Daniel Wolpert: The real reason for brains

Daniel Wolpert: Der wahre Grund für Gehirne

Übersetzung: Sandra Holtermann Lektorat: Angelika Lueckert Leon

I'm a neuroscientist.

Ich bin Neurowissenschaftler.

And in neuroscience,

Und in der Neurowissenschaft

we have to deal with many difficult questions about the brain.

beschäftigen wir uns mit vielen schwierigen Fragen zum Gehirn.

But I want to start with the easiest question

Aber ich beginne mit der einfachsten Frage,

and the question you really should have all asked yourselves at some point in your life,

die Sie sich alle einmal in Ihrem Leben gestellt haben sollten,

because it's a fundamental question

denn es ist eine fundamentale Frage,

if we want to understand brain function.

wenn wir die Funktionsweise des Gehirns verstehen wollen.

And that is, why do we and other animals

Sprich, warum haben wir und andere Tiere

have brains?

ein Gehirn?

Not all species on our planet have brains,

Nicht alle Spezies auf unserem Planeten haben Gehirne,

so if we want to know what the brain is for,

wenn wir also wissen wollen, wozu das Gehirn da ist,

let's think about why we evolved one.

sollten wir überlegen, warum wir eines ausgebildet haben.

Now you may reason that we have one

Jetzt können Sie argumentieren, dass wir eines haben,

to perceive the world or to think,

um die Welt wahrzunehmen und zu denken,

and that's completely wrong.

aber das ist komplett falsch.

If you think about this question for any length of time,

Wenn Sie eine zeitlang über diese Frage nachdenken,

it's blindingly obvious why we have a brain.

ist es offensichtlich, warum wir ein Gehirn haben.

We have a brain for one reason and one reason only,

Wir haben aus einem einzigem Grund ein Gehirn,

and that's to produce adaptable and complex movements.

nämlich um anpassungsfähige, komplexe Bewegungen auszuführen.

There is no other reason to have a brain.

Es gibt keine anderen Grund, warum wir ein Gehirn haben.

Think about it.

Denken Sie mal drüber nach.

Movement is the only way you have

Bewegung ist Ihre einzige Möglichkeit,

of affecting the world around you.

die Welt um Sie herum zu beeinflussen.

Now that's not quite true. There's one other way, and that's through sweating.

Nun, das stimmt nicht ganz. Sie können das auch durch Schwitzen machen.

But apart from that,

Aber abgesehen davon

everything else goes through contractions of muscles.

läuft alles über Muskelkontraktionen.

So think about communication --

Denken Sie an Kommunikation –

speech, gestures, writing, sign language --

Sprache, Gesten, Schreiben, Gebärdensprache –

they're all mediated through contractions of your muscles.

sie werden alle über Ihre Muskelkontraktionen übertragen.

So it's really important to remember

Daher ist es wichtig, darauf hinzuweisen,

that sensory, memory and cognitive processes are all important,

dass Sinnes-, Gedächtnis- und Erkenntnisprozesse alle wichtig sind,

but they're only important

aber sie sind nur wichtig,

to either drive or suppress future movements.

um zukünftige Bewegungen zu erzeugen oder zu unterdrücken.

There can be no evolutionary advantage

Es gibt keinen evolutionären Vorteil,

to laying down memories of childhood

Kindheitserinnerungen zu speichern

or perceiving the color of a rose

oder die Farbe einer Rose wahrzunehmen,

if it doesn't affect the way you're going to move later in life.

wenn es nicht die Art beeinflusst, wie man sich später im Leben bewegt.

Now for those who don't believe this argument,

Für alle, die diesem Argument nicht vertrauen,

we have trees and grass on our planet without the brain,

es gibt Bäume und Gräser auf unserem Planeten ohne Gehirn,

but the clinching evidence is this animal here --

aber der entscheidende Beleg ist dieses Tier hier –

the humble sea squirt.

die bescheidene Seescheide.

Rudimentary animal, has a nervous system,

Ein rudimentäres Tier, mit einem Nervensystem,

swims around in the ocean in its juvenile life.

das in seiner Jugend im Ozean umherschwimmt.

And at some point of its life,

Und zu einer bestimmten Zeit seines Lebens

it implants on a rock.

siedeln sie sich auf Felsen an.

And the first thing it does in implanting on that rock, which it never leaves,

Und beim Ansiedeln auf dem Felsen, wo sie immer bleiben wird, verdaut sie

is to digest its own brain and nervous system

als erstes ihr eigenes Gehirn und Nervensystem

for food.

als Nahrung.

So once you don't need to move,

Sobald man sich nicht mehr bewegen muss,

you don't need the luxury of that brain.

braucht man den Luxus eines Gehirns nicht mehr.

And this animal is often taken

Und diese Tier wird oft als

as an analogy to what happens at universities

Analogie für das genommen, was an den Universitäten passiert,

when professors get tenure,

wenn Professoren ihre Festanstellung erhalten,

but that's a different subject.

aber das ist ein anderes Thema.

(Applause)

(Applaus)

So I am a movement chauvinist.

Ich bin also ein Bewegungs-Chauvinist.

I believe movement is the most important function of the brain --

Ich bin überzeugt, dass Bewegung die wichtigste Gehirnfunktion ist –

don't let anyone tell you that it's not true.

lassen Sie sich von niemandem erzählen, dass das nicht stimmt.

Now if movement is so important,

Wenn Bewegung nun so wichtig ist,

how well are we doing

wie gut sind wir darin,

understanding how the brain controls movement?

zu verstehen, wie das Gehirn Bewegung kontrolliert?

And the answer is we're doing extremely poorly; it's a very hard problem.

Und wir sind sehr schlecht darin; es ist ein sehr schwieriges Problem.

But we can look at how well we're doing

Aber wir können uns ansehen, wie gut wir darin sind,

by thinking about how well we're doing building machines

indem wir darüber nachdenken, wie gut wir Maschinen bauen,

which can do what humans can do.

die das tun können, was Menschen tun können.

Think about the game of chess.

