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German to English: Section of Dissertation Translation "Platz für Noten" (Manfred Spitzer) General field: Science Detailed field: Medical (general)
Source text - German Repräsentationen
Für einen Organismus, der in einer regelhaften Umgebung lebt, stellt es einen entscheidenden Überlebensvorteil dar, ein inneres Abbild dieser Umgebung zur Verfügung zu haben, um unter Hinzuziehung dieses Abbildes besser auf Reize aus der Umgebung reagieren zu können. Ein solches inneres Abbild bestimmter äußerer, durch Reize vermittelter Charakteristika und Strukturen nennt man ganz allgemein eine Repräsentation.
Rein subjektiv weiß jeder, was damit gemeint ist: Ich kann die Augen schließen und mir die Sonne, den Mond, eine Landschaft oder eine bestimmte Person vorstellen. Diese Vorstellung enthält bestimmte Informationen über den Sachverhalt, die ich erst abrufen kann, sofern ich die Vorstellung mir tatsächlich vor mein geistiges Auge geführt habe. Ein einfaches Beispiel hierfür ist die Zahl der Fenster im Wohnzimmer des Lesers: Selbst wenn Sie jetzt gerade nicht in Ihrem Wohnzimmer Sitzen, können Sie sich Ihr Wohnzimmer vorstellen, in ihm (in der Vorstellung) herumlaufen und die Fenster zählen. Nach wenigen Augenblicken wissen Sie so die Zahl der Fenster in Ihrem Wohnzimmer und können sie auf Anfrage angeben. Wir wissen somit intuitiv, was eine Vorstellung ist, eine innere Repräsentation (lat. re = wieder, presentare = vergegenwärtigen) von etwas draußen in unserem Geist.
Vorgestellte Musik
Ebenso wie wir uns Bilder vorstellen können, können wir uns Schall, Töne, Melodien und ganze Musikstücke vorstellen. Untersuchungen des visuellen Vorstellungsvermögens haben gezeigt, dass sich Vorstellen letztlich der gleichen Hirnmaschinerie bedient wie das visuelle Wahrnehmen und dass die den Vorstellungen zu Grunde liegenden internen Repräsentationen zumindest teilweise die Eigenschaften tatsächlicher Bilder haben (vgl. hierzu die ausführliche Darstellung in Spitzer 2002). So wurde beispielsweise gezeigt, dass es länger dauert, zwei Punkte auf einem vorgestellten Bild innerlich wahrzunehmen, wenn sie weiter auseinander liegen. Auch wurde gezeigt, dass die Zeit, die man braucht, um ein Bild im Geiste zu drehen, mit größerem Drehwinkel zunimmt. Innere, geistige Bilder haben also zumindest teilweise ganz ähnliche Eigenschaften wie wahrgenommene Bilder.
Im Hinblick auf das akustische Vorstellungsvermögen wurden deutlich weniger wissenschaftliche Untersuchungen durchgeführt als mit visuell vorgestellten Bildern. Diese Studien sprechen jedoch eindeutig ebenfalls für eine analoge interne Repräsentation von Schall und Musik. Farah und Smith (1983) ließen ihre Versuchspersonen sich hohe oder tiefe Töne vorstellen, während sie auf akustische Signale reagieren mussten. Es zeigte sich, dass man einen Ton besser wahrnimmt (d.h. das Tonsignal rascher entdeckt), wenn man sich den gleichen Ton bereits vorstellt. Daraus leiteten die Autoren ab, dass die Frequenz des vorgestellten Tons durch die Vorstellung dieses Tons bereits voraktiviert ist und ein eingehendes Signal entsprechender Frequenz daher rascher erkannt wird.
