Zusammenfassung
Als Basis für alles Weitere beschreibt das Kap. 1 biophysikalische Voraussetzungen, über deren Gültigkeit weitgehender Konsens besteht. Im Sinne einer Einführung soll die interdisziplinäre Lesbarkeit der späteren Überlegungen erleichtert werden. Andererseits wendet sich der Text aber auch an biologisch stark versierte Leser. Ihnen soll die spezifische Betrachtungsweise der Biophysik näher gebracht werden.
Zusammenfassung
Kap.1 behandelt zunächst grundlegende Probleme, die bezüglich einer physikalischen Deutbarkeit außer Zweifel stehen. Der Schwerpunkt liegt auf elektromechanischen, molekularen Funktionen, die als „biologisch“ vom „technischen“ abgerückt erscheinen mögen, tatsächlich aber physikalisch/chemischen Theorien voll entsprechen. Im Besonderen werden jene Mechanismen neuronaler Erregung aufgezeigt, in welche die von Dualisten postulierte freie Willensbildung einzugreifen hätte. So entsteht eine fundierte Basis für die nachfolgenden Diskussionen von Bewusstsein, Denken und Willensbildung.
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Notes
- 1.
These von Aristoteles .
- 2.
Vgl. die Zitate der weiteren Abschnitte.
- 3.
Neben B. Libet auch H. H. Kornhuber; vgl. die Zitate der weiteren Abschnitte.
- 4.
Vgl. z. B. Jeck 2007, S. 216 ff.
- 5.
Engramm, gr. in etwa für „Einschreibung“. Die meiste Literatur schränkt den Begriff auf die Problematik des Gedächtnisses ein. Hier wird er allgemein verwendet, um einen von Erregungen bevorzugt durchlaufbaren Pfad zu kennzeichnen.
- 6.
Die übliche physiologische Betrachtungsweise (z. B. Silbernagl und Despopoulos 2007, S. 49) basiert darauf, dass die Diffusion zu einer Reduktion des an der Membran a priori bestehenden sogenannten Membranruhepotenzials führt, zu einer Depolarisation im Sinne eines „Aktionspotenzials“. Das Weiterwirken der Erregung wird mit „elektrotonischer“ Ausbreitung gedeutet. Den Grundgesetzen der Elektrophysik hält diese Modellierung nicht stand: Die Veränderung der Potenzialverhältnisse ist zwar ein – leicht registrierbares – Indiz für das Vorliegen einer Erregung. Deren Weiterwirken durch „Elektrotonie“ hingegen ist mit der Maxwellschen Theorie, dem grundlegenden Theorem der Elektrophysik, nicht kompatibel. Tatsächlich erfolgt es durch in sich geschlossene Stromkreise, in der deutschen Literatur auch „Strömchen“ genannt. Eine Erregung manifestiert sich also als Stromfluss und seine Pfade definieren ihr Weiterwirken.
- 7.
Der Mechanismus der Diffusion ist tatsächlich trivialer Natur: Außerhalb der Zelle sind die in ihrem wässrigen Medium gut beweglichen Ionen stark konzentriert, während sie im Inneren kaum vorhanden sind. So „verirren“ sich im Zuge der thermischen (Brownschen) Bewegung viel mehr a priori äußere Ionen ins Innere als nach außen. In Summe resultiert damit ein ins Innere gerichteter „Diffusionsstrom“. Grundsätzlich sind bei den hier – und im Weiteren – beschriebenen Diffusionsprozessen jeweils zumindest zwei Ionenarten beteiligt. Diskutiert wird hier aber nur die jeweils dominante Art, was das Verständnis erleichtern soll.
- 8.
Sie resultiert aus von der sogenannten Ionenpumpe aufrecht gehaltenen Diffusionsprozessen – vor allem von Kaliumionen, die hier nicht weiter interessieren.
- 9.
Zur Patch-Clamp-Technik s. z. B. Neher und Sackmann 1992.
- 10.
Verknüpfungen mit dem vegetativen Nervensystem bleiben hier zunächst ausgeklammert.
- 11.
Katz 1974, S. 116 ff.
- 12.
Auch entgegengerichtete Diffusion von K-Ionen ist im Spiel, bleibt jedoch ohne prinzipielle Bedeutung.
- 13.
Im beschriebenen Fall würde es sich um ein Elektromyographiesignal (EMG) handeln. Der grundlegende Mechanismus ist aber allen Arten von Biosignalen gemein.
- 14.
Vgl. z. B. Nicolelis et al. 2004 und Wolpaw und Winter-Wolpaw 2012.
- 15.
Vgl. die sehr eingehende Beschreibung in Williamson und Kaufmann 1981 sowie auch Mizutani und Kiruki 1986.
- 16.
Die technische Herausforderung besteht darin, in kurzer, für den Patienten und den Anlagenbetreiber akzeptabler Zeit von z. B. 15 min ein Höchstmaß an Information zu gewinnen. Dabei nutzt man, dass HF-Impulsen ein Spektrum vorwählbarer Breite zukommt. Pro Impuls wird damit eine Vielzahl von Aufpunkten resonanzfähig. Die Signalrekonstruktion gelingt mit Methoden der Fourieranalyse und -synthese.
- 17.
Vgl. z. B. Wienhard et al. 2011.
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Pfützner, H. (2014). Voraussetzungen. In: Bewusstsein und optimierter Wille. Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-54056-1_1
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