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Neurowissenschaft und Ethik

Die hier vorgestellten Projekte umfassen alle aus den Bereichen Neurowissenschaft (vorab historische Aspekte), Neuroinformatik, Neuroethik und Ethik von Neurotechnologien - darunter auch die empirischen Arbeiten während meiner Dissertation.

Projekte können sich in Teilprojekte gliedern, die jeweils separat vorgestellt werden.

(Text vom 03.03.14)

WIRD DERZEIT NICHT AKTUALISIERT, SIEHE WEBSITE DER NET-FORSCHUNGSGRUPPE

 

 

Aufgegleiste Projekte:

  • Die neue Hirntoddebatte

Laufende Projekte:

  • Hirnläsionen und Moralverhalten
  • Bedeutung neurowissenschaftlicher Erkenntnisse für die Ethik
  • Tiefe Hirnstimulation
  • Methodische Fragen der Bildgebung
Abgeschlossene Projekte:
  • Entstehung der sozialen Neurowissenschaften.
  • Neuronale Kodierung und Computation
  • Geschichte der Hirn-Computer-Analogie
  • Cochlea-Implantate

 

Die neue Hirntod-Debatte (und andere Themen der Transplantationsmedizin)

Dieses Projekt resultiert aus meiner Tätigkeit für das Bundesamt für Gesundheit. In wichtigen Informationsfeldern, namentlich „Hirntod“ (Kriterium, Todesfeststellung) und Donation after Cardiac Death (DCD), sind in den letzten Jahren verstärkt Diskussionen und Kontroversen entstanden. Dazu habe ich einen strukturierten Überblick zur internationalen Fachdiskussion mit Schwerpunkt auf medizinische Aspekte, aber auch unter Berücksichtigung ethischer Fragen erstellt. Dies ist nur ein intern zugänglicher Report. Dasselbe gilt auch für eine BAG-Studie über Praktiken von Transplantationsregistern.

Die Thematik wurde aber auch in anderen Arbeiten aufgenommen, die hier ebenfalls aufgelistet sind.

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Projekt: Der „unmoralische Patient“ – eine kritische Analyse des Einsatzes hirnverletzter Personen in der empirischen Moralforschung
 

Fragestellung: Patienten sind nicht nur Objekte von Menschenbildern dahingehend, dass solche Bilder den Umgang mit Personen im medizinisch-klinischen Alltag prägen. Patienten können auch konstitutiv an der Ausgestaltung von Menschenbildern mitwirken, indem sie in Forschungen eingebunden werden, die Auskunft über biologische Grundlagen der conditio humana geben. Dies zeigt sich in besonderem Masse bei der Einbindung hirnverletzter Personen in Studien über die Grundlagen des menschlichen Sozialverhaltens. Exemplarische Beispiele sind Untersuchungen an Patienten mit Läsionen im präfrontalen Kortex, die in jüngster Zeit in den Fokus der empirischen Moralforschung gerückt sind. Wir analysieren anhand dieses Beispiels die Fragestellung, welche Vorstellung von Moralität durch die Einbindung hirnverletzter Personen in solche Forschungen gestützt wird und welche Unterschiede zwischen dieser Vorstellung und der Wahrnehmung des Verhaltens dieser Personen im Kontext der neurologischen Diagnostik bestehen.

Methode: Wir verwenden zwei Zugänge zur Untersuchung unserer Fragestellung: Zum einen wird die aktuelle Literatur im Bereich der empirischen Moralforschung, in der Personen mit präfrontalen Verletzungen als Probanden auftreten, einer genauen Analyse hinsichtlich der verwendeten Methoden (z.B. solche der experimentellen Ökonomie) und der aus deren Einsatz gezogenen Schlussfolgerungen im Hinblick auf die Moralität der Versuchspersonen unterzogen. Zum anderen wird anhand eines exemplarischen Falls (Patient G.) mittels Rekonstruktion von dessen Fallgeschichte aufgezeigt, mit welchen narrativen Elementen dessen Moralität medizinisch problematisiert wurde.

Ergebnisse: Wir zeigen, dass die aktuelle empirische Moralforschung unter Einbezug hirnverletzter Probanden eine Vorstellung von Moralität stützt, die sich eng an theoretische Unterscheidungen der normativen Ethik anlehnt – etwa indem solche Patienten „utilitaristischer“ entscheiden würden. Nebst damit verbundenen methodischen Problemen, die in unserer Untersuchung dargelegt werden, ergibt der Vergleich mit der Fallrekonstruktion, dass das damit vermittelte Bild von Moralität den tatsächlichen, moralisch problematisierten Verhaltensauffälligkeiten in der Diagnostik nur bedingt gerecht wird. Basierend auf diesem Ergebnis präsentieren wir das Konzept einer Umfrage, mit der unter Verhaltensneurologen und Neuropsychologen untersucht werden soll, ob und inwieweit aktuelle Forschungen im Bereich der Sozialen Neurowissenschaften die Diagnostik hirnverletzter Menschen beeinflusst.

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Thema Tiefe Hirnstimulation

Klinische und ethische Aspekte der Tiefen Hirnstimulation bei Bewegungsstörungen: eine weltweite Umfrage bei führenden Forschern

Das Projekt wird von der Stiftung Parkinson Schweiz unterstützt

Das Forschungsprojekt „Klinische und ethische Aspekte der Tiefen Hirnstimulation (deep brain stimulation, DBS) bei Bewegungsstörungen“ soll mittels einer internetbasierten, weltweiten Umfrage in der „DBS community“ Daten zu klinischen und ethischen Aspekte der Anwendung dieses Verfahrens bei Bewegungsstörungen (insbesondere Parkinson) erheben. Diese Daten sollen eine Einschätzung wichtiger derzeitiger Kontroversen der Anwendung dieses Verfahrens durch jene Wissenschaftler erlauben, die in der sich über knapp 20 Jahren erstreckenden Forschungsliteratur präsent gewesen sind – die also das gesammelte klinische Wissen aus unterschiedlichen Fachgebieten (insbesondere Neurologie, Neurochirurgie/ Stereotaxie, Psychiatrie und Neuropsychologie) repräsentieren.