In einem anderen Experiment mussten sich Versuchspersonen einen Akkord vorstellen und hörten dann einen weiteren Akkord, bei dem sie so rasch wie möglich entscheiden mussten, ob es sich um den gleichen oder um einen anderen Akkord handelt (Hubbard u. Stoeckig 1988). Der vorgespielte Akkord war entweder identisch mit dem vorgestellten oder verschieden und musikalisch verwandt bzw. verschieden und nicht musikalisch verwandt mit dem vorgestellten Akkord. Führt man eine solche Aufgabe mit zwei tatsächlich gespielten Akkorden durch, so werden identische Akkorde am schnellsten, völlig verschiedene Akkorde am zweitschnellsten und musikalisch verwandte, aber verschiedene Akkorde am langsamsten erkannt. Genau dies war auch der Fall, wenn der erste Akkord nur vorge-
stellt war. Wieder schließen die Autoren auf die Ähnlichkeit musikalischer Wahrnehmungen und musikalischer Vorstellungen.
Die kanadische Psychologin Andrea Halpern (1988) führte eine ganze Reihe von Experimenten durch, die ebenfalls in die gleiche Richtung weisen. Sie ließ beispielsweise musikalisch untrainierte Versuchspersonen sich die Töne bekannter Lieder, die mit bestimmten Wörtern im Text korrespondierten, vorstellen und im Hinblick auf ihre Höhe vergleichen. Sie ging dabei wie folgt vor: Zunächst wurden die Versuchspersonen einzeln befragt, ob sie bestimmte Lieder (beispielsweise Jingle Bells) kennen. Danach führten sie zunächst eine Wahrnehmungsaufgabe durch, dann die Vorstellungsaufgabe. In zwei Übungsdurchgangen hörten die Versuchspersonen zunächst über Kopfhörer das Lied Jingle Bells und sahen den Text gleichzeitig auf einem Computerbildschirm. Zwei Wörter im Text waren mit Großbuchstaben geschrieben und die Versuchspersonen hatten die Anweisung, durch Tastendruck anzugeben, ob die Tonhöhe des beim zweiten groß geschriebenen Worte gesungenen Tons höher oder tiefer war als beim ersten. Sie sahen also beispielsweise dashing to the SNOW in a one horse open SLEIGH und mussten beurteilen, welcher der beiden Töne, der bei snow oder der bei sleigh, höher war.
Die Vorstellungsaufgabe bestand im Prinzip in der gleichen Prozedur, aber das Lied wurde nicht vorgespielt, sondern nur der Text gezeigt. Die Probanden mussten sich also das Lied vorstellen und mit Hilfe dieser Vorstellung entscheiden, welcher von zwei vorgestellten Tönen hoher war. Die Reaktionszeiten in dieser Aufgabe nahmen mit dem tatsächlichen Abstand beider Töne im Lied systematisch zu. Sie waren auch dann länger, wenn das erste Vergleichswort von einem späteren Teil des Liedes und nicht aus dessen Anfang stammte. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Versuchspersonen ein vorgestelltes Lied innerlich etwa wie ein Tonband abspielen lassen und dass die für musikalisches Vorstellungsvermögen verwendeten internen Repräsentanzen zumindest teilweise analoge, zeitliche Charakteristika aufweisen.
Halten wir fest: Man kann Vorstellungen, Bilder und Melodien, experimentell untersuchen. In solchen Experimenten kann man der Natur dieser inneren Repräsentationen nachgehen. Wenn man dies tut, dann zeigt sich, dass Vorstellungen mit Wahrnehmungen recht viel gemeinsam haben.
Neuronale Repräsentation
Auch in neurobiologischer Hinsicht wird seit längerer Zeit von Repräsentation gesprochen. Damit sind keineswegs subjektiv erlebte innere Bilder und Töne gemeint, sondern zunächst etwas ganz anderes. Ein Neuron kann für irgendetwas stehen, etwa so, wie ein Wort für etwas (seine Bedeutung) stehen kann. Bei einem Neuron handelt es sich um einen speziellen Typ einer lebenden Zelle, die auf Erregung und Erregbarkeit spezialisiert ist. Im Grunde genommen ist jede Zelle erregbar, Neuronen verfügen jedoch über ganz bestimmte Eigenschaften, die sie für die Produktion von Erregungen und deren Weiterleitung besonders geeignet machen. Trifft Licht auf einen Rezeptor in der Netzhaut des Auges, wird eine innere Haarzelle in der Schnecke verbogen oder reagiert ein Stoff mit bestimmten Rezeptoren in der Nasenschleimhaut, wird jeweils ein physikalisches Ereignis in ein physiologisches Er-
eignis umgewandelt: Aus Energie oder der Veränderung von Energie in der Zeit wird in den Sinneszellen Erregung.