Denken Sie ans Schachspielen.

How well are we doing determining what piece to move where?

Wie gut können wir bestimmen, welche Figur wir wohin ziehen müssen?

If you pit Garry Kasparov here, when he's not in jail,

Wenn man Gary Kasparov hier angreift, wenn er nicht im Gefängnis ist,

against IBM's Deep Blue,

gegen IBMs Deep Blue,

well the answer is IBM's Deep Blue will occasionally win.

dann wird IBM Deep Blue gelegentlich gewinnen.

And I think if IBM's Deep Blue played anyone in this room, it would win every time.

Und wenn IBMs Deep Blue gegen alle hier im Raum spielen würde, würde es jedesmal gewinnen.

That problem is solved.

Das Problem ist gelöst.

What about the problem

Aber was ist mit dem Problem,

of picking up a chess piece,

eine Schachfigur zu nehmen,

dexterously manipulating it and putting it back down on the board?

sie geschickt zu manipulieren und sie wieder zurückzustellen?

If you put a five year-old child's dexterity against the best robots of today,

Wenn man die Geschicklichkeit eines 5-jährigen Kindes mit der der besten Roboter vergleicht,

the answer is simple:

ist die Antwort einfach:

the child wins easily.

Das Kind gewinnt mit Leichtigkeit.

There's no competition at all.

Es gibt überhaupt keine Konkurrenz.

Now why is that top problem so easy

Aber warum ist die obere Frage so einfach

and the bottom problem so hard?

und die untere so schwer?

One reason is a very smart five year-old

Ein Grund ist, dass ein sehr schlauer 5-Jähriger

could tell you the algorithm for that top problem --

Ihnen den Algorithmus für das obere Problem nennen könnte –

look at all possible moves to the end of the game

sich alle möglichen Züge bis zum Ende des Spiels anzusehen

and choose the one that makes you win.

und den zu wählen, der einen gewinnen lässt.

So it's a very simple algorithm.

Es ist also ein sehr einfacher Algorithmus.

Now of course there are other moves,

Es gibt natürlich andere Züge,

but with vast computers we approximate

aber mit gewaltigen Computern

and come close to the optimal solution.

nähern wir uns der optimalen Lösung.

When it comes to being dexterous,

Wenn es um Finger Geschicklichkeit geht,

it's not even clear what the algorithm is you have to solve to be dexterous.

ist nicht mal klar, welchen Algorithmus man lösen muss, um geschickt zu sein.

And we'll see you have to both perceive and act on the world,

Man muss die Welt also sowohl wahrnehmen als auch darauf einwirken,

which has a lot of problems.

was viele Probleme erzeugt.

But let me show you cutting-edge robotics.

Aber lassen Sie mich Ihnen die neuste Robotertechnik zeigen.

Now a lot of robotics is very impressive,

Ein großer Teil der Robotertechnik ist sehr beeindruckend,

but manipulation robotics is really just in the dark ages.

aber die Manipulation durch Roboter steckt noch in den Kinderschuhen.

So this is the end of a Ph.D. project

Dies ist das Ergebnis eines Promotionsvorhabens

from one of the best robotics institutes.

von einem der besten Institute für Robotik.

And the student has trained this robot

Der Student hat diesem Roboter beigebracht,

to pour this water into a glass.

Wasser in ein Glas zu füllen.

It's a hard problem because the water sloshes about, but it can do it.

Das ist schwierig, da das Wasser herumspritzt, aber er bekommt es hin.

But it doesn't do it with anything like the agility of a human.

Aber es ist kaum mit der Beweglichkeit eines Menschen vergleichbar.

Now if you want this robot to do a different task,

Wenn Sie jetzt aber wollen, dass der Roboter etwas anderes macht,

that's another three-year Ph.D. program.

ist das ein weiteres 3-jähriges Doktorandenprojekt.

There is no generalization at all

Man kann in der Robotik überhaupt nicht

from one task to another in robotics.

von einer Aufgabe zur anderen generalisieren.

Now we can compare this

Jetzt können wir das mit der Spitze des

to cutting-edge human performance.

menschlichem Leistungsvermögen vergleichen.

So what I'm going to show you is Emily Fox

Daher zeige ich Ihnen Emily Fox,

winning the world record for cup stacking.

wie sie den Weltrekord für Becherstapeln aufstellt.

Now the Americans in the audience will know all about cup stacking.

Die Amerikaner im Publikum wissen sicher alles über das Becherstapeln.

It's a high school sport

Es ist ein Highschool-Sport,

where you have 12 cups you have to stack and unstack

bei dem man 12 Becher stapeln und entstapeln muss,

against the clock in a prescribed order.

gegen die Uhr und in einer bestimmten Reihenfolge.

And this is her getting the world record in real time.

Und hier sieht man wie sie den Weltrekord in Echtzeit schafft.

(Laughter)

(Lachen)

(Applause)

(Applaus)

And she's pretty happy.

Und sie ist ziemlich glücklich.

We have no idea what is going on inside her brain when she does that,

Wir haben keine Ahnung, was in ihrem Gehirn passiert, wenn sie das macht.

and that's what we'd like to know.

Aber wir wüssten das gerne.

So in my group, what we try to do

Was wir in meiner Gruppe versuchen, ist,

is reverse engineer how humans control movement.

zu rekonstruieren, wie Menschen Bewegung kontrollieren.

And it sounds like an easy problem.

Es klingt wie ein einfaches Problem.

You send a command down, it causes muscles to contract.

Man sendet einen Befehl, der eine Muskelkontraktion auslöst.

Your arm or body moves,

Ihr Arm oder Körper bewegt sich

and you get sensory feedback from vision, from skin, from muscles and so on.

und man erhält eine sensorische Rückmeldung mittels Sehen, Haut, Muskeln, usw.

The trouble is

Das Problem ist,

these signals are not the beautiful signals you want them to be.

dass es nicht die schönen Signale sind, wie man sich das vorstellt.

So one thing that makes controlling movement difficult

Die Steuerung der Bewegung wird etwa dadurch erschwert,

is, for example, sensory feedback is extremely noisy.

dass die sensorische Rückmeldung extrem rauscht.