Eine solche Umfrage ist nicht nur wissenschaftlich relevant und innovativ (unseres Wissens wurde eine derartige Umfrage bislang nicht durchgeführt). Dadurch lassen sich auch wichtige, patientenrelevante Informationen gewinnen – etwa mit Blick auf die Gestaltung der informierten Zustimmung, die Einschätzungen eines in der Literatur diskutierten „satisfaction-gap“ (die These, dass die in der Literatur publizierten Scores zu Quality of Life etc. nicht die tatsächliche Zufriedenheit der operierten Patienten widerspiegele) oder der Auswahlkriterien für Patienten. Da die Anwendung der Tiefen Hirnstimulation derzeit weltweit stark zunimmt und auch in der Schweiz zunehmend zu einer Option für Patienten (nicht nur für Parkinson-Patienten) wird, sind die durch die Umfrage erhobenen Daten auch für die weitere Entwicklung und Implementierung dieses Verfahrens im hiesigen Kontext relevant.

Die Umfrage basiert auf einer umfassenden Meta-Studie der gesamten Literatur zur Tiefen Hirnstimulation im Nucleus subthalamicus (dem heute bevorzugten Zielgebiet der Tiefen Hirnstimulation bei Parkinson), die derzeit vom Antragsteller (zusammen mit einem schweizerisch-deutschen Team) umgesetzt wird und von der Schweizerischen Akademie für Medizinische Wissenschaften unterstützt worden ist (siehe dazu Punkt 1.3). Im Zug dieser Untersuchung ist eine Datenbank von mehr als 1600 Forschenden weltweit erstellt worden, die in den vergangenen Jahren zu diesem Thema aus unterschiedlichster Perspektive publiziert haben. Damit steht eine sehr gute Basis für die Durchführung dieser Umfrage zur Verfügung.

 

 Partner:

  • Hans-Werner Bothe (Neurochirurgie, Universitätsklinikum Münster)
  • Peter Brugger (Neuropsychologie, Universitätsspital Zürich)
  • Sabine Müller (Neuroethik, Universitätsklinikums Aachen. NEU: Mind and Brain Institute Berlin, Link funktiooniert noch nicht)


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Thema Tiefe Hirnstimulation

SAMW-Projekt: Auswirkungen der Tiefen Hirnstimulation auf die moral agency: Entwicklung einer Methodik zur Problemerfassung und -validierung
 

Das Projekt wird von der Schweizerischen Akademie der Medizinischen Wissenschaften unterstützt

Die Tiefe Hirnstimulation (deep brain stimulation, DBS) entwickelte sich in den vergangenen Jahren zu einem breit angewendeten Verfahren für die Therapie von Bewegungsstörungen (Parkinson, Dystonie etc.) und wird für die Behandlung zahlreicher weiterer (vorab psychiatrischer) Krankheiten (Zwangsstörungen, Depression etc.) experimentell geprüft. Dieses Verfahren gilt als neuer Ansatz für die Therapie von medikamentös nicht mehr zugänglichen Störungen in neuronalen Regulationssystemen. Zugleich häufen sich jedoch (anekdotische) Berichte über Verhaltensänderungen bei den Betroffenen als Folge dieser Intervention, die teilweise sogar die moral agency der Betroffenen – also deren Fähigkeit, moralisch zu handeln – zu beeinflussen scheint. Solche Veränderungen des Handelns und Verhaltens sind schwierig zu erfassen, zumal sie in sozialen Interaktionen zum Tragen kommen und Selbst- wie Fremdbeurteilung eine Rolle spielen.

Das Projekt strebt die Entwicklung einer neuen Methode zur Erfassung solcher komplexer Verhaltensänderungen an, welche die Begrenzungen herkömmlicher Ansätze für die Erfassung der moral agency (z.B. das Kohlberg-Paradigma) überwinden und dennoch komparable Resultate ermöglicht. Dieses Ziel soll mittels zwei Schritten erreicht werden.

  1. In Form einer Meta-Studie soll die aktuelle Literatur über die Anwendung von DBS für unterschiedliche Indikationen kritisch geprüft werden. Dabei soll insbesondere untersucht werden, welche Formen „komplexer“ Verhaltensauffälligkeiten in den Studien thematisiert werden, welche Methoden zur Untersuchung dieses Phänomens Anwendung finden und welche Resultate dabei gewonnen werden. Damit soll das Ausmass der Problematik komplexer, nicht intendierter Verhaltensveränderungen aufgrund von DBS genauer abgeschätzt werden.

