Polyvox Podcast

Célia (Gastgeberin): Hallo zusammen, willkommen beim NCCR Evolving Language Polyvox Podcast. Heute bin ich hier mit der Doktorandin Jovana Maksic. Sie wird über das Thema ihrer Doktorarbeit sprechen, mit der sie erst vor Kurzem begonnen hat. Wie geht es dir, Jovana? 

Jovana (Gast): Hi, mir geht es gut. Danke, dass ich hier sein darf.  

Célia: Du bist gerade an deiner Doktorarbeit dran. Worum geht es in deinem Projekt? 

Jovana: Ich bin gerade im zweiten Jahr, und in meiner Arbeit untersuche ich neuronale Signaturen technologischer Komplexität in der Steinwerkzeugherstellung. Etwas allgemeiner gesagt versuche ich zu verstehen, welche neurokognitiven Anforderungen die Herstellung von Steinwerkzeugen an die Gehirne unserer Homininen Vorfahren gestellt haben könnte. 

Wir wissen natürlich, dass sich Hominine Gehirne, oder generell Gehirne, nicht wie Fossilien erhalten bleiben. Deshalb arbeite ich im Alltag mit heutigen Steinwerkzeugherstellern. Diese nennt man auch “Flintknapper”. 

Für die Messung der Gehirnaktivität nutze ich eine Methode namens funktionelle Nahinfrarotspektroskopie, kurz fNIRS. Dieses Verfahren misst die Aktivität der Grosshirnrinde anhand der Sauerstoffsättigung im Blut. Im Prinzip funktioniert das ähnlich wie ein MRT, ist aber gleichzeitig ganz anders, weil man sich dabei bewegen kann. Statt still in einem Scanner zu liegen, kann man mit fNIRS ganz natürliche Aufgaben ausführen, zum Beispiel tanzen oder Sport treiben. 

Célia: … und Werkzeuge herstellen. 

Jovana: Genau, und Werkzeuge herstellen. Neben der Gehirnaktivität interessiere ich mich auch für die Verhaltensstruktur dieses Herstellungsprozesses. Dafür analysiere ich Videoaufnahmen, in denen die Personen tatsächlich Werkzeuge herstellen, und untersuche die einzelnen Mikrohandlungen. 

Célia: Die zentrale Frage ist also: Wie haben unsere Vorfahren diese Werkzeuge hergestellt und wie machen wir das heute? 

Jovana: Aus archäologischen Funden wissen wir, dass unsere Vorfahren während des gesamten Paläolithikums kontinuierlich verschiedene Arten von Steinwerkzeugen hergestellt haben. Tatsächlich ist das sogenannte lithische Funde eine der am besten erhaltenen kontinuierlichen Aufzeichnungen Homininen Verhaltens.

Célia: Was bedeutet eigentlich lithisch?  

Jovana: Damit sind Steinwerkzeuge gemeint, also einfach gesagt Steine. Das liefert uns eine sehr lange evolutionäre Zeitleiste. Die frühesten Steinwerkzeuge datieren auf etwa 3,3 Millionen Jahre und gehören zur sogenannten Lomekwian Technologie. Spätere Funde reichen bis etwa 10 000 Jahre zurück und gehören zum oberen Paläolithikum. 

Über diesen langen Zeitraum hinweg wissen wir, dass verschiedene Hominine Arten solche Werkzeuge hergestellt haben. 

Ein bisschen genauer zu den Werkzeugen: Früheste Formen, die sogenannten Oldowan-Werkzeuge, stammen von etwa 2,6 Millionen Jahren. Sie sind relativ einfach. Man nimmt einen Feuerstein und schlägt ein paar Abschläge ab. Wenn eine scharfe Kante entsteht, kann man sie nutzen, etwa zum Schneiden von Fleisch, zum Verarbeiten von Pflanzen oder zum Aufbrechen von Knochen, um an das Knochenmark zu kommen, das für unsere Vorfahren sehr wichtig war. 

