Das künstliche Gehirn
Henry Markram will ein künstliches Menschengehirn bauen. Aus einem Supercomputer, den es noch nicht gibt. Mit Informationen, die wir noch nicht kennen.
Der Mensch denkt kopliziert. Hundert Milliarden Nervenzellen kommunizieren in unserem Gehrin über eine Billiarde Kontakte parallel und ohne gemeinsamen Takt miteinander. Kein Computer der Welt kann diese Vorgänge nachahmen. Das Gehirn nachzubauen ist deutlich komplexer, unsicherer und teurer als die Sequenzierung des menschlichen Erbguts im Human Genome Project. Und vielleicht niemals möglich.
Den Neurobiologen Henry Markram interessiert das nicht. Er will das menschliche Gehirn nachbauen: im sogenannten Human Brain Project. Die Hirnmaschine soll zeigen, wie Intelligenz entsteht und erklären, woher Krankheiten wie Parkinson und Alzheimer kommen. Markram träumt davon, Psychopharmaka digital zu testen – ohne Labormäuse. Das Modell könnte die zigtausend neuen Erkenntnisse verknüpfen, die Neurowissenschaftler jedes Jahr veröffentlichen. Markram sagt sogar: „Vielleicht wird unser Modell Bewusstsein entwickeln. Aber das ist auch eine philosophische Frage. Kann ein Abbild der Realität Bewusstsein haben?“
Ein Hunderttausendstel Rattenhirn hat er schon gebaut
Ein Stückchen Hirn hat er schon nachgebaut mit seinem Forschungsteam an der Polytechnischen Universität Lausanne. Genauer gesagt ein Hunderttausendstel Rattenhirn. Einen Schaltkreis aus 10.000 Nervenzellen, die zusammen eine funktionale Einheit bilden. D ie Simulation läuft an einem sogenannten Blue-Gene-Supercomputer, der normalerweise für Genomanalysen genutzt wird: Er ist etwa fünf Meter lang, drei Meter hoch und zwei Meter breit. Jeder der 8000 Prozessoren in einen simuliert ein oder zwei Nervenzellen. Der entsprechende Bereich im Rattenhirn ist nur so groß wie ein Stecknadelkopf. Wissenschaftler vermuten, dass die gesamte Hirnrinde aus vielen vergleichbaren solchen Einheiten aufgebaut ist, auch beim Menschen. Deshalb sieht Markram darin auch „den heiligen Gral“, den Schlüssel, um „Intelligenz zu verstehen.“
Die Hürden sind hoch – und vielleicht unüberwindbar
Der Biologe Richard Walker, Mitglied in Markrams Team und Sprecher des Human Brain Projects, räumt ein, dass sie vor großen Hürden stehen: „Wir müssen eine immense Menge an biologischen Daten sammeln. Aber wir können unmöglich die genaue Position und das genaue Verhalten jeder einzelnen Nervenzelle, jeder Synapse im Gehirn bestimmen.“ Nie werde man alle Details des Gehirns kennen. Deshalb müssten sie aus den bekannten Informationen Prinzipien ableiten und den Rest vorhersagen. „Falls wir das nicht schaffen, können wir das Gehirn nicht simulieren.“ Außerdem müssten sie entscheiden, welche Details für den Nachbau überflüssig sind und weggelassen werden können. Denn auch wenn wir über massive Computer sprechen“, sagt Walker, „können wir uns heute einen Supercomputer, der alle Gene, alle Botenstoffe aller Nervenzellen darstellen würde, nicht einmal vorstellen. Doch Richard Walker glaubt daran, dass sie es schaffen werden und teilt Markrams Begeisterung. „Das Human Brain Project ist das größte Projekt, das ich in meinem Leben gesehen habe. Es hat eine reale Chance, die Welt zu verändern.“
Die Kritiker: ein Hirngespinst