Diese Erregung wird überall in prinzipiell der gleichen Form weitergeleitet, nämlich als Nervenimpuls (Aktionspotenzial), der mit Geschwindigkeiten von bis zu 100 Metern pro Sekunde entlang der Nervenfasern in Richtung Gehirn fortgeleitet wird. Jeder Impuls, der ins Gehirn gelangt, ist gleich, d.h. er unterscheidet sich nicht von den Milliarden anderen Impulsen, die ebenfalls in das Gehirn eingehen. In unserem Gehirn gibt es – wenn man von außen hineinschaut – keine Farben und Töne, keinen Geruch und keinen Geschmack, keine Wärme und keine Kälte, sondern nur Impulse. (Natürlich: Wir selbst erleben dieses Spiel der Impulse ganz anders und es wäre Unfug, zu sagen, dass es eigentlich nur Impulse gibt, denn jeder Mensch ist zunächst einmal einer, der erlebt.) Lange war unklar, wie unser Gehirn überhaupt zwischen Farben und Tönen, Gerüchen und Schmerzen unterscheiden kann. Bis heute ist dieses Problem nicht völlig gelöst, zumal es auch Menschen gibt, die Töne riechen oder Farben hören können, d. h. Menschen mit der Fähigkeit zur sogenannten Synästhesie (vgl. Kapitel 9).
Die Gesamtheit dieser Impulse, die in das Gehirn eingehen, kann man in der Sprache der Informatik als dessen Input bezeichnen. Insgesamt erreichen unser Gehirn zwei bis drei Millionen Nervenfasern, und über jede Faser kommen bis zu 300 Impulse pro Sekunde. Damit kann man die Größenordnung der Informationsmenge, die unser Gehirn erreicht, abschätzen. Dem Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein eines jeden Impulses entspricht die Informationsmenge von einem Bit. Damit verarbeitet unser Gehirn ca. 600-900 Millionen Bit je Sekunde. Acht Bit entsprechen einem Byte und Millionen wird durch Mega abgekürzt. Die Informationsmenge, die unser Gehirn verarbeitet, beträgt daher etwa 100 Megabyte pro Sekunde. Diese ungeheure Menge an Information wird vom Gehirn verarbeitet und in adäquate Handlungen umgesetzt. Was heißt das?
Wenn wir die Hand auf die heiße Herdplatte legen, ziehen wir sie rasch zurück. Kommt ein Löwe von links, rennen wir ganz schnell nach rechts. Hängt vor uns ein roter Apfel am Baum, so greifen wir nach ihm. Der Input wird von unserem Gehirn also offensichtlich dazu benutzt, einen Output zu generieren, der jeweils passt. Wer beim Apfel rennt oder beim Löwen greift, macht Fehler.
Nervensysteme sind dafür da, eingehende Impulse (den Input) in ausgehende Impulse (den Output) rasch und effektiv umzusetzen (erinnern Sie sich an die „optimalen Merkmale“ in Kapitel 5). Betrachten wir hierzu ein einfaches Beispiel (vgl. Spitzer 1996): Eine Zecke hat weder Augen noch Ohren. Sie hängt an einem Ast. Ihr Nervensystem ist sehr einfach und kann lediglich einen bestimmten Geruch (der von Buttersäure) und Wärme signalisieren. Das genügt ihr aber auch, um in ihrer Umwelt erfolgreich zu sein: Sobald ein größeres Säugetier sich unter dem Ast befindet, bemerkt die Zecke zwei Eigenschaften, Wärme und Buttersäure (im Schweiß aller Säugetiere vorhanden). Dieser Input bewirkt einen Output: Die Zecke lässt sich fallen und landet mit etwas Glück auf dem Säuger, der für sie eine unerschöpfliche Nahrungsquelle darstellt.
