Das Gehirn als Computer. John von Neumanns "Die Rechenmaschine und das Gehirn"

Inhaltsverzeichnis

Einleitung
Die Erfindung der modernen Rechenmaschine
Das Gehirn als Computer
Das denkende Ding

Fazit

Literaturverzeichnis

Einleitung

In dieser Arbeit beschäftige ich mich mit John von Neumanns Vergleich des Gehirns mit einem Computer. Ich stelle seine Sichtweise auf die neuronale Aktivität und auf den Aufbau des Nervensystems dar, die den Beginn der Kybernetik entscheidend beeinflusst hat, und versuche über diese Betrachtung von Neumanns Begriff von künstlicher Intelligenz zu klären.

Im ersten Kapitel gebe ich eine Zusammenfassung der Entwicklung des ersten modernen Computers durch die wesentliche Mithilfe von Neumanns. Danach gehe ich auf seine Beschäftigung mit neurologischen Themen ein und bespreche kurz sein Buch „Die Rechenmaschine und das Gehirn“. Im letzten Kapitel betrachte ich dann die Argumente von Gegnern und Befürwortern der kybernetischen Sicht auf das menschliche Denken.

Ich schließe mit einem Fazit, in dem ich noch einmal von Neumanns Ansichten zusammenfasse und eigene Gedanken mit einfließen lasse.

Die Erfindung der modernen Rechenmaschine

John von Neumann wurde am 28. Dezember 1903 in Budapest als Margittai Neumann János Lajos geboren. Bereits in jungen Jahren zeigte sich die außerordentliche Leistungsfähigkeit seines Verstandes, die mitunter übermenschlich wirkte. Mit sechs Jahren konnte er achtstellige Zahlen mit rasender Geschwindigkeit im Kopf dividieren und mit acht Jahren beherrschte er die Differential- und Integralrechnung. Er war in der Lage eine Telefonbuchspalte nach einmaligem Durchlesen vollständig aus dem Gedächtnis wiederzugeben. Sein Denken wurde von Kollegen mit der Präzision eines Uhrwerks verglichen. Er konnte mitunter ein Problem, mit dem sie sich wochenlang vergeblich beschäftigt hatten, in einer Viertelstunde lösen (vgl. Ádám 1983: 14).

Wenn man Wissenschaftler in zwei Kategorien einteilt, den intuitiv arbeitenden Revolutionär, der mit kühnen Ideen unbekanntes Terrain erobert, und den mit logischer Stringenz und Klarheit arbeitenden Analytiker, der die axiomatische Methode konsequent auf die zu lösenden Probleme anwendet, so gehörte von Neumann eindeutig der letzteren Gruppe an (vgl. ebd.: 15). Diese Art zu denken prädestinierte ihn gewissermaßen dafür das neue Wissenschaftsgebiet der Automatentheorie abzugrenzen, die grundlegenden Definitionen und Axiome zu postulieren und die ersten wichtigen und richtungweisenden Entdeckungen auszuarbeiten (vgl. Legendi 1983: 69).

Die Geschichte des modernen Computers in den USA begann während des Zweiten Weltkrieges als ein Team bestehend aus John W. Mauchly, J. Presper Eckert und Herman H. Goldstine den „Electronic Numerical Integrator and Computer“ (ENIAC) in Philadelphia entwickelte, der zum Stammvater einer neuen Rechnergeneration wurde (vgl. Macrae 1994: 235). Zuvor bzw. zeitgleich waren Maschinen auf Relaisbasis von den Bell Telephone Laboratories und von IBM in Kollaboration mit der Harvard-Universität entwickelt worden. Diese waren auch noch eine zeitlang nach der Etablierung der elektronischen Geräte im Einsatz, da man annahm, dass die größere Zuverlässigkeit für die geringere Geschwindigkeit entschädige (vgl. Révész 1983: 101). Im Gegensatz zu diesen Lochkarten-Tischrechnern, bei denen die Ergebnisse durch die Kontakte der Relais verzögert wurden, arbeitete der ENIAC mit Vakuumröhren, bei denen praktisch kein Widerstand überwunden werden muss. Er war dadurch rund 1000mal schneller als seine elektromechanischen Konkurrenten (vgl. Macrae 1994: 239-241).