Now by noise, I do not mean sound.

Mit Rauschen ist kein Laut gemeint.

We use it in the engineering and neuroscience sense

Wir verwenden es in der ingenieur- und neurowissenschaftlichen Bedeutung.

meaning a random noise corrupting a signal.

Gemeint ist ein Zufallsrauschen, das ein Signal beschädigt.

So the old days before digital radio when you were tuning in your radio

Wenn man früher, vor dem digitalen Radio, den Radiosender einstellte

and you heard "crrcckkk" on the station you wanted to hear,

und "krrckkk" auf dem gewünschten Sender hörte,

that was the noise.

das war dieses Rauschen.

But more generally, this noise is something that corrupts the signal.

Ganz allgemein stört so ein Rauschen das Signal.

So for example, if you put your hand under a table

Wenn Sie etwa Ihre Hand unter den Tisch tun

and try to localize it with your other hand,

und versuchen, sie mit der anderen Hand zu lokalisieren,

you can be off by several centimeters

können Sie ein paar Zentimeter daneben liegen,

due to the noise in sensory feedback.

wegen dem Rauschen der sensorischen Rückmeldung.

Similarly, when you put motor output on movement output,

Ungefähr so als wenn Sie Motorleistung in Bewegungsleistung geben,

it's extremely noisy.

das ist sehr geräuschvoll.

Forget about trying to hit the bull's eye in darts,

Versuchen Sie erst gar nicht mitten ins Ziel zu treffen,

just aim for the same spot over and over again.

zielen Sie einfach immer wieder auf die gleiche Stelle.

You have a huge spread due to movement variability.

Sie verfügen über ein große Spanne infolge der Variabilität der Bewegung.

And more than that, the outside world, or task,

Und mehr als das, die Außenwelt, oder die Aufgabe,

is both ambiguous and variable.

ist mehrdeutig und variabel.

The teapot could be full, it could be empty.

Die Teekanne könnte voll oder leer sein.

It changes over time.

Das ändert sich im Lauf der Zeit.

So we work in a whole sensory movement task soup of noise.

Wir arbeiten also in einer richtigen Rausch-Suppe von sensorischen Bewegungsaufgaben.

Now this noise is so great

Dieses Rauschen ist so stark,

that society places a huge premium

dass die Gesellschaft eine große Prämie ausschreibt

on those of us who can reduce the consequences of noise.

für jene, die die Konsequenzen dieses Rauschens reduzieren können.

So if you're lucky enough to be able to knock a small white ball

Wenn man also in der glücklichen Lage ist, einen kleinen weißen Ball

into a hole several hundred yards away using a long metal stick,

mit einem Metallstab in ein mehrere hundert Meter entferntes Loch zu schlagen,

our society will be willing to reward you

ist unsere Gesellschaft bereit, einen mit

with hundreds of millions of dollars.

einigen hundert Millionen Dollar zu belohnen.

Now what I want to convince you of

Ich möchte Sie davon überzeugen,

is the brain also goes through a lot of effort

dass das Gehirn viele Anstrengungen unternimmt,

to reduce the negative consequences

um die negativen Konsequenzen von

of this sort of noise and variability.

dieser Sorte von Rauschen und Variabilität zu reduzieren.

And to do that, I'm going to tell you about a framework

Um das zu tun, erzähle ich Ihnen von einem System,

which is very popular in statistics and machine learning of the last 50 years

das in der Statistik und beim maschinellen Lernen in den letzten 50 Jahren sehr beliebt ist,

called Bayesian decision theory.

namens Bayesianische Entscheidungstheorie.

And it's more recently a unifying way

Und in jüngster Zeit ist es ein vereinheitlichende

to think about how the brain deals with uncertainty.

Denkensart daüber, wie das Gehirn mit Ungewissheit umgeht.

And the fundamental idea is you want to make inferences and then take actions.

Die grundlegende Idee ist, dass man schlussfolgert und dann handelt.

So let's think about the inference.

Lassen Sie uns über das Rückschließen nachdenken.

You want to generate beliefs about the world.

Sie wollen Vorstellungen über die Welt hervorrufen.

So what are beliefs?

Was sind das für Vorstellungen?

Beliefs could be: where are my arms in space?

Vorstellungen könnten sein: Wo sind meine Arme im Raum?

Am I looking at a cat or a fox?

Sehe ich eine Katze oder einen Fuchs?

But we're going to represent beliefs with probabilities.

Aber wir stellen Vorstellungen als Wahrscheinlichkeiten dar.

So we're going to represent a belief

Wir verkörpern also eine Vorstellungen

with a number between zero and one --

durch eine Nummer zwischen Null und Eins –

zero meaning I don't believe it at all, one means I'm absolutely certain.

Null heißt, ich glaube gar nicht daran, Eins, ich bin absolut sicher.

And numbers in between give you the gray levels of uncertainty.

Und die Nummern dazwischen zeigen die Grauwerte der Ungewissheit.

And the key idea to Bayesian inference

Die Grundidee der bayesianischen Inferenz

is you have two sources of information

ist, dass man zwei Informationsquellen hat,

from which to make your inference.

aus denen sich die Schlussfolgerungen speisen.

You have data,

Es gibt die Daten,

and data in neuroscience is sensory input.

und Daten bedeuten in der Neurowissenschaft Sinnesreize.

So I have sensory input, which I can take in to make beliefs.

Es gibt also Sinnesreize, aus denen sich Ansichten ergeben können.

But there's another source of information, and that's effectively prior knowledge.

Aber es gibt noch eine andere Informationsquelle, und das sind schließlich Vorkenntnisse.

You accumulate knowledge throughout your life in memories.

Man sammelt ein Leben lang Wissen im Gedächtnis.

And the point about Bayesian decision theory

Und der Punkt bei der bayesianischen Entscheidungstheorie ist,

is it gives you the mathematics

dass man berechnen kann,

of the optimal way to combine

wie man auf optimale Weise

your prior knowledge with your sensory evidence

Ihr Vorwissen mit Ihren Sinneseindrücken kombiniert,

to generate new beliefs.

um neue Ansichten zu erzeugen.