  2. Basierend auf dem Serious-Game-Ansatz soll ein neues Verfahren zur Erfassung solcher Verhaltensveränderungen entwickelt werden. Grundidee ist die Nutzung von Computerspielen als „Messinstrument“, das einen komplexen aber reproduzierbaren Parameterraum erzeugt. Durch das Spielen eines für dieses Problem angepassten Computerspiels wird gewissermassen ein „moralisches Profil“ der Spieler erfasst – wobei aber nicht eine „absolute“ Aussage über den „moralischen Charakter“ einer Person (etwa im Sinne des Stufenmodells von Kohlberg) gewonnen werden soll, sondern dessen Veränderung aufgrund der Modifikation interner (Spielparameter) und externer (Patientenzustand, z.B. mit/ohne Stimulation) Faktoren eruiert werden soll. Der Spielcharakter hat zudem ein motivierendes Element – ein für die Arbeit mit Patienten zentraler Aspekt. DIESER TEIL HAT SICH ZU EINEM EIGENSTÄNDIGEN PROJEKT WEITERENTWICKELT UUND WIRD HIER NICHT WEITER THEMATISIERT. 

Eingebunden ist dieses Projekt in eine laufende Nationalfonds-Studie zur theoretischen Erfassung von moral agency – basierend auf Forschungen in Bereichen wie social cognitive neuroscience und Moralpsychologie und unter Berücksichtigung philosophischer Erkenntnisse. Partner ist hier die Abteilung Neuropsychologie des Universitätsspitals Zürich und das Graduiertenprogramm für interdisziplinäre Ethikforschung der Universität Zürich. Weiter sind Forschungsgruppen der Universitätskliniken Münster und Aachen, in welchen DBS durchgeführt werden und welche bereits auf das Problem der Beeinflussung von moral agency durch DBS hingewiesen haben, am Projekt beteiligt. Damit ist einerseits ergänzendes Fachwissen zur Durchführung der Meta-Studie vorhanden und andererseits gesichert, dass bei der Konzeption des Serious Games der Aspekt der Patienten-Compliance berücksichtigt wird. Schliesslich ist die Gruppe „Serious Game Design“ der Zürcher Hochschule der Künste am Projekt beteiligt – eine der europaweit wenigen Gruppen, welche im Bereich Serious Games arbeitet.

Das Projekt ist damit in zweifacher Hinsicht ethisch relevant: Zum einen ist es angesichts der innerhalb weniger Jahre stark gestiegenen Anzahl von DBS-Behandlungen sowie der Ausweitung der Indikationen für DBS auf psychiatrische Krankheiten eminent wichtig, allfällig damit einhergehende Auswirkungen auf die (moralische) Persönlichkeit der Betroffenen methodisch gesichert erfassen zu können und damit einer medizinethischen Bewertung zugänglich zu machen. Zum anderen liefert das Projekt einen Beitrag zur empirischen Untersuchung von moralischem Handeln und Verhalten, welcher der Komplexität dieses Phänomens angemessener ist als bisherige Ansätze. (Stand des Textes: März 2008).

   Partner:
  • Hans-Werner Bothe (Neurochirurgie, Universitätsklinikum Münster)
  • Peter Brugger (Neuropsychologie, Universitätsspital Zürich)
  • Sabine Müller (Neuroethik, Universitätsklinikums Aachen. NEU: Mind and Brain Institute Berlin, Link funktiooniert noch nicht)
  • Ulrich Götz (Game-Design, Zürcher Hochschule der Künste)

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Kleinprojekt: The conditions of informed consent regarding technical interventions in the brain

Informed consent is today the standard in research and medical ethics regarding interventions in subjects and patients. Without consent, medical interventions are allowed only exceptionally and research is usually restricted to studies that provide minimal risk for subjects. The concept of informed consent is tightly connected to the concepts of autonomy – one of the four prominent principles of medical ethics – and agency as an anthropological pre-condition of being human.

Technical interventions in the brain constitute a special class of actions in which the case of informed consent is worth considering, as the “normal functioning” brain is usually considered as the “infrastructure” of both human autonomy and agency. Surely, from an anthropological standpoint, technical interventions in the human body and the brain can be seen as a contemporary expression of the typically human urge to form its own body and mind after its own intentions. But as the new techniques also are considered as a treatment for psychiatric disorders, the notion of informed consent becomes a problematic term in two ways: First, one has to treat the questions how mentally ill people can make autonomous decisions in their own best interest. Second, by the use of brain stimulation, the entire psyche (briefly called the “self”) risks to be deeply altered – here one will find similarities to psychopharmacology.

Our contribution intends to analyze these two questions in order to clarify the conditions of informed consent regarding technical interventions in the brain. To do so, we will – in a first step – provide a short overview of the current state of brain stimulation technologies with focus on their use for psychiatric disorders. In a second step, we investigate whether the concept of autonomous agency of a subject, that is equipped with a deep brain stimulator, is at stake. This question has to be analyzed both conceptually – by outlining the main components of autonomous agency – and by focusing on the real-world interactions between patients and medical experts, where “agency” comes to work. In latter, the “theory” of agency meets both the will of the patient to gain back more control over his or her life and the desire of the medical expert to improve his or her tool. In this way, we – in a third step – will argue that deep brain stimulation may even help to clarify the concept of informed consent in respect to psychiatric disorders. We base this hypothesis on the technological character that is brought into the relationship between patient and medical expert. Clearly definable stimulation profiles are applied to the patient and allow the assessment of their (innate) effects on the “self” of the patient by analyzing their reports. This “clarification” of the self – and analogously the increased usability of concepts like “informed consent” –, however, comes with a price, as a “modular view” of the self is promoted, whose components incorporated in the brain, the “infrastructure of the self” are – if malfunctioning – target of a technological intervention.