Im Nervensystem der Zecke sind also nur wenige Aspekte der komplexen Umwelt repräsentiert: ihre Umwelt besteht aus Wärme und Buttersäure, sonst nichts. Sie kann und muss nicht lernen, wie auf einen bestimmten Input zu reagieren ist. Sie
kann nur eines, sich fallen lassen oder nicht; ihr Verhaltensrepertoire (d.h. das, was ein Organismus alles kann) ist sehr beschränkt. Uns Menschen erscheint dies ein sehr kleiner Ausschnitt an Erleben und Verhalten, aber auch wir nehmen nicht die ganze Natur um uns herum wahr, sondern nur einen kleinen Ausschnitt aller uns umgebenden elektromagnetischen Felder (nämlich wärmer und das sichtbare Licht), nur einen Ausschnitt aller mechanischen Schwingungen (bis 20.000 Hz), nur einen Teil aller Stoffe (viele haben für uns keinen Geruch) und für elektrische Felder sind wir – im Gegensatz zu manchen Fischen – völlig empfindungslos. Uns geht es also besser als der Zecke, aber nur graduell, nicht prinzipiell: Zellen in unseren Sinnesorganen setzen bestimmte physikalische Gegebenheiten in Impulse um, diese Impulse werden von unserem Nervensystem verarbeitet. Dies wiederum bedeutet nichts anderes, als dass unser Nervensystem den Strom eingehender Impulse (Input) in einen Strom ausgehender Impulse (Output) umwandelt, der jeweils angemessen ist, d.h. zu situationsgerechten Verhalten führt (und die Muskeln entsprechend steuert).
Die Repräsentation von Tönen im menschlichen Gehirn ist viel komplizierter als die von Wärme oder Buttersäure bei der Zecke (vgl. Abb. 7-1). Auf der Ebene einzelner Neuronen des Hörkortex lassen sich beispielsweise zwar solche finden, die bei einem Ton einer bestimmten Frequenz anfangen zu feuern und aufhören, wenn der Ton aufhört. Dies ist aber nur eine Möglichkeit der „Antwort“ kortikaler Neuronen. Andere feuern dauernd mit einer bestimmten Rate und hören damit auf, wenn der Ton kommt. Wieder andere feuern nur dann, wenn sich gerade etwas ändert. Wie diese Kodes dann miteinander im Einzelnen verrechnet werden, um zu einer einheitlichen Wahrnehmung zu führen, ist noch nicht völlig geklärt.
Noch bis vor etwa zwei Jahrzehnten lag es daher im Bereich der Spekulation, wie das Gehirn mit Tönen und Musik umgeht. Dies hat sich geändert. Man kann heute aus der Kenntnis des Aufbaus und der Funktion der Großhirnrinde, des größten Teil des Gehirns, einige Prinzipien ableiten, die zumindest Hinweise geben, wie höhere geistige Leistungen, einschließlich der Musik, vollbracht werden. Eines dieser Prinzipien ist das der Neuroplastizität.
Translation - English Representations
Any organism living in an environment surrounded by regularity gains a crucial survival advantage by being able to form a mental model of its surroundings, allowing it to better react to stimuli from the environment. Such an internal model of particular external properties and structures, mediated by stimuli, is generally referred to as a representation.
On a purely subjective level we all know what this means. I can close my eyes and imagine the sun, the moon, a landscape or a particular person. A mental image like this contains specific information about the state of affairs, which I can recall provided I actually focus my mind’s eye on it. The number of windows in your living room is a simple example. Even if you’re not sitting in your living room right now you can visualize it, walk around in the mental image, count the number of windows and in a few moments tell me how many there are. We therefore intuitively know what a mental model is: an internal representation in our mind of something in the world around us, which we literally recall into the present.
Images of music
In the same way that we can visualize something, we can also imagine sounds, notes, melodies and entire pieces of music. Studies on our ability to visualize have shown that this draws on the same brain machinery as visual perception, and that the underlying mental representations do exhibit at least some of the properties of pictures we actually perceive . It has been demonstrated, for instance, that it takes us longer to visualize two dots in a mental image the further apart they are. We also know that turning an image in our mind takes longer, the further we have to turn it. Internal mental images therefore share at least some very similar characteristics with pictures in our perception.
