluster, von Tononi und Edelman als flexibles oder dynamisches Kerngefüge (dynamic core) bezeichnet, gebe es größtenteils, wenn auch nicht ausschließlich im thalamokortikalen System.

Dem US-amerikanischen Neurowissenschaftler Christof Koch zufolge könne man die IIT als wissenschaftliche Form des Panpsychismus ansehen.[10]

Auszeichnungen[Bearbeiten]

Im Jahre 2005 erhielt Tononi den NIH Director’s Pioneer Award für seine Arbeit an den Mechanismen und Funktionen des Schlafes; im Jahre 2008 erhielt er den David P. White Chair in Sleep Medicine und den Distinguished Chair in Consciousness Science.

Weblinks[Bearbeiten]

Quellen und Einzelnachweise[Bearbeiten]

  • Tononi G: Consciousness as integrated information: a provisional manifesto. [4] Biol Bull. 2008 Dec;215(3):216-42.
  • Balduzzi D, Tononi G: Integrated information in discrete dynamical systems: motivation and theoretical framework. PLoS Comput Biol. 2008 Jun 13;4(6) [5]
  • Tononi G: An information integration theory of consciousness. BMC Neurosci. 2004 Nov 2;5:42. [6]
  • Giulio Tononi: Phi: A Voyage from the Brain to the Soul. Pantheon Books, 2012. ISBN 030790721X
  1. a b http://tononi.psychiatry.wisc.edu/People/GiulioTononi.php
  2. Tononi G, Cirelli C: Sleep function and synaptic homeostasis. (PDF; 305 kB) Sleep Med Rev. 2006 Feb;10(1):49-62. Epub 2005 Dec 22. Review.
  3. Tononi G, Cirelli C: Sleep and synaptic homeostasis: a hypothesis. Brain Res Bull. 2003 Dec 15;62(2):143-50.
  4. Susanne Engelmann: Prozedurale Gedächtniskonsolidierung während Schlaf- und ruhiger Wachperioden am Tag. (PDF Dissertation, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg i. Br. 2010n
  5. U. Gebhardt: Schlaf, Kindlein, schlaf! Altersabhängige Veränderungen des Schlafmusters und der Schlafdauer. NZZ 27. Oktober 2010
  6. U. Gebhardt: Schlaf: Großreinemachen im Kopf. Tagesspiegel, 18. November 2010
  7. a b Tononi G: Integrated information theory of consciousness: an updated account. [1] Arch Ital Biol. 2012 Jun-Sep;150(2-3).
  8. Tononi G: Information integration: its relevance to brain function and consciousness. [2] Arch Ital Biol. 2010 Sep;148(3):299-322.
  9. Gerald M. Edelman, Giulio Tononi und Susanne Kuhlmann-Krieg: Wie aus Materie Bewusstsein entsteht. Gehirn und Geist, 20. Februar 2002
  10. Koch C: A „Complex“ Theory of Consciousness: Is complexity the secret to sentience, to a panpsychic view of consciousness? Scientific American Mind, Juli/August 2009 [3]