Die Entwicklung des ENIAC geschah im Wesentlichen auf Initiative des ballistischen Forschungslaboratoriums der amerikanischen Armee, um die Flugbahn eines Geschosses schneller als dies bis dahin möglich war zu berechnen. Im Mai 1943 begann man mit dem Projekt.

In der ersten Augustwoche 1944, das Projekt lag zu dieser Zeit bereits in den Händen von Konstruktionsingenieuren, traf Goldstine John von Neumann zufällig auf einem Bahnsteig in Aberdeen und kam mit ihm ins Gespräch. Er hatte ihn vorher nie persönlich kennengelernt, aber einige seiner Vorlesungen gehört. Kurze Zeit später nahm Goldstine ihn mit zum ENIAC nach Philadelphia (vgl. ebd.: 243-247).

Da die Arbeit am ENIAC schon sehr weit fortgeschritten war, konnte von Neumann hierzu nicht mehr viel beitragen. Allerdings wurde bereits eine weiterentwickelte Variante mit dem Namen „Electronic Discrete Variable Automatic Computer“ (EDVAC) geplant. Die bedeutendsten Mängel des ENIAC waren sein unzureichendes gespeichertes Gedächtnis und die umständliche Programmierung (vgl. Révész 1983: 102). Von Neumann konnte hier Abhilfe schaffen und schrieb im März 1945 den logischen Entwurf der Maschine, indem er diesen auf dem Bezeichnungssystem aufbaute, das der Neurophysiologe Warren McCulloch und der Logiker Walter Pitts 1943 in einem Artikel des Bulletin of Mathematical Biophysics über ein mathematisches Modell für das menschliche Nervensystem verwendeten (vgl. Macrae 1994: 248-249). Von Neumann war vollkommen fasziniert von den darin beschriebenen Überlegungen, obgleich dieser Text nicht seine erste Begegnung mit dem Thema war. Von 1939 bis 1941 korrespondierte von Neumann schon mit dem ungarischen Physiker Rudolf Ortvay. In dem Briefwechsel wurden unter Anderem die Funktionsweise des Gehirns und die Notwendigkeit einer möglichst abstrakten Beschreibung des neuronalen Netzes für dessen Verständnis diskutiert. Ortvay schrieb am 16. Februar 1941 in einem seiner letzten Briefe an von Neumann ganz explizit:

„Today’s computing machines, automatic telephone exchanges, high-voltage equipment like cascade transformers as well as radio transmitter and receiver equipment, but also an industrial plant or an office are all technical examples of such organizations. I think there is a common element in all these which is capable of being axiomatized. I don’t know if there has been an attempt in this direction? I am interested in knowing this because I believe that if it is possible to sharply accentuate the essential elements relevant to the organization, as such, this would give an overview of the alternatives and would facilitate the understanding of such systems as, for instance, the brain.” (Aspray 1992: 180)

