Michael Levin und Pamela Lyon: Kognition neu denken für Langlebigkeit und regenerative Medizin

In dieser Folge des Podcasts "Live Longer World" mit dem Titel "Michael Levin & Pamela Lyon | Rethinking Cognition for Longevity" tauchen die Gäste Dr. Pamela Lyon und Dr. Michael Levin tief in die grundlegende Natur der Kognition ein. Sie gehen über die traditionelle, aufs Gehirn zentrierte Sichtweise hinaus und erforschen das Konzept der "basalen Kognition". Sie argumentieren, dass kognitive Prozesse wie Gedächtnis, Entscheidungsfindung und Lernen inhärente Eigenschaften des Lebens selbst sind, die sogar in Mikroben, Zellen und Geweben ohne Nervensystem beobachtet werden können. Das Gespräch befasst sich mit dem historischen Kontext der kognitiven Wissenschaft, den bahnbrechenden Beweisen aus der Mikrobiologie und der Bioelektrizität, der Rolle von Stress in der kognitiven Evolution und den tiefgreifenden Auswirkungen, die dieser Paradigmenwechsel für die Biologie, die regenerative Medizin, die Langlebigkeit und sogar für unser Verständnis von künstlicher Intelligenz und unseren Platz in der lebenden Welt hat.

Schlüsselerkenntnisse

• Kognition ist nicht auf Gehirne oder Nervensysteme beschränkt; grundlegende kognitive Fähigkeiten wie Gedächtnis, Lernen, Entscheidungsfindung und Kommunikation sind sogar in Mikroben und einzelnen Zellen vorhanden (Basale Kognition).
• Der traditionellen westlichen Kognitionswissenschaft fehlte oft eine solide biologische und evolutionäre Grundlage, was zu einem unvollständigen Verständnis dessen führte, was Kognition ist und wo sie im Spektrum des Lebens angesiedelt ist.
• Mikroorganismen wie *Bacillus subtilis* und *Mixococcus xanthus* zeigen ausgeklügeltes kollektives Verhalten, Kommunikation (einschließlich bioelektrischer Signale), Problemlösung und sogar Formen des Lernens und der Antizipation, was anthropozentrische Ansichten in Frage stellt.
• Bioelektrizität dient als entscheidendes Medium für die Kommunikation und Berechnung innerhalb biologischer Systeme, koordiniert zelluläre Aktivitäten und ermöglicht kollektive Intelligenz in Geweben und sich entwickelnden Organismen, die "bis hinunter" zur molekularen Ebene wirken.
• Stressreaktionen und kognitive Fähigkeiten haben sich wahrscheinlich gemeinsam entwickelt, wobei die Notwendigkeit, mit den Herausforderungen der Umwelt zurechtzukommen, die Entwicklung immer ausgeklügelterer Wahrnehmungs-, Vorhersage- und Anpassungsmechanismen vorantrieb, die möglicherweise die Grundlage der biologischen Kreativität bilden.
• Wenn man diese breitere Sichtweise der Kognition annimmt, eröffnen sich neue experimentelle Wege, theoretische Rahmen und praktische Anwendungen in Biologie und Medizin, z. B. neue Ansätze für die regenerative Medizin (Kommunikation mit Geweben) und das Verständnis von Krankheiten.
• Auch wenn sich aktuelle KI-Architekturen deutlich von biologischem Leben unterscheiden, sollten wir vorsichtig sein, ihre kognitiven Grenzen anzunehmen, da selbst einfache Systeme unerwartete emergente Eigenschaften und Intelligenz aufweisen können.

Pamela Lyons Weg zur Basalen Kognition

Pamela Lyon beschrieb ihren ungewöhnlichen Einstieg in die Kognitionsforschung, der auf eine Promotion zurückgeht, in der sie buddhistische philosophische Thesen über den Geist mit westlichen wissenschaftlichen Ansichten verglich. Dabei stieß sie auf eine große Hürde: Während die buddhistische Philosophie ein klares, funktionales Konzept des Geistes bot, das über Jahrtausende hinweg verfeinert wurde, fehlte der westlichen Kognitionswissenschaft eine einheitliche Definition. Die vorherrschenden Ansichten setzten den Geist mit dem Gehirn oder mit Berechnungen gleich, was Lyon als unzureichend und ohne praktischen Nutzen empfand. Die Kognitionswissenschaft beschäftigte sich zu dieser Zeit (Ende der 1990er Jahre) kaum mit Biologie oder Evolution und begann erst viel später, verkörperte Kognition und den Geist von Tieren zu untersuchen. Diese Lücke veranlasste Lyon, die biologischen Wurzeln der Kognition zu erforschen.