Später, vor etwa 1,7 Millionen Jahren, sehen wir eine interessante Veränderung: das Auftreten der Achulean-Tradition. Hier entstehen symmetrische, standardisierte Formen wie Faustkeile. Diese sind deutlich komplexer als Oldowan-Werkzeuge. Das deutet darauf hin, dass sich nicht nur die kognitiven Fähigkeiten verändert haben, sondern auch soziale und kulturelle Weitergabe eine grössere Rolle spielten. Es gibt sogar Theorien, dass einige dieser Werkzeuge, vor allem die grossen Faustkeile, gar nicht nur praktische Objekte waren, sondern auch eine Art künstlerischer Ausdruck. Steinwerkzeuge waren also nicht nur für das Überleben wichtig, sondern wurden im Laufe der Zeit auch zu kulturellen Ausdrucksformen. 

In der sogenannten Neuroarchäologie interessiert man sich besonders für den Übergang vom Oldowan zum Achulean Zeitalter. Der Grund ist, dass wir anhand der Gehirngrösse sehen können, dass sich in dieser Zeit etwas Entscheidendes verändert: Die Gehirne beginnen stark zu wachsen. Die Frage ist also, ob die Herstellung komplexerer Werkzeuge zusätzliche kognitive Anforderungen gestellt hat. 

Célia: Aber wie untersucht man eigentlich den konkreten Herstellungsprozess? Archäologisch sieht man ja meist nur die fertigen Werkzeuge oder vielleicht zwischen Ergebnisse.  

Jovana: Das ist tatsächlich der Kern meiner Promotion. In der kognitiven und experimentellen Archäologie versucht man, genau diese Prozesse nachzustellen. Man betrachtet nicht nur das Endprodukt, sondern rekonstruiert die einzelnen Schritte: von der Auswahl des Materials über die Herstellung bis hin zur Nutzung. 

In meinem Fall filme ich Flintknapper sehr detailliert, während sie verschiedene Werkzeuge herstellen, die ich vorgebe. Danach analysiere ich genau, wie dieser Prozess abläuft, welche Bewegungen stattfinden und wie sich etwa die Handhaltung verändert. 

Célia: Und wo kommt da das fNIRS ins Spiel? 

Jovana: Die Teilnehmenden tragen die Messkappe während der Herstellung der Steinwerkzeuge. Bisherige Forschung zeigt, dass einfache Oldowan-Werkzeuge vor allem sensorische und motorische sowie visuelle Areale aktivieren. Es geht dabei um unmittelbare Verarbeitung, also das Handhaben und Drehen des Steins und das Koordinieren der Handbewegungen. 

Bei Achulean-Werkzeugen hingegen sieht man zusätzliche Aktivität im präfrontalen Kortex. Das wird unter anderem mit höherer Arbeitsgedächtnisleistung in Verbindung gebracht. 

Mein Ziel ist es, die einzelnen Herstellungsschritte genauer zu untersuchen, statt nur grosse Kategorien wie Oldowan oder Achulean zu vergleichen. 

Célia: Was können uns diese Prozesse über die menschliche Evolution denn sagen? 

Jovana: Man kann das auf verschiedene Bereiche aufteilen. Erstens hilft es uns, die Entwicklung der Kognition zu verstehen. Es liefert uns eine sehr schöne kontinuierliche Aufzeichnung, nicht nur darüber, wie Homininen mit Werkzeugen und ihrer Umwelt interagiert haben, sondern auch darüber, wie sich Kognition und Gehirne parallel dazu verändert haben. Wir können uns zum Beispiel die Trends in lithischen Funden mit den Trends in fossilen Endokranialabdrücken vergleichen, also gewissermassen mit der Grösse und den Eigenschaften von Gehirnen. 