 

 

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Projekt: Farbeinsatz im Neuroimaging – Bildtheoretischen und wahrnehmungspsychologische Aspekte der Farbkodierung in der funktionellen Bildgebung

Unterstützt durch die Cogito Foundation. Projektstart im November 2009

Das Neuroimaging hat sich in den vergangenen Jahren zu einem zentralen Instrument der Hirnforschung entwickelt. Von Interesse sind für uns jene Verfahren, deren Bilder Theorien über funktionelle Beziehungen für z.T. komplexe psychische Phänomene stützen. Wir konzentrieren uns auf fMRI, PET, diffusion tensor MRI und die kortikale Kartierung von mittels EEG und MEG erzeugten Daten – Verfahren, in denen Fehlfarben eine zentrale Rolle bei der Darstellung der Ergebnisse haben. Zudem liefert Neuroimaging das Bildmaterial, das zur Popularisierung und Medialisierung der Hirnforschung notwendig gewesen war. Augenfällig für den unvoreingenommenen Betrachter ist dabei die Farbenprächtigkeit, die solche Bilder oft auszeichnet – nicht nur in populärwissenschaftlichen Darstellungen, sondern auch in der Fachliteratur.

Dieser Befund stellt die Frage nach der Art des Farbeinsatzes, ihre Bedeutung und der beabsichtigten Wirkung beim Betrachter unter Berücksichtigung der Ikonografie des wissenschaftlichen Bildes, der Rolle und Einsatzformen von Farbe in solchen Bildern und wahrnehmungspsychologischer Aspekte. Im historischen Rückblick ist festzuhalten, dass noch in den 1990er Jahren innerhalb der imaging community eine Debatte hinsichtlich der Zulässigkeit des Farbeinsatzes in der Bildgebung stattfand. Es wurde eingeworfen, durch Farben würden kategoriale Unterschiede in kontinuierliche Messdaten (z.B. beim Mapping von BOLD-Werten auf eine Farbskala) eingeführt, welche zu Fehlinterpretationen Anlass geben könnten und die (psychologische) Wirkung unterschiedlicher Farben auf den Betrachter vernachlässige. Offensichtlich wurde dieser Einwand in den letzten Jahren über Bord geworfen, wobei sich aber kein Standard hinsichtlich des Einsatzes von Farbe in der Bildgebung entwickelt hat (Pilotstudie, siehe unten). Angesichts der grossen Bedeutung der Bildgebung sowohl in wissenschaftlicher Hinsicht als auch bezüglich der Popularisierung der Hirnforschung erscheint es unerlässlich, die Frage der Bedeutung von Farben im Neuroimaging genauer abzuklären.

Methodisch ist festzuhalten, dass die Frage des Farbeinsatzes in einen komplexen Prozess zur Datenerzeugung und -interpretation eingebunden ist. Konzeptionell lassen sich hier vier Stufen unterscheiden: Erstens das experimentelle Design (z.B. genaues experimentelles Paradigma), zweitens die Datengewinnung (der eigentliche Messprozess), drittens die Datenbearbeitung (z.B. Bestimmung von Signifikanzschwellen) und viertens die Darstellung der Daten. Die Frage des Farbeinsatzes dürfte sich vorab auf Stufe 4 stellen (aber evt. schon auf Stufe 3). Dabei ist klar, dass die Praxis der Herstellung der Bilder und der dabei verwendeten Software-Tools untersucht werden muss. Insgesamt stellen sich folgende Forschungsfragen, denen sich dieses Projekt widmen will

  • Wo und wie genau wird im Prozess der Datenanalyse der Einsatz welcher Farben definiert (Einfluss der verwendeten Programme)?
  • Hat sich eine Art „Standard“ hinsichtlich des Farbeinsatzes für unterschiedliche Bildkategorien (PET, fMRI, MRI) oder in unterschiedlichen Labors entwickelt?
  • Wie werden die früher vorgebrachten Einwände hinsichtlich Farbeinsatz heute beurteilt? Gibt es diesbezüglich Unterschiede bei verschiedenen scientific communities?
  • Lassen sich Unterschiede des Farbeinsatzes bei unterschiedlichen Zielgruppen der Bilder feststellen (z.B. Science/Nature vs. medizinische Fachzeitschriften)?
  • Welches Bewusstsein für die ikonografischen und psychologischen Aspekte der Farbgebung im Neuroimaging besteht bei den Anwendern?

Das Projekt untersucht einen in der Methodenkritik der Bildgebung oft vernachlässigten, für die öffentliche Rezeption der Neurowissenschaft aber umso zentraleren Aspekt. Durch das Projekt wird erstmals ein umfassender empirischer Überblick gegeben hinsichtlich der Art und Weise, wie Farbe im Neuroimaging eingesetzt wird. Diese Übersicht dient als Grundlage, um die Bedeutung wahrnehmungspsychologischer und ikonografischer Aspekte bei der Generierung von Hirnbildern mittels einer Umfrage erfassen zu können. Dadurch wird, wissenschaftstheoretisch reflektiert, ein Beitrag zur Methodenkritik der Bildgebung geliefert, der den verantwortungsbewussten Einsatz dieser Technologie unterstützt.

