1.4 Ansätze zur Modellbildung

In diesem Abschnitt werde ich einige Überlegungen zur Theorienbildung vorstellen, die ich für die Modellbildung dieser Arbeit wichtig halte.

Der Begriff Theorie ist von Wissenschaftlern und Philosophen in zahlreichen unterschiedlichen Bedeutungen verwandt worden. Eine Theorie ist zunächst der Versuch, verschiedene Modelle miteinander zu kombinieren.
In den hier dargestellten Modellen sind jeweils zahlreiche Aspekte berücksichtigt. Jedes Modell stellt andere Experimente in den Vordergrund und versucht innerhalb des Modells Erklärungen für die Beobachtungen zu finden. Aber um ein natürliches System zu verstehen, reicht es nicht aus, die Summe aller Einzelergebnisse zu betrachten[1]Dann sieht man unter Umständen den Wald vor lauter Bäumen nicht.. Vielmehr ist es die Bestrebung, ein Denkgebäude zu errichten, eine Theorie, in der sich die Ergebnisse möglichst aller durchgeführten Experimente befriedigend beschreiben lassen. Diese Theorie ist der Überbau aller Ergebnisse, die aber nicht den Anspruch erhebt, die Wahrheit zu sein. Es müssen sich aus der Theorie heraus weiter Experimente ableiten lassen und vor allem deren Ergebnisse vorausgesagt werden können. Wenn die Ergebnisse dieser Experimente anders ausfallen als vorausgesagt, muß die Theorie geändert werden. Auf diese Weise sollte die Theorie aktiv und rückgekoppelt an die Vorgänge in der Natur abgepaßt werden, wobei sie die Realität aber nie vollkommen beschreiben kann. Eine Theorie geht immer von Axiomen aus, die nicht innerhalb des Theoriegebäudes begründet werden können. Aus diesem Grund kann eine Theorie immer nur Teilaspekte der Natur beschreiben und erklären.

Ich schlage angelehnt an [44] für die Biologie im besonderen die folgenden drei Einteilungen von Modellen vor, die aufgrund ihres Abstraktionsgrades unterschieden und gestaffelt werden können:

• physiologische Modelle
  In einem physiologischen Modell sind Struktur und Parameter des Modells auf die anatomischen und physiologischen Gegebenheiten abgestimmt. Im Idealfall beschriebt dieses Modell das Eingangs-Ausgangsverhalten eines Systems auf Basis aller zur Verfügung stehenden Daten vollständig. Dieser Modelltyp stellt ein theoretisches Optimum dar, das sich modellbildnerisch am schwierigsten erreichen läßt. Oft macht in biologischen Systemen die nicht gegebene Reproduzierbarkeit die Modelle unvollständig.
• abstraktes Modell
  Im Gegensatz zum physiologischen Modell entspricht das abstrakte Modell nur in Teilaspekten dem biologischen System. Fehlende Kenntnisse oder nicht völlig verstandene Vorgänge werden durch abstrakte Annahmen überbrückt. Im Grunde stellt fast jedes biologische Modell ein abstraktes Modell dar, das versucht, aufgrund von biologischen Beobachtungen aus dem Experiment ein abstraktes Modell zu bilden, das später einmal ein physiologisches Modell bildet.
• axiomatischen Modell
  Im Gegensatz zu den beiden obigen Modelltypen nimmt das axiomatische Modell keine Rücksicht auf die physiologischen Gegebenheiten und versucht -- auf welche Weise auch immer -- dieselben Aufgaben zu erfüllen, wie das biologische System. Es basiert mehr auf mathematischen Annahmen, als auf der Analyse von experimentellen Daten. Ein Beispiel für axiomatische Modelle sind die Optimum Processor-Theorien, die im Anhang A erwähnt sind. Solche Modelle sind oft der Anfang einer Theoriebildung, weil sie eine optimale Lösung des Problems vorschlagen, ohne sich um alle physiologischen Details kümmern zu müssen.

Während die ersten beiden Modelltypen systemtheoretischer Natur sind, ist der letztgenannte Modelltyp in der Regel informationstechnischer Natur. Die Modelle, die in dieser Arbeit beschrieben und entwickelt werden, sind per se abstrakte Modelle, die keinen Anspruch darauf erheben, vollständig und fehlerfrei zu sein, sondern sie sollen Vereinfachungen der realen Verhältnisse sein. Sie sollen nicht alle Beobachtungen erklären können, sondern Aspekte des Systems. Sie sollen einen Schritt auf dem Weg zu einem physiologischen Modells darstellen, das dann möglichst umfassend und vollständig die Vorgänge im Hörsystem beschreibt.