When it comes to our ability for auditory imaging, far less scientific research has been done than on visual imaging. Studies that have been performed, however, clearly suggest an analogous internal representation of sound and music. In 1983 researchers Martha Farah and Albert Smith asked subjects to imagine either high or low tones, while being asked to react to auditory signals . This revealed that we are better able to perceive (more rapidly detect) tone signals if we are already imagining the same tone. This led the authors to suggest that imagining a tone pre-activates perception for that frequency, and this explains why an incoming signal at the same frequency is more rapidly recognized.
In another experiment two other scientists, Timothy Hubbard and Keiko Stoeckig, asked subjects to imagine a chord and then played them another and asked the listeners to decide as quickly as possible if the new chord was the same or different . This was either identical with the one they were imagining, different but musically related, or different and musically unrelated. Performing such an experiment in which two actual chords are played, demonstrates that identical chords are identified quickest, completely different chords second quickest and musically-related but different chords slowest. This is just what was discovered when subjects only imagined the first chord.
In agreement with previous findings, the scientists concluded that there are similarities between musical perception and musical imaging.
In 1988 the Canadian psychologist Andrea Halpern performed a series of experiments that also seemed to support this . In one experiment she asked musically untrained subjects to imagine notes corresponding to particular words from the lyrics of well-known songs and then compare their pitch. The first step was to ask individual subjects if they knew particular songs, for instance Jingle Bells. She then asked them to perform a perceptual task followed by an imaging task. In two practice runs, subjects were played Jingle Bells over headphones at the same time as reading the lyrics on a computer monitor. Two words in the text were written in capitals, and the subjects were told to indicate by pressing a button whether the pitch of the second word was higher or lower than the first. For instance, they saw “dashing through the SNOW in a one horse open SLEIGH” and had to decide whether “sleigh” was higher than “snow”.
The imaging task basically followed the same procedure, but subjects weren’t played the song, just shown the lyrics. In other words, by imagining the song the subjects had to decide which of the two notes was higher. The reaction times for the task were proportionally longer the further apart the two notes were in the song. They were also longer if the first word occurred later in the song rather than at the beginning. These results suggest that the subjects played through imaged songs much like an audiotape, and that the mental representations we employ to imagine music seem to have at least partially analogous temporal characteristics.
Let us take stock: mental models – pictures and melodies – can be experimentally investigated. Doing so allows us to examine the nature of internal representations. The results of such research suggest that imaging and perception have a lot in common.
Neuronal representation
Representation is also an established neurobiological term. Here, however, we mean something quite different than subjectively experienced mental pictures and tones. A neuron can stand for something in much the same way that a word can stand for something (its meaning). Neurons are a specialized type of cell particularly suited to excitation and excitability. In principle, all cells are excitable, but neurons possess specific properties making them especially well-suited to producing and passing on excitation. Light falling on a receptor in the retina of the eye, the bending of an inner hair cell in the cochlea, or a substance binding to a particular receptor in the mucous membrane of the nose: in each case, a physical event is transformed into a physiological event.
Energy, or a change in energy over time, is converted into sensory cell excitation.
Regardless of its location, this excitation is always relayed on in the same form: a nervous impulse known as an action potential, which is propagated at a speed of up to 100 meters per second along nerve fibres towards the brain. Every impulse arriving in the brain is identical; in other words, it’s impossible to tell one particular impulse apart from the billions (US) of others entering the brain. If we take a look into our brains from the outside, we won't find colours or notes, smells or tastes, or warmth or cold. Just impulses. (Naturally, the experience we all have of this play of impulses is completely different, and it would be disingenuous to claim that in fact just impulses exist – experiencers, in the first instance, is what we all are). For a long time it was unclear how our brains could differentiate between colours and notes, or smells and pain. We still haven’t completely solved this problem, and the fact that some people can smell notes or hear colours, an ability called synaesthesia, only deepens it (see Chapter 9).