Zweitens können wir die Entwicklung der Hand untersuchen. Die Geschicklichkeit der Hände hat sich im Laufe der Evolution stark verändert. Ein sehr bekanntes Beispiel ist der Bonobo Kanzi, mit dem das NCCR, denke ich, gut vertraut ist. In den letzten Jahrzehnten haben Anthropologinnen und Anthropologen versucht, Kanzi darin zu trainieren, Steinwerkzeuge herzustellen. Er konnte tatsächlich Abschläge erzeugen und verstand den Zweck, zum Beispiel, um an Futter zu gelangen. Was ihm fehlte, war die feinmotorische Kontrolle, um die Werkzeuge präzise zu formen. 

In gewisser Weise deutet das darauf hin, dass genau diese kontinuierliche Entwicklung der feinmotorischen Geschicklichkeit ein zentraler Aspekt unserer Evolution war. Und natürlich hat das auch Auswirkungen auf das Gehirn. Wir wissen, dass im Laufe der Evolution zusätzliche Hirnareale entstanden sind, die an der sehr feinen Kontrolle von Fingern, Griffen und ähnlichen Bewegungen beteiligt sind. Das ist also ein weiterer wichtiger Erkenntnisbereich. 

Und dann gibt es natürlich noch die grosse Leitfrage, auf die das Ganze hinausläuft: die Sprache. Das ist letztlich auch der Grund, warum dieses Projekt im NCCR angesiedelt ist. Die Verbindung ist sehr spannend und lässt sich auf unterschiedliche Weise betrachten. Eine der bekanntesten Hypothesen ist die sogenannte technologische Sprachhypothese (“technological hypthesis of language”). Sie besagt, dass der Kontext der Werkzeugherstellung die Entwicklung von Sprache angestossen hat. 

Innerhalb dieser Hypothese gibt es verschiedene Ausrichtungen. Einige legen den Fokus auf die kognitiven Anforderungen der Werkzeugherstellung und argumentieren, dass Fähigkeiten wie sequenzielles Verhalten, das Bündeln von Handlungen und das Strukturieren von Prozessen in kleinere Einheiten entscheidend waren. Diese Fähigkeiten weisen, wie wir wissen, viele Parallelen zur sprachlichen Verarbeitung auf. Auch in der Werkzeugherstellung finden sich verschachtelte Schritte und hierarchische Strukturen, die in gewisser Weise an syntaktische Baumstrukturen und Prozesse in der Sprache erinnern. Diese Perspektive fragt also danach, wo wo die kognitiven Überschneidungen zwischen Werkzeugherstellung und Sprache liegen. Möglicherweise waren einige dieser Fähigkeiten bereits vorhanden, insbesondere im Gehirn, und Sprache hat sich dann gewissermassen auf diese bestehenden neuronalen Strukturen aufgebaut.  

Eine andere Perspektive der technologischen Hypothese legt den Schwerpunkt auf die sogenannte technologische Pädagogik. Hier geht es stärker um die interaktive Seite der Werkzeugherstellung. Denn, wie wir besprochen haben, wird irgendwann deutlich, dass bestimmte Werkzeuge wie Faustkeile oder spätere Technologien wie Levallois und komplexe Werkzeuge des oberen Paläolithikums nicht von einzelnen Individuen allein entwickelt werden konnten. Sie erforderten Formen von Unterricht sowie soziale und kulturelle Weitergabe. Aus dieser Perspektive wird angenommen, dass sich Sprache aus einer ursprünglich gestischen Kommunikation entwickelt hat, weil die Weitergabe zunehmend komplexer Steinwerkzeugtechnologien immer höhere Anforderungen an das Kommunikationssystem gestellt haben. 

Célia: Du bist jetzt etwa seit einem Jahr dabei. Wie weit bist du mit den Ergebnissen gekommen oder hast du schon mit den Experimenten begonnen? 