Getrieben von der Notwendigkeit einer evolutionär fundierten Perspektive wandte sie sich der Mikrobiologie zu, obwohl ihr gesagt wurde, dass es hier "nichts zu sehen" gebe, was über reflexives Verhalten hinausginge. Entgegen dieser Ablehnung offenbarte ihre Erforschung (unterstützt durch frühere Erfahrungen in der Interpretation komplexer molekularbiologischer Forschung) eine Welt hochentwickelter mikrobieller Verhaltensweisen: Wahrnehmung, sensorisch-motorische Aktivität, Gedächtnis, nicht-assoziatives Lernen, Entscheidungsfindung unter Unsicherheit, Fehlerkorrektur, Vorhersage und komplexe Kommunikation. Diese Entdeckung überzeugte sie davon, dass kognitive Prozesse weitaus grundlegender und älter sind als gemeinhin angenommen und lange vor den Nervensystemen existierten.

Kognition als grundlegende Eigenschaft des Lebens

Lyons Forschungen, die sich auf die Theorie komplexer Systeme stützen (und Denker wie Maturana, Varela, Kauffman und Rosen zitieren), führten sie dazu, Grundsätze für einen "biogenen Ansatz" zur Kognition zu formulieren. Dieser Ansatz geht davon aus, dass Kognition nicht etwas ist, das erst auf einer bestimmten Komplexitätsebene (wie Gehirne) entsteht, sondern den Prozessen des Lebens selbst innewohnt - insbesondere selbstorganisierenden, selbstproduzierenden (autopoietischen) Systemen. Die zentrale Frage hat sich von "Wo tritt die Kognition auf?" zu "Was leistet die Kognition für einen Organismus?" verschoben Sie dient dem grundlegenden biologischen Imperativ, sich in der Welt zurechtzufinden, um die Existenz aufrechtzuerhalten.

Michael Levin schließt sich dieser Sichtweise an und treibt sie sogar noch weiter voran. Er argumentiert, dass sich kognitive Eigenschaften "bis hinunter zu minimalen Systemen" erstrecken, einschließlich molekularer Bahnen und möglicherweise sogar nicht lebender Systeme, die ähnliche Organisationsprinzipien aufweisen. Er stellt fest, dass der Widerstand gegen diese Idee oft von denjenigen kommt, die eine strikte Trennung zwischen der "Majestät" des Lebens und "langweiligen" Maschinen oder Mechanismen aufrechterhalten wollen, aber er argumentiert, dass die Prinzipien, die der biologischen Intelligenz zugrunde liegen, universeller sein könnten.

Mikrobielle Wunderwerke: Intelligenz ohne Neuronen

Lyon zeigte überzeugende Beispiele aus der Welt der Mikroben. *Biofilme von Bacillus subtilis* demonstrieren kollektive Intelligenz, indem sie bioelektrische Signale nutzen, um den Ernährungszustand in der gesamten Kolonie zu kommunizieren, die Ressourcennutzung zu koordinieren und Nährstoffe im Wesentlichen zwischen Zentrum und Peripherie und sogar zwischen verschiedenen Kolonien "zeitlich aufzuteilen". Ihr langjähriger Favorit, *Mixococcus xanthus*, weist eine bemerkenswerte soziale Komplexität auf. Diese räuberischen Bakterien jagen kooperativ, umschließen ihre Beute (sogar Nematoden, die viel größer als einzelne Zellen sind) und setzen Enzyme frei. Sie zeigen ein oszillierendes Verhalten bei der Nahrungsaufnahme, um Nährstoffe zu verteilen, schließen sich bei Nährstoffknappheit zu komplexen "Fruchtkörpern" zusammen (ein Prozess, der Differenzierung und zelluläre Selbstaufopferung beinhaltet) und zeigen sogar "Komplementierung", bei der kompetente Zellen Fähigkeiten auf nicht kompetente Nachbarn übertragen. Am auffälligsten waren Dworkins Experimente aus dem Jahr 1983, die zeigten, dass *M. xanthus* in Richtung inerter Glaskugeln wandern, was darauf hindeutet, dass sie über die einfache Chemotaxis hinaus sensorische Modalitäten besitzen und möglicherweise mechanische Verformungen ihrer Umgebung wahrnehmen - was eine reichhaltigere "Umwelt" (sensorische Welt) offenbart, als man bisher angenommen hatte. Eine andere Studie deutet darauf hin, dass sie Beute von *E. coli* mit chemischen Signalen (cAMP) anlocken könnten.