And I've put the formula up there.

Ich habe die Formel hier oben aufgeführt.

I'm not going to explain what that formula is, but it's very beautiful.

Ich werde die Formel nicht erklären, aber sie ist wunderschön.

And it has real beauty and real explanatory power.

Sie zeigt wahre Schönheit und Erklärungskraft.

And what it really says, and what you want to estimate,

Im Grunde sagt sie aus – und was man damit abschätzen will,

is the probability of different beliefs

dass die Wahrscheinlichkeit für verschiedene Überzeugungen

given your sensory input.

basierend auf Ihren Sinneseindrücken.

So let me give you an intuitive example.

Lassen Sie mich Ihnen ein eingängiges Beispiel geben.

Imagine you're learning to play tennis

Stellen Sie sich vor, Sie lernen Tennis spielen

and you want to decide where the ball is going to bounce

und Sie wollen entscheiden, wo der Ball aufschlagen wird,

as it comes over the net towards you.

wenn er über das Netz auf einen zukommt.

There are two sources of information

Es gibt zwei Informationsquellen,

Bayes' rule tells you.

laut der Bayes-Regel.

There's sensory evidence -- you can use visual information auditory information,

Es gibt sensorische Hinweise – man kann visuelle und auditive Information nutzen,

and that might tell you it's going to land in that red spot.

und das kann einem sagen, dass es in dem roten Punkt landen wird.

But you know that your senses are not perfect,

Aber Sie wissen, dass Ihre Sinne nicht perfekt sind,

and therefore there's some variability of where it's going to land

und daher kann man nicht genau vorhersagen, wo es landen wird,

shown by that cloud of red,

was durch diese rote Wolke gezeigt wird,

representing numbers between 0.5 and maybe 0.1.

die die Zahlen zwischen 0,5 und 0,1 darstellt.

That information is available in the current shot,

Diese Information ist für den aktuellen Wurf verfügbar,

but there's another source of information

aber ist gibt eine weitere Informationsquelle,

not available on the current shot,

die nicht für den aktuellen Wurf verfügbar ist,

but only available by repeated experience in the game of tennis,

sondern nur durch wiederholte Erfahrung beim Tennisspiel,

and that's that the ball doesn't bounce

und diese besagt, dass der Ball nicht mit gleicher

with equal probability over the court during the match.

Wahrscheinlichkeit während des Spiels im Spielfeld aufschlägt.

If you're playing against a very good opponent,

Wenn Sie gegen einen sehr guten Gegner spielen,

they may distribute it in that green area,

können sie sich im grünen Bereich verteilen,

which is the prior distribution,

was der A-priori-Verteilung entspricht,

making it hard for you to return.

dadurch haben Sie es schwer zurückzuschlagen.

Now both these sources of information carry important information.

Beide Informationsquellen beinhalten wichtige Informationen.

And what Bayes' rule says

Und was die Bayes-Regel aussagt, ist,

is that I should multiply the numbers on the red by the numbers on the green

dass man die Anzahl im Roten mit der Anzahl im Grünen multiplizieren sollte,

to get the numbers of the yellow, which have the ellipses,

um die Anzahl der Gelben zu erhalten, die die Ellipsen aufweisen,

and that's my belief.

und das ist meine Überzeugung.

So it's the optimal way of combining information.

Es ist der optimale Weg, Information zu kombinieren.

Now I wouldn't tell you all this if it wasn't that a few years ago,

Ich würde Ihnen das alles nicht erzählen, wenn wir nicht vor einigen Jahren

we showed this is exactly what people do

gezeigt hätten, dass Menschen genau das tun,

when they learn new movement skills.

wenn sie neue Bewegungsabläufe lernen.

And what it means

Und das bedeutet, dass wir

is we really are Bayesian inference machines.

wirklich bayesianische Inferenz-Maschinen sind.

As we go around, we learn about statistics of the world and lay that down,

Im Leben lernen wir etwas über die Statistiken der Welt und speichern das,

but we also learn

aber wir lernen auch,

about how noisy our own sensory apparatus is,

wie unruhig unser Sinnesapparat ist,

and then combine those

und dann kombinieren wir diese

in a real Bayesian way.

in echter bayesianischer Manier.

Now a key part to the Bayesian is this part of the formula.

Ein Schlüssel für das Bayesianische ist dieser Teil der Formel.

And what this part really says

Dieser Teil besagt im Grunde,

is I have to predict the probability

dass ich die Wahrscheinlichkeit vorhersagen muss

of different sensory feedbacks

für verschiedene sensorische Rückmeldungen,

given my beliefs.

angesichts meiner Überzeugungen.

So that really means I have to make predictions of the future.

Das bedeutet, dass ich Vorhersagen über die Zukunft machen muss.

And I want to convince you the brain does make predictions

Und ich möchte Sie davon überzeugen, dass das Gehirn Vorhersagen über

of the sensory feedback it's going to get.

die zukünftige sensorische Rückmeldung macht.

And moreover, it profoundly changes your perceptions

Und außerdem ändert es grundlegend Ihre Wahrnehmung

by what you do.

durch das, was Sie tun.

And to do that, I'll tell you

Um das zu tun, erzähle ich Ihnen,

about how the brain deals with sensory input.

wie das Gehirn mit Sinnesreizen umgeht.

So you send a command out,

Sie schicken einen Befehl raus

you get sensory feedback back,

und Sie erhalten eine sensorische Rückmeldung,

and that transformation is governed

und diese Information wird von

by the physics of your body and your sensory apparatus.

der Physik Ihres Körpers und Ihres Sinnesapparates beeinflusst.

But you can imagine looking inside the brain.

Aber stellen Sie sich vor, Sie schauen in das Gehirn.

And here's inside the brain.

Und hier sind wir im Gehirn.

