Großmutterzelle

Die sogenannte Großmutterzelle , auch „ Jennifer-Aniston -Neuron“ genannt, ist ein hypothetisches Neuron , das ein komplexes, aber spezifisches Konzept oder Objekt repräsentiert. ^{[ 1 ]} Sie wird aktiviert, wenn eine Person eine bestimmte Entität, wie beispielsweise ihre Großmutter, „sieht, hört oder auf andere Weise sinnlich wahrnimmt“ . ^{[ 2 ]} Dies steht im Gegensatz zum Konzept der Ensemble-Kodierung (oder „groben“ Kodierung), bei der die einzigartigen Merkmale, die die Großmutter charakterisieren, als spezifisches Aktivierungsmuster in einem Ensemble von Neuronen erkannt werden, anstatt von einer spezifischen „Großmutterzelle“. ^{[ 1 ]}

Der Begriff wurde um 1969 von dem Kognitionswissenschaftler Jerry Lettvin geprägt . ^{[ 1 ]} Anstatt als ernsthafte Hypothese zu dienen, wurde das Konzept der „Großmutterzelle“ zunächst hauptsächlich in Scherzen verwendet und später in Einführungslehrbüchern als Strohmann-Argument für die Diskussion von Ensembletheorien eingesetzt. ^{[ 1 ]} Ein ähnliches Konzept, das des gnostischen Neurons , wurde jedoch bereits einige Jahre zuvor von Jerzy Konorski als ernsthafter Vorschlag eingeführt . ^{[ 3 ] [ 1 ]}

1953 beschrieb Horace Barlow Zellen in der Froschnetzhaut als „Insektendetektoren“, doch der Begriff setzte sich nicht durch. ^{[ 4 ] [ 1 ]} Einige Jahre später untersuchten Jerome (Jerry) Lettvin und andere diese und weitere Zellen, was schließlich 1959 zu ihrer vielbeachteten Arbeit „What the frog's eye tells the frog's brain“ führte. ^{[ 1 ]}

Um 1969 führte Lettvin in einem Kurs am MIT den Begriff „Großmutterzelle“ ein und erzählte eine fiktive Anekdote über einen Neurochirurgen, der im Gehirn eine Gruppe von „Mutterzellen“ entdeckt hatte, die „ausschließlich auf eine Mutter reagierten … ob lebendig oder ausgestopft, von vorn oder hinten gesehen, auf dem Kopf stehend oder diagonal, dargestellt als Karikatur, Foto oder Abstraktion“. ^{[ 1 ]} In Lettvins Geschichte entfernte ( ablatierte ) der Neurochirurg all diese „mehreren tausend einzelnen Neuronen“ aus dem Gehirn von Portnoy, der Titelfigur in Philip Roths Roman „ Portnoys Beschwerden“ von 1969 , und heilte ihn so von seiner Mutterbesessenheit. Anschließend widmete er sich der Erforschung von „Großmutterzellen“. ^{[ 1 ]}

Ed Connor stellte 2005 fest, dass der Begriff „zu einer Kurzform für die überwältigenden praktischen Argumente gegen ein Eins-zu-Eins-Objektkodierungsschema geworden war. Niemand möchte beschuldigt werden, an Großmutterzellen zu glauben.“ ^{[ 5 ]} Im selben Jahr veröffentlichten die UCLA-Neurochirurgen Itzhak Fried, sein Schützling Rodrigo Quian Quiroga und andere jedoch Ergebnisse zu dem, was sie später als „Jennifer-Aniston-Neuron“ bezeichnen sollten. ^{[ 5 ] [ 6 ]} Nach Operationen an Patienten mit epileptischen Anfällen zeigten die Forscher Fotos von Prominenten wie Jennifer Aniston. Bei den Patienten, die bei vollem Bewusstsein waren, feuerte häufig ein bestimmtes Neuron, was darauf hindeutet, dass das Gehirn Aniston-spezifische Neuronen besitzt. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

Visuelle Neuronen im inferioren temporalen Kortex des Affen reagieren selektiv auf Hände und Gesichter. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]} Diese Zellen sind selektiv, da sie nicht auf andere für Affen wichtige visuelle Objekte wie Früchte und Genitalien reagieren. Studien zeigen, dass einige dieser Zellen trainiert werden können, eine hohe Spezifität für beliebige visuelle Objekte zu entwickeln, was den Anforderungen gnostischer/Großmutterzellen zu entsprechen scheint. ^{[ 12 ] [ 13 ]} Darüber hinaus gibt es Hinweise auf Zellen im menschlichen Hippocampus , die hochselektive Reaktionen auf verschiedene Reizkategorien zeigen ^{[ 14 ] [ 15 ]} , darunter auch hochselektive Reaktionen auf einzelne menschliche Gesichter. ^{[ 16 ]}