Jovana: Im letzten Jahr habe ich mich hauptsächlich mit der Planung meines experimentellen Designs beschäftigt. Ich muss sagen, die grösste Herausforderung war wahrscheinlich, den richtigen Neuroimaging-Ansatz für diese Art von Experiment zu finden. Natürlich ist das kein Zauberwerk. Nur weil wir jemandem einen Scanner auf den Kopf setzen, während diese Person Steinwerkzeuge herstellt, heisst das nicht, dass wir einfach alles erfassen können, was dabei passiert. Wir müssen uns also genau überlegen: Wie timen wir diese Experimente? Wonach suchen wir eigentlich? Welche Einschränkungen hat die Auflösung des Signals, das wir messen können? 

Ausserdem habe ich viel daran gearbeitet, zahlreiche Videos vom “Flintknapping” zu sammeln und zu analysieren. Ich habe sogar einige Expertinnen und Experten zu Hause besucht, was eine sehr interessante Erfahrung war. 

In diesem Prozess habe ich auch selbst angefangen zu lernen, wie man einfache Steinwerkzeuge herstellt. Ich muss sagen, es ist wirklich schwierig. Aber sobald man ein Gefühl für die Bewegung bekommt, mit der man einen Abschlag erzeugt, wird man fast etwas süchtig. Ich kann unsere Vorfahren also definitiv ein Stück weit verstehen. 

Inzwischen habe ich viele Videos gesammelt und begonnen, diese selbst zu codieren. Im Grunde versuche ich, jede einzelne Sekunde des Herstellungsprozesses genau zu betrachten. Ich habe auch erste vorläufige Ergebnisse. Sie sind noch sehr vorläufig, und es gibt noch viel zu tun. 

Parallel dazu arbeite ich an einem Projekt mit dem Data Science Team der UZH, zusammen mit Lars Malstrom, der wirklich grossartig ist. Er ist Experte für maschinelles Lernen, und wir entwickeln gemeinsam einen Decoder, der diese archäologischen Schritte, so wie wir sie definieren, automatisch in den Videos erkennen kann. 

Célia: Und was sind jetzt deine nächsten Schritte?  

Jovana: Ich habe gerade mit meinen ersten Pilotexperimenten begonnen. Im Labor wollte ich zunächst sehen, wie sich diese sehr intensiven Bewegungen auf das gemessene Gehirnsignal auswirken. Man kann sich ja vorstellen, dass beim Abschlagen ziemlich starke Bewegungen entstehen. Deshalb müssen wir sicherstellen, dass das, was wir messen, tatsächlich das Gehirnsignal ist und nicht einfach Bewegungsartefakte. 

Und nächste Woche werde ich ausserdem an einem internationalen Flintknapping-Symposium teilnehmen, worauf ich mich sehr freue. Es findet in der Dordogne in Frankreich statt, an einem historisch sehr bedeutenden Ort. Ich fahre also nicht nur hin, um ein paar beeindruckende Höhlenmalereien zu sehen, sondern auch, um viele weitere Videos aufzunehmen, hoffentlich auch von komplexeren Technologien aus dem oberen Paläolithikum. Ausserdem möchte ich dort neue Teilnehmende für meine Studie rekrutieren. 

Célia: Ich hoffe, du findest viele Interessierte für dein Projekt, aber da bin ich mir sicher. Und sonst kannst du es ja bald selbst machen, jetzt wo du Flintknapperin bist. 

Jovana: Ich denke, ich kann vielleicht das untere Paläolithikum einigermassen nachstellen, aber darüber hinaus eher nicht … 

Célia: Im nicht-menschlichen Stil. 

Jovana: Genau, ungefähr si wie Kanzi. Einfach die Steine aneinanderschlagen und ein paar Abschläge erzeugen. 

Célia: Vielen Dank, dass du hier warst, Jovana. Es war sehr schön, mehr über deine Forschung zu hören. Wir freuen uns sehr darauf, in Zukunft mehr davon zu erfahren. 

Jovana: Vielen Dank für die Einladung. Es war wirklich sehr schön, und ich habe das Gespräch sehr genossen. Und ja, hoffentlich sprechen wir in ein paar Jahren noch einmal, wenn es viel mehr zu zeigen gibt. Vielen Dank nochmals. Tschüss.