   Partner:
  • Deborah Ann Vitacco (Abteilung für Neuropsychologie, Universitätsspital Zürich)
  • Lara Huber (Institut für Geschichte, Ethik und Theorie der Medizin, Universität Mainz)
  • Julie Harboe (Forschung und Entwicklung des Institut Kunst der Hochschule Luzern)
  • Peter Brugger (Abteilung für Neuropsychologie, Universitätsspital Zürich)
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SNF-Projekt: Die neurobiologische Untersuchung des moral agent: Eine Spezifizierung aus philosophischer und kulturwissenschaftlicher Perspektive

Projekt wird unterstützt durch den Schweizerischen Nationalfonds

Die Suche nach „biologischen Grundlagen“ von sozialem Verhalten ist seit den 1990er Jahren wieder vermehrt Gegenstand der Neurowissenschaft geworden. Viele dieser Studien fokussieren direkt oder indirekt wesentliche Komponenten des moralischen Subjekts (moral agent) und zielen auf die Schaffung einer „Neurobiologie der Moral“. Diese Entwicklung stellt für die philosophische Ethik eine Herausforderung dar. Die durch obige Forschung vorgeschlagenen Modelle stellen die Rolle des rationalen Denkens zugunsten einer unbewussten Vorspurung der Entscheidungsfindung durch „moralische Stimuli“ zurück. Teilweise strebt diese Forschung programmatisch eine „Naturalisierung“ von Moral an. Zudem ist zu vermuten, dass die Frage nach der Determiniertheit moralischer Verhaltensdispositionen in der Hirnforschung mit grosser gesellschaftlicher Wirkmacht diskutiert werden dürfte – etwa hinsichtlich des erneuten Aufkommens einer unkritisch angewandten Psychochirurgie. Insgesamt bahnt sich damit eine Zweiteilung des Verhältnisses von Neurowissenschaft und Ethik entlang klassischer disziplinärer Grenzen an: eine neuroscience of ethics als Angelegenheit der empirischen Forschung und eine ethics of neuroscience als Aufgabe der Geisteswissenschaft. Eine solche Zweiteilung verkennt die gegenseitige Verschränkung der beiden Projekte, wie der Einbezug der Kulturgeschichte der Hirnforschung deutlich macht. Im vorgeschlagenen Forschungsprojekt soll deshalb ein Modell eines moral agent entwickelt werden, das den philosophischen und kulturwissenschaftlichen Einwänden Rechnung trägt. Dies geschieht in drei Schritten:

  1. Durch eine Rekonstruktion der aktuellen neuropsychologischen Forschung im Bereich „Neurobiologie der Moral“ aus der Perspektive der philosophischen Ethik soll ein Arbeitsmodell des moral agent resultieren.
  2. Durch eine Untersuchung des Diskurses über „Moral und Gehirn“ zu Beginn des 20. Jahrhunderts am Beispiel der Arbeiten von Constantin von Monakow soll die historische Verschränkung der empirischen und philosophischen Forschung über neurobiologische Grundlagen der Moral aufgezeigt werden.
  3. Durch eine Erfassung der aktuellen neuroethischen Debatte soll die Wechselwirkung der neurobiologischen Erfassung von Moral mit den aktuellen gesellschaftlichen Bedingungen dieses Projektes deutlich werden.
Das Projekt soll damit Möglichkeiten und Grenzen der neurowissenschaftlichen Untersuchung von moral agency offen legen, indem ansonsten getrennt operierende Disziplinen (Ethik, Kulturgeschichte der Hirnforschung, Neuropsychologie) kooperieren. (Stand des Textes: März 2007)
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Pilotstudie: Abklärung des möglichen Beitrags der Neurowissenschaft und der Verhaltensforschung zum Verständnis moralischer Orientierung
 

Die Suche nach biologischen Grundlagen von moralischem Verhalten ist in jüngerer Zeit vermehrt Gegenstand der Neurowissenschaft und Verhaltensforschung geworden. Im Rahmen des Schwerpunktes Ethik der Universität Zürich ist das Projekt „Grundlagen moralischer Orientierung“ lanciert worden, das unter anderem die Relevanz dieser Forschung für genuin ethische Fragen untersuchen soll. Die vorliegende Arbeit dient als Pilotstudie für dieses Projekt. Sie soll aufgrund einer Analyse der aktuellen Forschungsliteratur aufzeigen, wie Moral in den letzten Jahren Gegenstand der Neurowissenschaft und Verhaltensforschung geworden ist, welche konkreten Fragestellungen untersucht werden, welche Methoden dafür Anwendung finden und welche Ergebnisse bisher erzielt worden sind. Basierend auf dieser Zusammenstellung sollen Forschungsfragen und potentielle Kooperationspartner im Raum Zürich identifiziert werden, welche für das Projekt von Nutzen sein können.

Die Pilotstudie beginnt mit einer Schärfung der Kernbegriffe „Ethik“ bzw. “Moral“ im Kontext der zu untersuchenden Arbeiten und einer thematischen Abgrenzung der Literaturrecherche. Aufgrund der untersuchten empirischen Studien werden vier Aspekte genauer vorgestellt: Erstens stellt sich die Frage, welche Stimuli bei Experimenten als „moralisch“ qualifiziert werden und aufgrund welcher Kriterien dies geschieht. Zweitens wird untersucht, welche Mechanismen postuliert werden, die dem moral decision making zugrunde liegen sollen, und mit welchen Methoden dieser Prozess analysiert werden soll. Drittens stellt sich die Frage nach der empirischen Erfassung einer „moralischen Handlung“ im Rahmen eines Experiments bzw. nach den Kriterien, die eine solche Handlung als „moralisch“ qualifizieren. Viertens wird analysiert, welchen Stellenwert zentrale Elemente der philosophischen Ethik wie Begründungen, normative Theorien etc. im Rahmen solcher Untersuchungen bzw. der daraus folgenden Erklärungsmodelle haben. Kaum eine der untersuchten Studien bezieht explizit zu allen vier Aspekten Stellung. Vielmehr kann eine eher unscharfe Begriffsverwendung festgestellt werden.