Die meisten der beschriebenen gesichtssensitiven Zellen sind jedoch keine Großmutter-/gnostischen Zellen, da sie keine spezifische Wahrnehmung repräsentieren. Das heißt, sie sind keine Zellen, die unabhängig von Größe, Orientierung und Farbe nur auf ein einziges Gesicht reagieren. Selbst die selektivsten Gesichtszellen reagieren – wenn auch schwächer – auf verschiedene Gesichter. Darüber hinaus variiert die Reaktionsfähigkeit gesichtssensitiver Zellen auf unterschiedliche Gesichtsaspekte. Dies deutet darauf hin, dass die Zellreaktion auf dem Bedürfnis des Affen beruht, zwischen verschiedenen Gesichtern zu unterscheiden, anstatt zwischen anderen Reizkategorien wie Bananen. Deren Unterscheidungsvermögen hängt damit zusammen, dass sich verschiedene Gesichter in ihrer Gesamtstruktur und ihren Details viel ähnlicher sind als andere Reize. ^{[ 1 ]} Es wurde außerdem vermutet, dass diese Zellen als spezialisierte Merkmalsdetektorneuronen fungieren, die nur im ganzheitlichen Kontext eines Gesichtskonstrukts funktionieren. ^{[ 17 ] [ 18 ]}

Eine Idee war, dass solche Zellen Ensembles für die grobe oder verteilte Kodierung von Gesichtern bilden, anstatt Detektoren für spezifische Gesichter zu sein. So könnte eine bestimmte Großmutter durch ein spezialisiertes Ensemble von Großmutter- oder fast-Großmutter-Zellen repräsentiert werden. ^{[ 1 ]}

Eine Studie der UCLA und des Caltech aus dem Jahr 2005 fand Hinweise darauf, dass unterschiedliche Zellen auf bestimmte Personen wie Bill Clinton oder Jennifer Aniston reagieren . Ein Neuron für Halle Berry beispielsweise könnte „auf das Konzept, die abstrakte Entität Halle Berry“ reagieren und würde nicht nur auf Bilder von Halle Berry, sondern auch auf den Namen „Halle Berry“ selbst reagieren. ^{[ 19 ]} Die Studie legt jedoch weder nahe, dass nur die untersuchte Zelle auf dieses Konzept reagierte, noch dass keine andere Schauspielerin eine Reaktion dieser Zelle auslösen würde (obwohl mehrere andere präsentierte Bilder von Schauspielerinnen keine Reaktion hervorriefen). ^{[ 19 ]} Die Forscher glauben, Hinweise auf eine geringe Anzahl aktiver Zellen gefunden zu haben , anstatt auf sogenannte „Großmutterzellen“. ^{[ 20 ]}

Weitere Belege für die Theorie, dass ein kleines neuronales Netzwerk die Gesichtserkennung ermöglicht, lieferten die Analysen von Zellableitungen bei Makaken. Indem sie Gesichter als Punkte in einem hochdimensionalen linearen Raum darstellten, entdeckten die Wissenschaftler, dass die Feuerrate jeder Gesichtszelle proportional zur Projektion eines eingehenden Gesichtsreizes auf eine einzige Achse in diesem Raum ist. Dadurch kann ein Ensemble von etwa 200 Gesichtszellen die Position jedes beliebigen Gesichts im Raum kodieren. ^{[ 21 ]}

Die Großmutterzellenhypothese ist eine extreme Ausprägung des Konzepts der Sparsamkeit [ ^{22 , 5 ]} und nicht unumstritten. Das Gegenteil der Großmutterzellentheorie ist die Theorie der verteilten Repräsentation, die besagt ^{, dass ein spezifischer Reiz durch sein einzigartiges Aktivitätsmuster in einer großen Gruppe von Neuronen kodiert wird ,} die weit im Gehirn verteilt sind.

Zu den Argumenten gegen die Kargheit gehören:

1. Einigen Theorien zufolge bräuchte man Tausende von Zellen für jedes Gesicht, da jedes Gesicht aus vielen verschiedenen Blickwinkeln erkannt werden müsse – Profil, Dreiviertelansicht, frontal, von oben usw.
2. Anstatt im Verlauf der visuellen Verarbeitung von der Netzhaut durch die verschiedenen Sehzentren des Gehirns immer spezifischer zu werden, wird das Bild teilweise in grundlegende Merkmale wie vertikale Linien, Farbe, Geschwindigkeit usw. zerlegt , die in verschiedenen, relativ weit voneinander entfernten Modulen verteilt sind. Wie all diese unterschiedlichen Merkmale wieder zu einem nahtlosen Ganzen zusammengefügt werden, wird als Bindungsproblem bezeichnet .

William James schlug 1890 eine verwandte Idee der Pontifikalzelle vor. ^{[ 23 ]} Die Pontifikalzelle wird als eine hypothetische und unwahrscheinliche Zelle definiert, die all unsere Erfahrungen in sich trägt. Sie unterscheidet sich von einer konzeptspezifischen Zelle dadurch, dass sie der Ort der Sinneswahrnehmung ist . James’ Pontifikalzelle von 1890 war stattdessen eine Zelle, „der der Rest des Gehirns eine Repräsentation“ einer Großmutter lieferte. Die Erfahrung der Großmutter fand in dieser Zelle statt.