Aber erst der erwähnte Artikel von McCulloch und Pitts mit dem Titel „A Logical Calculus of the Ideas Immanent in Nervous Activity“, der genau die von Ortvay angesprochenen Überlegungen weiterführte, gab den Ausschlag für von Neumanns Idee zum logischen Aufbau des Computers. Das McCulloch-Pitts-Modell beschrieb nicht die Struktur oder internen Operationen einzelner Neuronen, sondern behandelte diese als Black Boxes, von denen nur bekannt sei, dass sie bestimmten mathematischen Regeln gehorchen, die den Input und Output der Signale steuern. Netzwerke von Neuronen kooperieren darin, um zu rechnen, zu lernen, Informationen zu speichern und andere informationsverarbeitende Aufgaben auszuführen. McCulloch und Pitts waren davon überzeugt, dass dieses Modell universell sei und sie im Prinzip die Gleichwertigkeit aller allgemeinen Turing-Maschinen, ob menschengemacht oder nicht, bewiesen hätten. Sie betrachteten ihre Darstellung als Beschreibung der fundamentalen Beziehung zwischen künstlicher und biologischer Informationsverarbeitung. Von Neumann erkannte die Grenzen des Modells, welches die Realität zu sehr vereinfachte und viele Phänomene nicht erklären konnte, doch er war andererseits auch gefesselt von der Integrierung natürlicher und artifizieller Welten in eine einzige Theorie (vgl. Aspray 1992: 178-181). Von Neumann, Howard Aiken und Norbert Wiener organisierten außerdem ein Treffen mehrerer Wissenschaftler zum Thema der Informationsverarbeitung. Einer Wissenschaft, die, wie sie schrieben „as yet is not even named“, die aber später unter dem Namen Kybernetik berühmt werden sollte. Eingeladen waren Experten, die sich mit „communications engineering, the engineering of computing machines, the engineering of control devices, the mathematics of time series in statistics, and the communication and control aspects of the nervous system“ beschäftigen. Die Gruppe sollte den Namen “Teleological Society” erhalten. Doch es wurde kein zweites Treffen mehr veranstaltet und die geplanten Aktivitäten verliefen im Sande (vgl. ebd.: 183-184).

Kurze Zeit später erschien von Neumanns Bericht über die logische Struktur des EDVAC. Er hieß „First Draft of a Report on the EDVAC“, umfasste 101 Seiten und war die erste Erläuterung des Programmspeicherkonzepts zusammen mit einer vollständig ausgearbeiteten Illustration. Es ist von Goldstine und Anderen als das wichtigste Dokument, das jemals über Computer geschrieben wurde bezeichnet worden. Diese Veröffentlichung half bereits Wissenschaftlern in der ganzen Welt Weiterentwicklungen des EDVAC zu produzieren. Es hatte sogar zur Folge, dass in Cambridge der EDSAC, der exakt nach den Angaben im „First Draft“ konstruiert wurde, schneller einsatzbereit war als der EDVAC selbst. Im Gegensatz zu Eckert und Mauchly hielt von Neumann diesen Weg für den richtigen, da so die größten Fortschritte in der Entwicklung von Computern erreicht werden konnten. Eckert und Mauchly wollten hingegen direkt einen wirtschaftlichen Erfolg erzielen.

Das EDVAC-Team zerstritt sich deshalb bald über den weiteren Verlauf des Projekts und als der Zweite Weltkrieg zu Ende war gingen von Neumann und Goldstine zu einem eigenen Computerprojekt am Institute for Advanced Study (IAS) in Princeton über. Eckert und Maulchy gründeten 1946 hingegen die Eckert-Maulchy Computer Cooperation, da sie den Universitätsbestimmungen ihrer bisherigen Forschungseinrichtung zu den Patentrechten nicht zustimmen wollten (vgl. Macrae 1994: 251-256).

Etwa zur gleichen Zeit als von Neumann in Princeton begann den Rechner zu entwickeln, der später unter dem Namen Neumannsche Maschine bekannt werden würde, fing er auch an sich noch intensiver mit neurologischen Themen zu befassen. Er knüpfte Kontakte zu biomedizinischen Kreisen und nahm an einschlägigen Konferenzen teil. Er traf sich zweimal mit Heinz von Foerster und sprach mit ihm über eine Theorie des menschlichen Gedächtnisses, die von Foerster gerade entwickelte, er korrespondierte mit Karl Friedrich Bonhoeffer über dessen Überlegungen zur Nervenreizung und –übertragung, die er durch Experimente an einer Eisendrahtnachbildung angestellt hatte und er nahm an einer Untersuchung teil, bei der Elektroenzephalogramme von besonderen Gehirnen gesammelt und ausgewertet wurden. Obwohl aus dem Projekt der „Teleological Society“ nichts geworden war, hatte von Neumann noch Kontakte zu den Teilnehmern der ersten Konferenz und entwickelte zusammen mit ihnen das Gebiet der Kybernetik, welches sein Bild vom menschlichen Gehirn prägen sollte (vgl. Aspray 1992: 181-182).

[...]