Combined, all the impulses entering the brain can be regarded (to borrow a computer term) as its input. In total, two to three million nerve fibres reach our brain, with each fibre conducting as many as 300 impulses per second. This is enough to allow us to make a rough guess at the amount of information reaching our brain. The presence or absence of each impulse corresponds to one bit of information. Thus our brain processes approximately 600–900 million bits per second. Eight bits make up one byte and the prefix mega indicates a factor of one million. Our brain, then, processes around 100 megabytes of information every second. This vast volume of information is processed by the brain and transformed into adequate behaviour. But what do we mean by that?
If we put our hand on a hot stove top, we’ll quickly pull it back. If a lion is coming from the left, we'll flee to the right. And if a red apple is hanging on a tree in front of us, we’ll reach for it. Clearly, our brain uses the input to generate an appropriate output. Anyone who flees the apple or reaches for the lion is making a mistake.
The job of nervous systems is to rapidly and effectively transform incoming impulses (the input) into outgoing impulses (the output) – cast your mind back to when we discussed "optimal properties" in Chapter 5. We can illustrate this with a simple example . A tick has neither eyes nor ears. It hangs off a branch. Its nervous system is extremely simple and can only signal one particular smell (butyric acid) and warmth. That's all it needs however to succeed in its own environment. The moment a fairly large mammal ventures under its branch, the tick registers two things: warmth and the butyric acid in the sweat of all mammals. This input produces an output: the tick lets go and, if it’s in luck, lands on the mammal, a source of unending nutrition.
The tick's nervous system only represents a few aspects of the complex environment: nothing but warmth and butyric acid. It can’t and doesn’t have to learn how it should react to any particular input.
It can only let go or stay put; its behavioural repertoire (everything an organism can do) is extremely limited. To us humans this seems like a tiny fraction of ways to experience the world and behave, but we don't perceive all the world around us either: just a small fraction of all the electromagnetic fields (warmth and visible light), just a fraction of all the mechanical vibrations (up to 20,000 Hz), just a fraction of all chemicals (many have no smell for us), and when it comes to electrical fields (in contrast to many fish) we are completely insensitive. We do have it better than ticks, but only in scale, not in principle. Cells in our sensory organs convert specific physical states into impulses, and these impulses are processed by our nervous system. In effect, our nervous system transforms the stream of incoming impulses (input) into a stream of outgoing impulses (output) appropriate for a given situation – in other words, leading to situationally appropriate behaviour and corresponding control of muscles.
How tones are represented in the human brain is much more complicated than warmth or butyric acid in ticks (see Fig. 7-1). At the level of individual neurons in the auditory cortex for instance, some start firing in response to a tone at a particular frequency and stop when that tone stops. That is only one possible response of cortical neurons however. Others continually fire at a particular rate and stop at a particular tone. Still others only fire when sounds change. Just how these codes are individually tallied together to arrive at a unified perceptual experience has still not been fully explained.
Only a couple of decades ago, therefore, all we could do was speculate on how the brain deals with notes and music. Now, things have really moved on. The advances we have made in understanding the structure and function of the cortex, the largest part of our brain, have allowed us to form some general principles that do shed at least some light on how higher cognitive functions such as music are generated. One of these principles is neuroplasticity.
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Translation education
Master's degree - University College London
Experience
Years of experience: 20. Registered at ProZ.com: Jan 2017.
I am a scientific and medical translator with a BSc in Physiology and Biochemistry from Southampton University and an MSc in Translation Studies from University College London. I am also a professional classical musician (singer) and have lived in Germany for over 20 years.
I worked in a translation agency in Munich HIGH-TECH Hay GmbH for twelve years as a proof-reader, PM and CAT tool specialist. As a freelance translator I have worked regularly, amongst others, for the Max Planck Society. I have also been a native-speaker copy editor of a complete medical textbook Preneoplasia of the Breast (Böcker).
I am a member of the British "Chartered Institute of Linguists" and the German "Bund der Übersetzer".