Neurowissenschaftler bezweifeln allerdings, dass es jemals einen Nachbau des ganzen Gehirns geben kann. Oder ein solcher überhaupt etwas bringen würde. Nicht nur gemessene Daten, auch Annahmen fließen in das Modell ein. Es wird schwierig sein, bei Simulationen zu beurteilen, was ein reales Ergebnis ist und was die Folge einer falschen Annahme. Der Neurowissenschaftler Kevan Martin von der ETH Zürich kritisiert schon den theoretischen Ansatz des Projektes: Der Neuen Zürcher Zeitung sagte er, dass sich aus einer Simulation nichts völlig Unerwartetes herausbilden könne, das zudem verständlich sei. Alles, was eine Simulation je generieren oder erklären könne, sei Ausdruck der programmierten Regeln des Modells, sagt Martin. Der Output müsse auf irgendeine Weise schon in der Logik des Systems enthalten sein, die der Programmierer vorgebe. Deshalb könne ein Modell nichts erklären, was außerhalb seines Rahmens liege. Auch sein Kollege Richard Hahnloser sagt: “So wie es aussieht im Moment kann ich mir nicht vorstellen, auch in meinem größten Enthusiasmus für die Neurowissenschaften nicht, dass sich jemals eine brauchbare wissenschaftliche Erkenntnis aus dem Projekt erlangen lässt.” Gemeinsam schrieben sie einen Leserbrief an die Schweizer Zeitung Tagesanzeiger, worin sie das Vorhaben kritisieren. Eines ihrer Hauptanliegen ist, dass Markrams Team nicht genug über das bisherige Modell publiziert habe. Was nicht veröffentlicht wird, gilt in der Welt der Wissenschaften nichts. Schriftführer Richard Walker räumt ein, dass er gerne schon mehr veröffentlicht hätte. Und verspricht, dass in den nächsten Monaten einige Publikationen kommen werden.
Die Befürworter: Das ist machbar.
Der Neurowissenschaftler Markus Diesmann, der sich an der Universität Jülich mit der Simulation von Gehirnzellen beschäftigt, hält das Human Brain Projekt hingegen für realistisch. „Das Gehirn ist ja nichts Magisches. Sondern etwas, das real besteht.“ Er ist zuversichtlich, dass es bald die nötige Hardware geben wird, um ein Gehirn nachzubauen, zumindest auf einer Beschreibungsebene – beispielsweise alle Nervenzellen darzustellen, ohne Gene oder einzelne Proteine vielleicht. „So viele verschiedene Wissenschaftszweige brauchen noch bessere Supercomputer. Deshalb wird intensiv daran geforscht“ Auch Andreas Herz von der Ludwig-Maximilians-Universität sieht im Projekt eine große Chance. Und denkt, dass es der Wissenschaft sehr wohl dienen könnte. Er bezweifelt zwar, dass Markram sein großes Versprechen halten kann: dass man die Wirkung neuer Medikamente allein am Hirnmodell testen könne. „Aber vielleicht kann man die Zahl der Labortiere verringern: Indem man digital Hypothesen testet, die man aus biologischen Experimenten ableitet.“ Vielleicht finden Wissenschaftler ja nicht in einem fertigen Modell, sondern bei dessen Entwicklung ganz neue Gesetzmäßigkeiten des Hirns, vielleicht sogar Ursachen von Krankheiten. „Und bei dem Versuch, ein digitales Gehirn zu bauen findet man wahrscheinlich auch ganz neue Wege, die Computertechnologie zu verbessern“, sagt Markus Diesmann von der Universität Jülich.
Eine Milliarde Euro für ein Hirn?
Markram sei größenwahnsinnig, sagen die einen. Ein Visionär, sagen die anderen. Die EU muss sich im Mai nächsten Jahres entscheiden, ob sie an das Human Brain Project glaubt. Sie will nämlich ein großes Vorzeige-Forschungsprojekt fördern. Etwas, das so viel Aufsehen erregt wie die Mondlandung. Oder gerne noch mehr. Dafür hat sie eine Milliarde Euro ausgeschrieben. Das Human Brain Project hat es in die Endausscheidung geschafft. Jetzt muss es sich noch gegen fünf andere Großprojekte durchsetzen. Die Wissenschaftler des “Schutzengelprojekts” wollen kleine Sensoren entwickeln, die mit extrem wenig Energie auskommen und am Körper getragen werden. Sie könnten zum Beispiel die Gesundheit pflegebedürftiger Menschen überwachen. Das Future ICT-Projekt soll neue Wege finden, Katastrophen wie Finanzkrisen, Klimaveränderungen, oder Kriege vorherzusagen. Andere Konkurrenten wollen den neuen Werkstoff Graphen als Ersatz für Silizium in der Halbleiterindustrie erforschen, die Medizin personalisieren oder intelligente Roboter bauen.