You might have a little predictor, a neural simulator,

Sie haben vielleicht einen kleinen Prädiktor, einen neuralen Simulator,

of the physics of your body and your senses.

von der Physik Ihres Körpers und Ihrer Sinne.

So as you send a movement command down,

Wenn Sie also einen Bewegungsbefehl senden,

you tap a copy of that off

zapfen Sie eine Kopie davon ab

and run it into your neural simulator

und lassen sie in Ihrem neuralen Simulator laufen,

to anticipate the sensory consequences of your actions.

um die sensorischen Folgen Ihrer Handlungen vorherzusehen.

So as I shake this ketchup bottle,

Wenn ich also die Ketchup-Flasche schüttle,

I get some true sensory feedback as the function of time in the bottom row.

erhalte ich ein echte sensorische Rückmeldung als Zeitfunktion

And if I've got a good predictor, it predicts the same thing.

Und wenn ich einen guten Prädiktor habe, sagt er genau das voraus.

Well why would I bother doing that?

Warum ich mir diese Mühe mache?

I'm going to get the same feedback anyway.

Ich erhalte doch sowieso diese Rückmeldung.

Well there's good reasons.

Es gibt gute Gründe dafür.

Imagine, as I shake the ketchup bottle,

Angenommen ich schüttle gerade die Ketchup-Flasche

someone very kindly comes up to me and taps it on the back for me.

und jemand kommt auf mich zu und klopft für mich auf die Unterseite.

Now I get an extra source of sensory information

Nun erhalte ich eine zusätzliche Quelle von Sinnesinformationen

due to that external act.

durch diese äußere Einwirkung.

So I get two sources.

Also habe ich zwei Quellen.

I get you tapping on it, and I get me shaking it,

Sie klopfen darauf und ich schüttle sie,

but from my senses' point of view,

aber aus Sicht meiner Sinne

that is combined together into one source of information.

wird beides in einer Informationsquelle zusammengefasst.

Now there's good reason to believe

Nun gibt es einen guten Grund dafür zu glauben,

that you would want to be able to distinguish external events from internal events.

dass Sie in der Lage sein wollen externe von internen Vorgängen zu unterscheiden.

Because external events are actually much more behaviorally relevant

Denn externe Ereignisse sind viel verhaltensrelevanter

than feeling everything that's going on inside my body.

als alles zu fühlen, was in meinem Körper passiert.

So one way to reconstruct that

Ein Weg das nachzuvollziehen ist,

is to compare the prediction --

die Vorhersage zu vergleichen –

which is only based on your movement commands --

die auf den Bewegungsbefehlen basiert –

with the reality.

mit der Wirklichkeit.

Any discrepancy should hopefully be external.

Und die Abweichung sollte hoffentlich extern sein.

So as I go around the world,

Wenn ich also durch die Welt gehe,

I'm making predictions of what I should get, subtracting them off.

treffe ich Vorhersagen darüber, was eintreffen sollte, abzüglich der Abweichungen.

Everything left over is external to me.

Alles Übrige ist für mich extern.

What evidence is there for this?

Welche Beweise gibt es dafür?

Well there's one very clear example

Nun, es gibt ein sehr deutliches Beispiel,

where a sensation generated by myself feels very different

wo sich ein von mir erzeugter Sinneseindruck ganz anders anfühlt,

then if generated by another person.

als wenn er von einer anderen Person erzeugt worden wäre.

And so we decided the most obvious place to start

Also entschieden wir, dass der naheliegendste Untersuchungsbereich

was with tickling.

das Kitzeln war.

It's been known for a long time, you can't tickle yourself

Es ist seit langem bekannt, dass man sich nicht selbst kitzeln kann,

as well as other people can.

so wie andere das können.

But it hasn't really been shown, it's because you have a neural simulator,

Aber man hat nicht nachgewiesen, dass das an dem neuralen Simulator liegt,

simulating your own body

der Ihren eigenen Körper simuliert

and subtracting off that sense.

und diesen Sinn abzieht.

So we can bring the experiments of the 21st century

Wir nutzen Experimente des 21. Jahrhunderts,

by applying robotic technologies to this problem.

indem wir bei diesem Problem Robotertechnologien anwenden.

And in effect, what we have is some sort of stick in one hand attached to a robot,

Wir haben in einer Hand einen Stab, der mit einem Roboter verbunden ist,

and they're going to move that back and forward.

und sie werden ihn vor und zurück bewegen.

And then we're going to track that with a computer

Und dann verfolgen wir das mit dem Computer

and use it to control another robot,

und nutzen das, um einen anderen Roboter zu steuern,

which is going to tickle their palm with another stick.

der die Handfläche mit einem anderen Stab kitzelt.

And then we're going to ask them to rate a bunch of things

Und dann werden wir sie bitten, eine Reihe von Dinge zu bewerten,

including ticklishness.

inklusive der Kitzelhaftigkeit.

I'll show you just one part of our study.

Ich zeige Ihnen einen Teil unserer Studie.

And here I've taken away the robots,

Und hier habe ich die Roboter entfernt,

but basically people move with their right arm sinusoidally back and forward.

aber grundsätzlich bewegen die Leute ihren rechten Arm sinusförmig vor und zurück.

And we replay that to the other hand with a time delay.

Und wir übertragen das mit Zeitverzug auf die andere Hand.

Either no time delay,

Sowohl ohne Zeitverzögerung,

in which case light would just tickle your palm,

wo Licht nur Ihre Handfläche kitzelt,

or with a time delay of two-tenths of three-tenths of a second.

oder mit Zeitverzug von 2/10 oder 3/10 Sekunden.

So the important point here

Der wichtigste Aspekt hierbei ist,

is the right hand always does the same things -- sinusoidal movement.

dass die rechte Hand immer das Gleiche tut – in sinusförmiger Bewegung.

The left hand always is the same and puts sinusoidal tickle.

Die linke Hand ist immer gleich und liefert ein sinusförmiges Kitzeln.

All we're playing with is a tempo causality.

Wir spielen nur mit einer Zeitkausalität.