Da im Zug eines anhaltenden Booms von Imaging-Studien komplexe Verhaltensweisen von Menschen zunehmend Gegenstand der Neurowissenschaft geworden sind, war eine thematische Abgrenzung unumgänglich. Die grosse Mehrheit der untersuchten Studien benutzten zu einem wesentlichen Teil Imaging – also Techniken zur Visualisierung neurobiologischer Vorgänge in vivo. Da mit dieser Technik eine Reihe methodischer Probleme verbunden sind, werden in dieser Pilotstudie die verschiedenen Varianten des Imaging, wie auch Methoden der experimentellen Ökonomie vorgestellt. Zeitlich wurde der Fokus auf Arbeiten der vergangenen fünf bis zehn Jahre gelegt. Gewiss war Moral bzw. moralisches Verhalten bereits Jahrzehnte zuvor in einer Reihe von naturwissenschaftlichen Gebieten – vorab in der Neurologie und der Soziobiologie – ein Forschungsgegenstand. Eine historisch fundierte Studie konnte in dieser Pilotstudie nicht geleistet werden. Eine bibliometrische Untersuchung zeigt aber, dass die Frage nach den neurobiologischen Grundlagen komplexer Verhaltensweisen, wie eben moralisches Verhalten, erst in jüngster Zeit ein stärker diskutiertes Thema der Neurowissenschaft geworden ist. Umfassend abgedeckt wurden Imaging-Studien, welche explizit moralisches Verhalten als Forschungsgegenstand wählten. Nur teilweise abgedeckt wurden Forschungsfelder, welche im Umfeld solcher Studien angesiedelt werden, vorab die social cognitive neuroscience, die Emotionsforschung und die Erforschung von Spiegelneuronen. Im Rahmen dieser Übersicht werden auch Studien über die Untersuchung moralnaher Verhaltensweisen bzw. Fähigkeiten wie Religiosität, Empathie, Intuition, Bedauern, Enttäuschung, Lügen, Vertrauen, Kooperation und Altruismus vorgestellt. Basierend auf den oben dargestellten vier Aspekten einer empirischen Untersuchung der Moral werden dann Ansätze zu einem Modell der neuronalen Grundlagen der Moral präsentiert.

Die Resultate vieler dieser Studien zeigen sehr deutlich die Probleme auf, welche bei der empirischen Untersuchung eines komplexen sozialen Verhaltens wie „moralisch Handeln“ auftreten. In den meisten Fällen wird ein recht einfacher Begriff von „Moral“ verwendet. Die Imaging-Studien erreichen in der Regel kaum mehr als eine Lokalisierung der – erwartungsgemäss zahlreichen – Hirnregionen, welche bei moral decision making involviert sein sollen. Bei so mancher Studie treten auch grundlegende skeptische Fragen hinsichtlich des Studiendesigns und der Aussagekraft der erzielten Resultate auf. Interessanter erscheinen jene Studien, welche Imaging mit einem (spieltheoretischen) Verhaltensparadigma verknüpfen, um damit moralnahe Verhaltensweisen wie Vertrauen zu untersuchen, da dieses Verhalten damit besser quantifiziert werden kann. In theoretischer Hinsicht favorisieren die vorgeschlagenen Modelle einen Automatismus beim moral decision making, wonach unbewusste Prägungen moralischer Stimuli den Entscheidungsprozess vorspuren und die daraus folgende Handlung erst post faktum mit einer rationalen Erklärung unterlegt würden.

Im Zug der Literaturrecherchen hat sich ergeben, dass ethische Probleme der Neurowissenschaft im Zug der so genannten Neuroethik etwa ab 2002 vermehrt diskutiert wurden. Aus diesem Grund wurde der Neuroethik ein eigenes, zusätzliches Kapitel gewidmet, um eine Übersicht über den Diskussionsstand in diesem Bereich zu geben. Als zentrale ethische Problemfelder haben sich hierbei der Umgang mit Imaging-Daten und künftig mögliche Eingriffe in das Gehirn im Zug einer möglichen Renaissance der Psychochirurgie, der Fortschritte in der Neuroprothetik und den zunehmenden Möglichkeiten des neural enhancement ergeben. Auf die seit längerer Zeit laufende Debatte um Auswirkungen der Neurowissenschaft auf Recht und Philosophie wird nur am Rande eingegangen.

Die Studie schliesst mit einer Ausformulierung des Grundproblems, welches sich die Wissenschaftler im Bereich „Neurobiologie der Moralfähigkeit“ stellen. Darauf aufbauend wird aufgezeigt, worin die Probleme in der bisherigen Forschung bestehen – vorab eine Art Blindheit gegenüber den kategorial verschiedenen Problemen, die in diesen Forschungskomplex involviert sind. Die Untersuchung der Grundlagen der moralischen Orientierung würden demnach nicht nur die Neurobiologie des moral agent umfassen. Benötigt werden auch eine Phänomenologie des moral agent, eine Theorie der Interaktion solcher agents, eine Ethologie des Moralverhaltens und den Einschluss einer kulturwissenschaftlichen Perspektive im Sinn einer Kulturgeschichte der Moral. Für all diese Bereiche werden im Raum Zürich interessierte Wissenschaftler genannt, welche bei einer umfassenderen Untersuchung der Grundlagen moralischer Orientierung beteiligt werden könnten. (Stand des Textes: April 2006).

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Disciplinary dynamics in emerging social neurosciences and neuroeconomics

Within the last years, various fields of research related to applied social sciences emerged that carried the prefix “neuro” (e.g. neuroeconomics, neuromarketing, neuropedagogy). These social neurosciences promise to provide the neurological basis of human behaviours and to allow practical applications on a firmer scientific ground (e.g. novel marketing strategies due to knowledge gained by neuromarketing). However, in spite of the public attention and generous funding these new fields of research obtained, it is unclear whether they can be understood as new scientific disciplines with specified research questions, a defined body of personal and institutional resources, and a noticeable impact on other disciplines, in particular the established social sciences (e.g. economics, marketing).