Levin fügte die Ergebnisse seines eigenen Labors mit dem Schleimpilz *Physarum* hinzu, der winzige mechanische Belastungsunterschiede über Entfernungen hinweg wahrnehmen kann (z. B. kann er zwischen einer und drei Glaskugeln allein durch die physikalische Spannung, die sie im Agarmedium erzeugen, unterscheiden) und diese Informationen nutzt, um Entscheidungen zu treffen, indem er eine Darstellung seiner Umgebung aufbaut, bevor er handelt.

Bioelektrizität: Der kognitive Klebstoff

Beide Redner hoben die Bedeutung der Bioelektrizität hervor, ein Gebiet, das durch Levins Arbeit wiederbelebt wurde. Lyon sagte, Levins Forschung habe ihre Sichtweise verändert und sie davon überzeugt, dass kognitive Prozesse tatsächlich auf genetischer und molekularer Ebene ablaufen und durch bioelektrische Signalübertragung vermittelt werden. Diese elektrische Dynamik innerhalb und zwischen den Zellen fungiert als eine Form der Berechnung und Kommunikation, die es den Zellen ermöglicht, Kollektive zu bilden (wie Gewebe, Organe, sich entwickelnde Embryonen), die über Ziele und Problemlösungskapazitäten verfügen, die über die der einzelnen Zellen hinausgehen. Levin wies darauf hin, dass er sich von Pionieren wie Harold Burr inspirieren ließ, der in den 1930er Jahren mit rudimentären Werkzeugen elektrische Felder aufspürte, die mit dem Leben in Verbindung stehen, und viele Prinzipien voraussah, die heute bestätigt werden. Diese bioelektrische Schicht stellt die "Software" dar, die auf der genomischen "Hardware" läuft und für die Entwicklung, die Regeneration und möglicherweise das Gedächtnis und das Lernen jenseits des Gehirns entscheidend ist.

Stress, Kreativität und die Evolution der Kognition

Lyon schlug eine Koevolutionshypothese vor, die kognitive Fähigkeiten und Stressreaktionen miteinander verbindet. Sie stellte fest, dass die komplexesten mikrobiellen Verhaltensweisen häufig unter Stress oder in Erwartung existenzieller Bedrohungen auftreten. Darüber hinaus ist inzwischen bekannt, dass Elemente, die traditionell mit Stress und Immunität in Verbindung gebracht werden (wie die Zytokine TNF-alpha, IL-1B, IL-6), eine Rolle bei normalen Gehirnfunktionen wie Lernen und Gedächtniskonsolidierung spielen. Dies deutet auf eine tiefe evolutionäre Verbindung hin: Die ständige Notwendigkeit für lebende Systeme, Herausforderungen und Umweltstressoren zu bewältigen, hat die Entwicklung kognitiver Fähigkeiten - Erkennen, Vorhersagen, Anpassen und Problemlösen - vorangetrieben. Stressreaktionen sind also nicht nur Reaktionen, sondern potenzielle Motoren biologischer Kreativität und Innovation.

Levin griff dies auf und erläuterte die Arbeit seines Labors zum "Stress-Sharing" als Mechanismus, der kognitive Untereinheiten zu größeren Einheiten verbindet, und wie Moleküle, die ursprünglich an zellulärem Stress beteiligt waren (z. B. DNA-Schadensreparatur), für die groß angelegte anatomische Regulierung umgewidmet wurden. Er führte das Konzept der "geometrischen Frustration" aus der Physik ein, das potenziell mit echtem biologischem Stress vergleichbar ist, bei dem widersprüchliche Zwänge innerhalb eines Systems zu Anpassungen und neu entstehendem Verhalten führen.

Weiterreichende Auswirkungen: Von der Biologie zur KI

Die Implikationen der Betrachtung von Kognition als grundlegende biologische Eigenschaft sind weitreichend. Das Erkennen kognitiver Phänomene (Gedächtnis, Lernen, Entscheidungsfindung) auf zellulärer und molekularer Ebene ermöglicht es Biologen, neue Fragen zu stellen, prädiktivere Theorien zu entwickeln (die über die beschreibende Wissenschaft hinausgehen) und neue Experimente zu entwerfen. Levin betonte, dass dies zu praktischen Anwendungen führt: Wenn genregulatorische Netzwerke lernen können, können wir vielleicht Zellen mit Hilfe von Medikamenten "trainieren" oder "konditionieren", anstatt uns nur auf die Gentherapie (Neuverdrahtung der Hardware) zu verlassen, was möglicherweise neue therapeutische Wege in der regenerativen Medizin und der Behandlung von Krankheiten eröffnet. Ziel ist es, die den Zellen und Geweben innewohnende Intelligenz zu verstehen und mit ihr zu kommunizieren, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen, z. B. die Regeneration oder die Korrektur von Entwicklungsfehlern.