And as we go from naught to 0.1 second,

Und während wir von nichts zu 0,1 Sekunden kommen,

it becomes more ticklish.

wird es immer kitzliger.

As you go from 0.1 to 0.2,

Wenn man von 0,1 auf 0,2 geht,

it becomes more ticklish at the end.

wird es zum Ende immer kitzliger

And by 0.2 of a second,

Und bei 0,2 Sekunden

it's equivalently ticklish

ist es genauso kitzlig,

to the robot that just tickled you without you doing anything.

für den Roboter, der sie gerade gekitzelt hat, ohne irgendwas zu tun.

So whatever is responsible for this cancellation

Was immer daher für die Unterdrückung verantwortlich ist,

is extremely tightly coupled with tempo causality.

ist sehr eng mit der Zeitkausalität verbunden.

And based on this illustration, we really convinced ourselves in the field

Und basierend auf dieser Veranschaulichung überzeugten wir uns selbst in diesem Bereich,

that the brain's making precise predictions

dass das Gehirn präzise Vorhersagen macht

and subtracting them off from the sensations.

und diese von den Sinneseindrücken abzieht.

Now I have to admit, these are the worst studies my lab has ever run.

Zugegeben sind das die schlechtesten Studien, die mein Labor je gemacht hat.

Because the tickle sensation on the palm comes and goes,

Denn das Kitzelgefühl auf der Handfläche kommt und geht,

you need large numbers of subjects

man braucht ein große Anzahl von Versuchspersonen

with these stars making them significant.

mit diesen Sternen, die sie bedeutsam machen.

So we were looking for a much more objective way

Daher suchten wir nach einem viel objektiveren Weg,

to assess this phenomena.

um dieses Phänomen zu bewerten.

And in the intervening years I had two daughters.

Und in der Zwischenzeit bekam ich zwei Töchter.

And one thing you notice about children in backseats of cars on long journeys,

Und bei Kindern in Autorücksitzen fällt einem bei langen Reisen auf,

they get into fights --

dass sie Streit anfangen –

which started with one of them doing something to the other, the other retaliating.

das beginnt damit, dass einer dem anderen etwas antut und sich der andere rächt.

It quickly escalates.

Es eskaliert schnell.

And children tend to get into fights which escalate in terms of force.

Und Kinder neigen dazu, in Streit zu geraten, der in Gewalt eskaliert.

Now when I screamed at my children to stop,

Wenn ich meine Kinder anschrie, dass sie aufhören sollten,

sometimes they would both say to me

sagten sie manchmal beide zu mir,

the other person hit them harder.

dass der andere sie härter geschlagen hätte.

Now I happen to know my children don't lie,

Nun weiß ich, dass meine Kinder nicht lügen,

so I thought, as a neuroscientist,

deshalb dachte ich als Neurowissenschaftler,

it was important how I could explain

dass es wichtig wäre ihnen zu erklären,

how they were telling inconsistent truths.

dass sie widersprüchliche Wahrheiten erzählten.

And we hypothesize based on the tickling study

Und wir stellten auf Basis der Kitzel-Studie Hypothesen auf,

that when one child hits another,

dass wenn ein Kind ein anderes schlägt,

they generate the movement command.

sie einen Bewegungsbefehl erzeugen.

They predict the sensory consequences and subtract it off.

Sie sagen die sensorischen Folgen voraus und zogen es ab.

So they actually think they've hit the person less hard than they have --

Also dachten sie tatsächlich, dass sie die Person weniger hart schlugen, als das der Fall war –

rather like the tickling.

so ähnlich wie beim Kitzeln.

Whereas the passive recipient

Während der passive Empfänger

doesn't make the prediction, feels the full blow.

die Vorhersage nicht macht, und die volle Stärke fühlt.

So if they retaliate with the same force,

Wenn sie also mit gleicher Kraft Vergeltung üben,

the first person will think it's been escalated.

denkt die erste Person, dass es eskaliert ist.

So we decided to test this in the lab.

Wir beschlossen also, das im Labor zu testen.

(Laughter)

(Lachen)

Now we don't work with children, we don't work with hitting,

Wir arbeiten aber nicht mit Kindern, wir arbeiten auch nicht mit Schlägen,

but the concept is identical.

aber das Konzept ist identisch.

We bring in two adults. We tell them they're going to play a game.

Wir nehmen zwei Erwachsene. Wir erzählen ihnen, dass sie ein Spiel spielen werden.

And so here's player one and player two sitting opposite to each other.

Hier sitzen sich also Spieler Eins und Spieler Zwei einander gegenüber.

And the game is very simple.

Und das Spiel ist sehr einfach.

We started with a motor

Wir begannen mit einem Motor

with a little lever, a little force transfuser.

mit einem kleinen Hebel, und kleiner Kraftübertragung.

And we use this motor to apply force down to player one's fingers

Und wir nutzten diesen Motor, um Kraft auf die Finger des ersten Spielers zu leiten,

for three seconds and then it stops.

3 Sekunden lang und dann stoppt es.

And that player's been told, remember the experience of that force

Und diesem Spieler wird gesagt, dass er die Erfahrung dieser Kraft abspeichern soll

and use your other finger

und seinen anderen Finger benutzen soll,

to apply the same force

um dieselbe Kraft mittels

down to the other subject's finger through a force transfuser -- and they do that.

Kraftübertragung auf den Finger der anderen Versuchsperson anzuwenden – und sie tun das.

And player two's been told, remember the experience of that force.

Und dem zweiten Spieler wird gesagt, dass er sich an diese Erfahrung erinnern soll.

Use your other hand to apply the force back down.

Nutze die andere Hand und gib die Kraft nach unten zurück.

And so they take it in turns

Und sie wenden abwechselnd

to apply the force they've just experienced back and forward.

die Kraft, die sie gerade erlebten, hin und her an.

But critically,

Aber entscheidend ist,

they're briefed about the rules of the game in separate rooms.

sie wurden in getrennten Räumen über die Spielregeln informiert.

So they don't know the rules the other person's playing by.

Sie kannten also die Regeln nicht, nach denen die andere Person spielt.