In our paper we investigate the dynamics within these emerging research fields in terms of key persons and their relations, publications and their impact, and formation of journals and scientific institutions. We analyse whether these factors indicate a fast evolving process of discipline building, or rather express a mere “hype” in applying neuroscientific methods (in particular imaging) to complex psychological and social phenomena. We identify basic questions and topics of social neurosciences based on a qualitative analysis. This serves as a starting point for a quantitative bibliometric study addressing the following questions:

  • Publications: How many publications have been published? In what kind of journals have these papers been published and cited? To what extend are they quoted by other disciplines and particularly by the established social sciences?

  • Persons: Who are the authors and key figures (founders of institutions/labs, highly cited scientists)? What are their academic affiliations and their disciplinary background? In which conferences do these key figures attend? In which disciplines do these key figures have the biggest impact?

  • Institutions: What types of institutions and labs have been funded within the last few years? In which countries? Have new journals been founded?

In this way, clusters and/or research networks can be identified that define the scope and disciplinary structure of social neurosciences on an empirical basis.

 

   Partner: Präsentationen:
  • Washington (2009)


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Constantin von Monakow und das "biologische Gewissen"

Eine kurze Analyse zur Frage, inwieweit Constantib von Monakow (und andere) als Vorläufer der heutigen neuroscience of ethics anzusehen sind.

 

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PhD-Teilprojekt: “Spike patterns” als Träger neuronaler Information - Ursprung und Ausbreitung des „temporal coding“ in der Hirnforschung

Gemeinhin versteht man das Gehirn als ein System, das Informationen aus der Umwelt aufnimmt, verarbeitet und dem Organismus damit Leistungen wie Lernen und Verhalten ermöglicht. „Information“ ist dabei ein schillernder Begriff, der in verschiedenen Graden von Präzision verwendet werden kann. Relevant wird dieser Begriff insbesondere, wenn er mit dem so genannten „neuralen Code“ in Verbindung gebracht wird. Dabei geht es um die Frage, wie ein spezifischer Aspekt der Umweltinformation (ein „Stimulus“ im Fall eines experimentell kontrollierten Kontextes) durch das Feuerverhalten der Neuronen repräsentiert wird. Erschwert wird die Behandlung dieser Frage durch die Tatsache, dass gewisse Aspekte von Information (Stichwort „binding problem“) erst im Verlauf des neuronalen Verarbeitungsprozesses entstehen. Die Frage nach dem „neuralen Code“ lässt sich deshalb vielleicht gar nicht von jener der „neuralen Berechnung“ trennen. Es ist eine offene Frage, was man auf der Ebene der Neuronen als „Information“ bezeichnen will.

Eine der Ansätze, welche im Rahmen der Suche nach dem „neuralen Code“ untersucht wird, ist die „temporal coding“ Hypothese, wonach die zeitliche Abfolge von Spikes in einem Spiketrain ein Träger relevanter Information ist. Demnach sollten sich gewisse „spike patterns“ finden, welchen eine entsprechende Bedeutung zukommt. Diese Idee ist nicht das erste Konzept eines neuralen Codes (dieses ist der „rate code“, vorgeschlagen von E.D. Adrian in den 1920er Jahren), sondern tauchte Mitte des 20. Jahrhunderts auf.

In der Wissenschaftsgeschichte besteht ein grosses Interesse an einer Systematisierung der verschiedenen Informations- begriffe der Neurowissenschaften. Interessant ist dabei vor allem die Frage, wie die dortige, zunehmende Verwendung dieses Begriffs mit der „Karriere“ dieses Begriffs in anderen wissenschaftlichen Disziplinen - namentlich der Informations- theorie, der Kybernetik, der Informatik und der Genetik - zusammenhängt. Dieser Zusammenhang kann beispielsweise gegeben sein durch die Rezeption von Publikationen dieser Disziplinen in den Neurowissenschaften oder auch durch das Engagement „fachfremder“ Wissenschaftler in den Neuro- wissenschaften - vergleichbar mit dem Interesse von Physikern an Fragen der Genetik in den 1950er Jahren.

Das Projekt „`Spike patterns’ als Träger neuronaler Information“ will versuchen, diese Zusammenhänge im Kontext eines der vorgeschlagenen Konzepte des neuronalen Codes zu verstehen. Dabei soll der Zeitraum von Mitte der 1940er bis Mitte der 1970er Jahre untersucht werden, als „Information“ auch in der Kybernetik und der Genforschung zu einem dominierenden Konzept wurde. Von Interesse ist beispielsweise die Frage, ob das erfolgreiche „Knacken“ des genetischen Codes hinsichtlich der Motivation, der Fragestellung und der verwendeten Begriffe auf die Untersuchung des neuralen Codes Auswirkungen hatte.

Die Untersuchung beruht auf einem systematischen Literaturstudium der relevanten (primär neurowissenschaftlichen) Zeitschriften im genannten Zeitraum hinsichtlich der Begriffe „information“ und „spike pattern“ im Kontext des „temporal coding“. Wenn möglich, sollen auch Wissenschaftler, die in diesem Bereich aktiv waren, befragt werden. Folgende Fragen sollen dabei beantwortet werden:

  • In welchem genauen Kontext tauchen diese Begriffe auf?
  • Mit welchen Analogien wird gearbeitet?
  • Welche Wissenschaftler und welche Labors behandeln diese Konzepte?
  • Welche anderen Wissenschaftler nehmen diese Konzepte alsvielversprechende Ideen auf, welche lehnen sie ab?
  • Lassen sich unterschiedliche „Ausbreitungsgeschwindigkeiten“ der Untersuchung dieser Konzepte in verschiedenenwissenschaftlichen „Milieus“ feststellen?

