Temporally scattered brain: neural mechanism apprehending the paradox of the discrete and continuous flow of consciousness

In dieser Dissertation werden offene Fragen über „Bewußtsein“ aus neurowissenschaftlicher, psychologischer und auch philosophischer Sicht erörtert. Es geht insbesondere darum, wie in traditionellen und modernen Ansätzen die Beziehung von zeitlicher Informations-Verarbeitung und Repräsentationen im Bewußtsein konzipiert werden. In einer historischen Aufarbeitung wird gezeigt, dass Zeit als mentale Kategorie in der psychologischen und neurowissenschaftlichen Forschung lange eher vernachlässigt worden ist, was sich erst jetzt zu ändern scheint. Wie wichtig Informations-Verarbeitung im Zeitbereich für ein besseres Verständnis von Bewußtseinsprozessen ist, wird herausgearbeitet, denn alle Verhaltensweisen und alles bewußte Erleben haben notwendigerweise eine zeitliche Charakteristik. Die grundsätzliche aber bisher nicht hinreichend beantwortete Frage ist, ob diese Charakteristik, die Informations-Verarbeitung in der Zeit, als kontinuierlich oder als diskret zu verstehen ist. Neue Befunde legen nahe, dass so genannte „Zeitfenster“ bestimmter Dauer notwendig sind, um neuronale Informations-Verarbeitung zu ermöglichen, damit Bewußtseinsprozesse überhaupt entstehen können. Wenn aber diskrete Zeitfenster notwendig sind, dann stellt sich die weitere Frage, wie es paradoxerweise zum subjektiven Eindruck einer zeitlichen Kontinuität zum Beispiel in der Wahrnehmung kommen kann. Das Erleben zeitlicher Kontinuität bezieht sich nicht nur auf Prozesse der Wahrnehmng und des Erlebens, sondern auch auf den viel weiteren Rahmen der Kontinuität personaler Identität. Es wird darauf hingewiesen, dass diese Kontinuität bei bestimmten Erkrankungen oder veränderten Bewußtseinszuständen verloren gehen kann. Ein derartiger Verlust legt nahe, dass es aktive Mechanismen auf neuronaler Ebene geben sollte, die personale Identität über die Zeit hinweg erzeugen. Es mußt gleichsam ein „Klebstoff“ vermutet werden, der zeitlich Diskretes in anschauliche Kontinuität verwandelt. Mechanismen, die hierfür in Frage kommen könnten, sind bisher nicht bekannt. Ein erster Versuch zur Aufklärung dieser Frage wird mit einem fMRT-Experiment gemacht, in dem visuelle und auditive Vorstellungen untersucht werden. Hier zeigt sich, dass in beiden Modalitäten gemeinsame neuronale Aktivierungen in bestimmten Hirnstrukturen zu beobachten sind, was möglicherweise einen ersten Hinweis auf die Erzeugung von anschaulicher Kontinuität geben könnte. Des weiteren wird am Ende der Arbeit auf die Bedeutung des Reafferenzprinzips hingewiesen, das vielleicht einen neuen Ansatz zum besseren Verständnis mancher Phänomene wie des Déjà Vu geben könnte, wenn man in dieses klassische Prinzip einen Zeitfaktor integriert, was bisher theoretisch nicht geschehen ist. Während der Fokus der Arbeit auf theoretischen Konzepten zu Zeit und Bewußtsein im psychologischen, neurowissenschaftlichen und philosophischen Kontext liegt, werden auch Bezüge zu den Künsten, der Dichtkunst und der Musik, offen gelegt. Dies soll darauf hinweisen, dass die Beziehung zwischen der „Zeit des Menschen“ und dem bewußten Erleben ein Menschheitsthema ist, das über den wissenschhaftlichen Rahmen hinaus weist.In this dissertation open questions about “consciousness” are discussed from a psychological, neuroscientific and also philosophical perspective. In particular, it is described how the relationship between temporal information processing and conscious representations is conceived in traditional and modern approaches. In a historical review it is shown that time as a mental category has been neglected for a long time in psychological and neuroscientific research, although this is changing recently. The importance of temporal information processing for a better understanding of conscious processes is analyzed because any behavior and all subjective experiences necessarily have a temporal characteristic. There is, however, a basic and still open question whether this characteristic, i.e., temporal information processing, is continuous or discrete. New research suggests that “time windows” of specific durations are necessary in neural information processing being the basis for conscious representations. If, however, discrete time windows are necessary the question arises how paradoxically the subjective impression of temporal continuity for instance in perception is possible. The impression of temporal continuity refers, however, not only to processes of perception and experience, but in a broader context also to the continuity of personal identity. It is indicated that this continuity can break down in certain diseases or in altered states of consciousness. Such losses suggest the existence of active mechanisms on the neural level which allow for the creation of personal identity across time. Some kind of “glue” has to be suspected that transforms what is temporally discrete into apparent continuity. Potential mechanisms for this transformation are still not known. A first attempt is made to answer this question with an fMRI-experiment in which visual and auditory images are analyzed. For both modalities’ common activations in certain brain regions are observed which possibly might be a first indication about a mechanism creating apparent continuity. At the end of the dissertation the importance of the reafference principle is stressed as it may provide a new perspective towards a better understanding of some phenomena like Déja Vu, if one includes in this classical principle a temporal factor which theoretically has not been done yet. Although the focus of the dissertation lies on theoretical concepts of time and consciousness within a psychological, neuroscientific and philosophical context, some links to the arts like poetry and music are made transparent. This shall indicate that the relationship between the “time of humans” and conscious experiences is a topic of humankind that goes beyond the scientific frame

Composing in the scanner: A functional magnetic resonance imaging single case study on visual and auditory imagery

“Seeing with the mind's eye” and “hearing with the mind's ear” are two common indicators of musical imagery, and they can be referred to as “visual” and “auditory” musical imagery. However, a question remains open, that is, whether visual and auditory imagery of the same musical composition share the same neural mechanisms. Moreover, how can neural mechanisms guarantee the temporal flow of “musical imagery”? To answer these questions, we report here a preliminary single case study using functional magnetic resonance imaging with an eminent composer who imagined one of his compositions in two states of mind as compared to his resting-state activity. In the visual imagery condition, he imagined visually the score of his composition in a continuous way. In the auditory imagery condition, he imagined auditorily the same musical composition with pauses. In spite of the modality and temporal differences, the two types of mental imagery showed similar temporal durations for the same musical composition. However, different patterns of neural activation were observed for visual and auditory imagery with one important exception, that is, a common activation pattern was observed in the left medial temporal gyrus in both visual and auditory imagery. We speculate that the left medial temporal gyrus may play an important role in the creation of apparent temporal continuity in musical imagery and perhaps even in conscious information processing in general