And what we've measured

Und was wir gemessen haben,

is the force as a function of terms.

ist die Kraft als Begriffsfunktion.

And if we look at what we start with,

Und wenn wir uns anschauen, womit wir beginnen,

a quarter of a Newton there, a number of turns,

ein Viertel Newton hier, eine Anzahl von Runden,

perfect would be that red line.

wäre diese rote Linie perfekt.

And what we see in all pairs of subjects is this --

Und was wir bei all den Versuchspaaren sehen ist –

a 70 percent escalation in force

eine 70%-Eskalation in der Kraft

on each go.

bei jedem Mal.

So it really suggests, when you're doing this --

Das weist wirklich darauf hin, dass wenn man das macht –

based on this study and others we've done --

basierend auf dieser und anderer von uns durchgeführten Studien –

that the brain is canceling the sensory consequences

dass das Gehirn die sensorischen Folgen löscht

and underestimating the force it's producing.

und die Kraft unterschätzt, die es produziert.

So it re-shows the brain makes predictions

Das zeigt erneut, dass das Gehirn Vorhersagen macht

and fundamentally changes the precepts.

und Regeln fundamental ändert.

So we've made inferences, we've done predictions,

Wir haben also Schlussfolgerungen gezogen und Vorhersagen gemacht,

now we have to generate actions.

jetzt müssen wir handeln.

And what Bayes' rule says is, given my beliefs,

Und die Bayes-Regel besagt, bei gegebenen Vorstellungen,

the action should in some sense be optimal.

dass die Handlung in gewisser Hinsicht optimal sein sollte.

But we've got a problem.

Aber wir haben ein Problem.

Tasks are symbolic -- I want to drink, I want to dance --

Aufgaben sind symbolisch, – ich will trinken, ich will tanzen –

but the movement system has to contract 600 muscles

aber das Bewegungssystem muss 600 Muskeln

in a particular sequence.

in einer bestimmten Abfolge kontrahieren.

And there's a big gap

Und es gibt eine große Diskrepanz

between the task and the movement system.

zwischen der Aufgabe und dem Bewegungssystem.

So it could be bridged in infinitely many different ways.

Das könnte auf verschiedenste Weise überbrückt werden.

So think about just a point to point movement.

Ich denke nur an eine Punkt-zu-Punkt-Bewegung.

I could choose these two paths

Ich könnte diese beiden Nervenbahnen

out of an infinite number of paths.

aus einer unendlichen Zahl von Nervenbahnen wählen.

Having chosen a particular path,

Durch die Auswahl einer bestimmten Nervenbahn,

I can hold my hand on that path

kann ich meine Hand auf diese Nervenbahn legen,

as infinitely many different joint configurations.

wie unendlich viele verschiedene Gelenkformationen.

And I can hold my arm in a particular joint configuration

Und ich kann meinen Arm einer bestimmten Gelenkformation halten,

either very stiff or very relaxed.

entweder sehr steif oder sehr entspannt.

So I have a huge amount of choice to make.

Also muss ich jede Menge Entscheidungen treffen.

Now it turns out, we are extremely stereotypical.

Nun zeigt sich, dass wir extrem stereotypisch sind.

We all move the same way pretty much.

Wir bewegen uns alle ziemlich gleich.

And so it turns out we're so stereotypical,

Und es zeigt sich, dass wir so stereotypisch sind,

our brains have got dedicated neural circuitry

dass sich unsere Gehirne ganz der neuronalen Verschaltung widmen,

to decode this stereotyping.

um dieses Stereotypische zu dekodieren.

So if I take some dots

Wenn ich nun ein paar Punkte nehme

and set them in motion with biological motion,

und sie in biologische Bewegung umsetze,

your brain's circuitry would understand instantly what's going on.

wüssten Ihre Gehirnschaltkreise sofort, was abläuft.

Now this is a bunch of dots moving.

Dies ist ein Haufen sich bewegender Punkte.

You will know what this person is doing,

Sie wüssten, was diese Person macht,

whether happy, sad, old, young -- a huge amount of information.

ob sie glücklich, traurig, alt, jung ist – riesige Informationsmengen.

If these dots were cars going on a racing circuit,

Wenn diese Punkte Autos auf einem Rennparcours wären,

you would have absolutely no idea what's going on.

hätten Sie keine Ahnung was los ist.

So why is it

Warum bewegen wir uns

that we move the particular ways we do?

auf diese bestimmten Weisen?

Well let's think about what really happens.

Lassen Sie uns überlegen, was wirklich passiert.

Maybe we don't all quite move the same way.

Vielleicht bewegen wir uns nicht alle gleich.

Maybe there's variation in the population.

Es gibt vielleicht eine Variation in der Bevölkerung.

And maybe those who move better than others

Vielleicht haben die, die sich besser bewegen,

have got more chance of getting their children into the next generation.

eine größere Chance ihre Kinder in die nächste Generation zu bekommen.

So in evolutionary scales, movements get better.

Auf evolutionären Maßstab wird Bewegung besser.

And perhaps in life, movements get better through learning.

Im Leben verbessert sich Bewegung vielleicht durch Übung.

So what is it about a movement which is good or bad?

Was ist an einer Bewegung gut oder schlecht?

Imagine I want to intercept this ball.

Angenommen ich will diesen Ball abfangen.

Here are two possible paths to that ball.

Hier sind zwei mögliche Bahnen für den Ball.

Well if I choose the left-hand path,

Wenn ich nun die Bahn linkerhand wähle,

I can work out the forces required

kann ich die nötigen Kräfte

in one of my muscles as a function of time.

in einem meiner Muskel als Zeitfunktion berechnen.

But there's noise added to this.

Aber hinzu kommt das Rauschen.

So what I actually get, based on this lovely, smooth, desired force,

Was ich also bezogen auf diese hübsche, sanfte, erwünschte Kraft tatsächlich erhalte,

is a very noisy version.

ist eine sehr geräuschvolle Version.