Dieses Projekt verfolgt damit zwei Zielsetzungen. Zum einen soll anhand eines Aspektes des neuralen Codes eine erste Annäherung an eine noch zu schreibende Geschichte des neuralen Codes geschehen (ein mögliches Folgeprojekt). Zum anderen soll ein Einblick in die Dynamik der Ideenentwicklung und -ausbreitung in wissenschaftlichen Kontexten anhand eines Beispiels gewonnen werden. Dieses Projekt ist Teil einer interdisziplinären Dissertation an der ETH Zürich mit naturwissenschaftlichem Schwerpunkt, die in der Gruppe Stoop des Instituts für Neuroinformatik verfasst wird.

 

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  • Berlin (2005)

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Projekt: Integrating technology into the brain. The Interplay of information concepts and technology development in hearing prosthetics

Neuroprosthetics is confronted with the problem to replace certain signal-processing properties of biological tissue, like sensory organs or parts of the brain, with technological devices. The engineering approach to resolve this problem is based on two steps: first, getting a proper understanding of information processing in the biological target, second, building the device accordingly. However, neuroprosthetic devices do also have an impact to the "inner experience" of the patient, which leads to an interplay of two different concepts of information - "exact information" and "metaphorical information". The history of the cochlear implant (CI) demonstrates, that this interplay has a strong impact on the development of such devices, as theoretical knowledge strongly spoke against the development of CI, whereas the experience of the subjects with the first CI motivated clinical researchers to continue with this research. The historical analysis furthermore shows different kinds of communication strategies of the promoters and opponents of CI-research, which are also related to the different kinds of information concepts used in the debate. One can expect, that this interplay is an inherent aspect of the development of further neuroprosthetic devices, as signal processing in the biological target tissue gets more complex when neuroprosthetics is approaching the brain and, thus, the single patient as an accurate observer of his "inner experience" changed by the device will become the decisive element in the development of such technology.

 

 

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PhD-Projekt: The Role of Spike Patterns in Neuronal Information Processing. A historically Embedded Conceptual Clarification
 

Today, understanding the brain as a 'information processing device' is a commonplace. Although this expression is widely used within and outside of neuroscience, it does not really express a precise understanding of the neuronal processes. However, it is clear that the 'information processing brain' does no longer express a close relationship between classical (digital) computers and the brain. Rather, a clear distinction between these two modes of information processing is postulated. Nevertheless, the concept of information in neuroscience, as well as the related concepts of neural coding and neural computation, are still a topic of intensive research within neuroscience. This also requires some clarification on the conceptual level. This PhD thesis intends to contribute to this clarification by defining the term 'spike pattern' and by evaluating the application of this concept within the framework of neural coding and neural computation.

This thesis unifies a scientific analysis - including a conceptual clarification, the formulation of a hypothesis and data analysis - with a historical investigation (for latter see LINK). The scientific part also includes a review of some current theories of neural coding and neural information processing. This will be followed by a sharpening of the concept of 'spike pattern', referring to its current use in the neuroscience literature. We show that this concept always involves a clear statistical hypothesis of a 'non-pattern', we provide a overview of the common randomization methods for spike data and we discuss the role of neuronal noise. Then we present a hypothesis, developed by Ruedi Stoop and co-workers (Stoop-hypothesis), in which the discussed concept - notably spike patterns and noise - can be put in a common context. The Stoop-hypothesis is based on the finding that cortical neurons under quasi-stationary conditions can be described as limit cycles. They are driven by the numerous incoming synaptic impulses (background-activity, often understood as one aspect of neuronal noise) which result, assuming a Gaussian central limit behavior, in a almost constant current. The coupling of limit cycles leads to the generic phenomenon of locking. In this way a coding scheme emerges such that the background-activity that is imposed on two coupled neurons reflecting specific sensory information, is encoded in a specific firing pattern. Based on this hypotheses, five predictions are derived: First, we expect that only a minority of neurons display a Poisson firing statistics. Second, we expect a different reliability of timing and pattern for neurons measured along the neuronal information processing pathway. Third, in multi-array recordings, we expect groups of neurons that show a similar firing behavior. Fourth, we expect to reproduce earlier findings of three classes of neuronal firing (uncorrelated firing, unstable and stable pattern firing) in our extended data set. Fifth, we expect that firing patterns that may reflect neuronal computation are more stable (in a precise sense defined by us) than patterns that reflect aspects of stimuli that are probably of no interest for the organism.

A central part of this work consists in providing a discussion of the pattern detection problem. We give an overview of current histogram and template based methods for pattern detection and discuss the difficulties that arise when these methods are applied. Then we provide several novel methods for pattern detection based on the correlation integral, the sequential superparamagnetic clustering algorithm, and the Lempel-Ziv-complexity. Possibilities and limitations of these methods are outlined in detail and integrated in a general scheme of the spike pattern detection problem.

In the empirical part, we demonstrate the application of the developed methods. We were furthermore able to verify our predictions although the data available was not optimal for us. These indicators support the Stoop-hypothesis. However, a detailed experimental test of the hypothesis was not possible due to external reasons. Therefore, we also discuss further experimental steps that may serve for testing the hypothesis. In total, this thesis can also be understood as an introduction into the problem of neuronal information processing. Therefore, care has been used on the structure and layout of this thesis, so that it can serve as a help and a reference book for the interested reader.

 

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