In Bezug auf die künstliche Intelligenz hielt sich Lyon weitgehend an Levin und konzentrierte sich auf lebende Systeme. Levin äußerte sich vorsichtig und wies darauf hin, dass sich die derzeitigen KI-Architekturen stark von den dynamischen, ständig neu interpretierenden Systemen des Lebens unterscheiden. Er warnte jedoch vor Hybris. In Anbetracht der Tatsache, dass wir immer noch unerwartete kognitive Fähigkeiten in einfachen biologischen und sogar computergestützten Systemen entdecken (er zitierte emergentes Verhalten im einfachen "Bubble Sort"-Algorithmus), haben wir wahrscheinlich wenig Ahnung, welche kognitiven Eigenschaften in den komplexen KI-Systemen, die wir bauen, entstehen könnten. Er argumentierte, dass etwas zu erschaffen nicht gleichbedeutend damit ist, es zu verstehen, und dass wir möglicherweise Schnittstellen zu Formen von Intelligenz schaffen, die vielleicht vorher nicht vorhanden waren, ohne uns dessen voll bewusst zu sein.

Kognition im östlichen Denken

Lyon sprach den Kontrast zu einigen östlichen philosophischen Traditionen an, insbesondere aus Indien (Hinduismus, Buddhismus, Jainismus). Diese Traditionen vertraten historisch gesehen oft eine breitere Verteilung des Geistes oder der Empfindungsfähigkeit in der lebenden Welt und akzeptierten z. B. ohne weiteres die Wahrnehmung von Insekten. Dies steht im Gegensatz zu der im Westen vorherrschenden anthropozentrischen Sichtweise, die vom jüdisch-christlichen Denken beeinflusst ist und oft schärfere Grenzen zwischen Menschen und anderen Lebensformen sowie zwischen Leben und Nichtleben zieht. Lyon führte das Beispiel des japanischen Primatenforschers Imanishi an, der in den 1980er Jahren mit westlichen Reaktionen konfrontiert war, weil er die kulturelle Übertragung bei Affen vorschlug - eine Idee, die in einem buddhistischen kulturellen Kontext verwurzelt war, im Gegensatz zu Hallsteads starrer westlicher Perspektive. Lyon merkte jedoch auch an, dass sie selbst innerhalb des Buddhismus eine "Häretikerin" sei, da traditionelle Ansichten oft Pflanzen oder molekulare Prozesse aus der kognitiven Sphäre ausschließen, im Gegensatz zu ihrem biogenen Ansatz (obwohl der Jainismus den Pflanzen Leben/Geist zuschreibt). Levin erzählte eine Anekdote, in der Vertreter einer indischen Tradition seine Einbeziehung nicht-lebender Systeme in ein kognitives Spektrum strikt ablehnten, da sie an einer festen Unterscheidung zwischen Leben und Nicht-Leben festhielten.

Zusammenfassung: Eine neue Perspektive auf Leben und Intelligenz

Das Gespräch plädiert nachdrücklich für ein grundlegendes Umdenken in Sachen Kognition. Indem wir kognitive Prozesse als integralen Bestandteil des Lebens auf allen Ebenen - von Molekülen und Mikroben bis zu Geweben und komplexen Organismen - anerkennen, gewinnen wir ein tieferes, einheitlicheres Verständnis der Biologie. Dieser Perspektivwechsel, für den Lyon und Levin eintreten, stellt lange gültige Annahmen in Frage und eröffnet aufregende Grenzen in der Grundlagenforschung, die neue Ansätze für die Medizin bieten, insbesondere bei der Nutzung der dem Körper innewohnenden Intelligenz für Regeneration und Langlebigkeit. Es ermutigt auch zur Bescheidenheit in unserer Herangehensweise an künstliche Intelligenz und regt dazu an, unsere Beziehung zu dem vielfältigen Geflecht von Intelligenz in der natürlichen Welt zu überdenken.