So if I pick the same command through many times,

Wenn man denselben Befehl mehrmals auswählt,

I will get a different noisy version each time, because noise changes each time.

erhält man jedes Mal ein andere Geräuschversion, denn das Rauschen ändert sich jedes Mal.

So what I can show you here

Hier kann ich Ihnen zeigen,

is how the variability of the movement will evolve

wie sich die Variabilität der Bewegung entwickelt,

if I choose that way.

wenn ich diesen Weg wähle.

If I choose a different way of moving -- on the right for example --

Wenn ich mich anders bewege – rechts zum Beispiel –

then I'll have a different command, different noise,

dann gibt es einen anderen Befehl, ein anderes Rauschen,

playing through a noisy system, very complicated.

das durch unser Lärmsystem läuft – ziemlich kompliziert.

All we can be sure of is the variability will be different.

Wir wissen nur, dass die Variabilität unterschiedlich sein wird.

If I move in this particular way,

Wenn ich mich auf diese Art bewege,

I end up with a smaller variability across many movements.

erhalte ich eine geringere Variabilität über viele Bewegungen hinweg.

So if I have to choose between those two,

Wenn ich mich zwischen diesen beiden entscheiden muss,

I would choose the right one because it's less variable.

würde ich das Rechte wählen, weil es weniger variabel ist.

And the fundamental idea

Und der Grundgedanke ist,

is you want to plan your movements

dass man seine Bewegungen so plant,

so as to minimize the negative consequence of the noise.

dass die negativen Konsequenzen des Rauschens verringert werden.

And one intuition to get

Und eine Intuition, um das zu erreichen,

is actually the amount of noise or variability I show here

ist, dass die Menge an Rauschen oder Variabilität,

gets bigger as the force gets bigger.

größer wird, je größer die Kraft wird.

So you want to avoid big forces as one principle.

Ein Prinzip ist es also große Kräfte zu vermeiden.

So we've shown that using this,

Wir haben gezeigt, dass wir damit

we can explain a huge amount of data --

einen großen Teil der Daten erklären können –

that exactly people are going about their lives planning movements

Menschen planen tatsächlich ihre Bewegungen ganz genau,

so as to minimize negative consequences of noise.

um die negativen Folgen des Rauschens zu mindern.

So I hope I've convinced you the brain is there

Ich konnte Sie hoffentlich überzeugen, dass das Gehirn da ist

and evolved to control movement.

und sich entwickelt hat, um Bewegung zu steuern.

And it's an intellectual challenge to understand how we do that.

Es ist eine intellektuelle Herausforderung zu verstehen, wie wir das machen.

But it's also relevant

Aber es ist auch relevant

for disease and rehabilitation.

bei Krankheit und Rehabilitation.

There are many diseases which effect movement.

Es gibt viele Krankheiten, die Bewegung beeinflussen.

And hopefully if we understand how we control movement,

Und wenn wir verstehen, wie wir Bewegung kontrollieren,

we can apply that to robotic technology.

können wir das hoffentlich auf Robotertechnik anwenden.

And finally, I want to remind you,

Und abschließend will ich Sie daran erinnern,

when you see animals do what look like very simple tasks,

dass wenn Sie sehen, wie Tiere anscheinend einfache Aufgaben ausführen,

the actual complexity of what is going on inside their brain

die wahre Komplexität der Vorgänge in deren Gehirn

is really quite dramatic.

wirklich ziemlich dramatisch ist.

Thank you very much.

Vielen Dank.

(Applause)

(Applaus)

Chris Anderson: Quick question for you, Dan.

Chris Anderson: Eine schnelle Frage für Sie, Dan.

So you're a movement -- (DW: Chauvinist.) -- chauvinist.

Sie sind also ein Bewegungs- – (DW: Chauvinist.) – chauvinist.

Does that mean that you think that the other things we think our brains are about --

Bedeutet dass, das Sie glauben, die anderen Dinge, zu denen Gehirne für uns dienen –

the dreaming, the yearning, the falling in love and all these things --

Träumen, Sehnsucht, sich Verlieben und alle diese Sachen –

are a kind of side show, an accident?

sind nur ein Nebenschauplatz, ein Unfall?

DW: No, no, actually I think they're all important

DW: Nein, ich denke, dass sie alle wichtig sind,

to drive the right movement behavior to get reproduction in the end.

um das richtige Bewegungsverhalten zu steuern, um sich letztendlich fortzupflanzen.

So I think people who study sensation or memory

Menschen, die die Wahrnehmung oder Erinnerung untersuchen,

without realizing why you're laying down memories of childhood.

ohne festzustellen, warum Erinnerungen an die Kindheit aufgezeichnet werden.

The fact that we forget most of our childhood, for example,

Die Tatsache, dass wir etwa unsere Kindheit großteils vergessen,

is probably fine, because it doesn't effect our movements later in life.

ist wohl ok, weil es unsere Bewegungen im späteren Leben nicht herbeiführt.

You only need to store things which are really going to effect movement.

Man muss nur Dinge speichern, die wirklich die Bewegung beeinflussen.

CA: So you think that people thinking about the brain, and consciousness generally,

CA: Sie glauben also, dass Menschen, die über das Gehirn und das Bewusstsein allgemein nachdenken,

could get real insight

einen echten Einblick erhalten,

by saying, where does movement play in this game?

wenn sie sich fragen, wo Bewegung mitspielt?

DW: So people have found out for example

DW: Die Leute haben etwa festgestellt,

that studying vision in the absence of realizing why you have vision

dass es ein Fehler ist, die Sehkraft zu untersuchen,

is a mistake.

ohne zu beachten, wofür sie da ist.

You have to study vision with the realization

Man muss das Sehvermögen mit der Erkenntnis untersuchen,

of how the movement system is going to use vision.

wie das Bewegungssystem das Sehen nutzt.

And it uses it very differently once you think about it that way.

Und es gebraucht es ziemlich anders, sobald man einmal so darüber denkt.

CA: Well that was quite fascinating. Thank you very much indeed.

CA: Das war ziemlich faszinierend. Vielen Dank.

(Applause)

(Applaus)