Wer denkt für morgen? : Die Demokratie der Neuronen

Henry Markram baut das Gehirn im Computer nach und sagt das Ende von Tierversuchen und klassischer Laborarbeit voraus

Die Wüste hat Henry Markram viel gelehrt. »Die Buschmänner der Kalahari haben eine faszinierende Gabe«, erzählt der gebürtige Südafrikaner, »sie können eine Landschaft richtiggehend lesen, von einem Punkt aus die ganze Umgebung erfassen – und daraus zum Beispiel schließen: 55 Meilen entfernt sitzt gerade ein Löwe.« Dieses Denken in Zusammenhängen, dieses holistische Weltverständnis, hat den Hirnforscher stark geprägt. Und wenn er heute in das Dickicht der Neuronen vordringt, gleichsam als Fährtenleser des Gehirns, sucht er auch dort nach einer Ganzheit, die – ähnlich wie die Landschaft der Kalahari – in jedem Punkt alle Informationen über das Gesamtsystem enthält.

Äußerlich hat sich Markram vom Leben eines Wüstenbewohners so weit entfernt, wie das auf diesem Planeten nur möglich scheint: Heute arbeitet er in der Schweiz, am eleganten Ufer des Genfer Sees, mit atemberaubenden Blick auf den Montblanc. Hier, an der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), hat der Neurowissenschaftler vor vier Jahren eines der anspruchvollsten, visionärsten – manche sagen auch: verrücktesten – Forschungsprogramme der Gegenwart gestartet: das Blue Brain Project, das nichts weniger zum Ziel hat als den Bau eines künstlichen Gehirns, Zelle für Zelle, Molekül für Molekül – als komplette, detailgetreue Simulation in einem gigantischen Supercomputer völlig neuen Typs.

Noch ist es nicht so weit. Noch verfügt Markram erst über einen »normalen« Blue-Gene-Supercomputer, der üblicherweise für Genom-Analysen genutzt wird. Und noch sind in Lausanne erst 10.000 Nervenzellen programmiert, gerade der Grundbaustein eines Rattengehirns. Doch wer sieht, wie diese Daten zum Leben erwachen, wer in der Computeranimation durch das pulsierende Neuronengeflecht reist, seine verästelte Architektur und seine Verbindungen studiert, der erhält bereits eine Ahnung davon, welch faszinierende Einblicke dieses Werkzeug einst liefern könnte. Und für Markram ist es nur eine Frage der Zeit (und größerer Rechenkraft), bis er irgendwann ein komplettes Menschengehirn simulieren kann.

Der 47-Jährige, der sich selbst als »obsessiven Forscher« beschreibt, als einen, der nur vier Stunden pro Nacht schläft und sein Leben weitgehend im Labor verbringt, ist in vielerlei Hinsicht der Prototyp des modernen Naturwissenschaftlers. Nicht nur, weil seine Arbeit beispielhaft zeigt, wohin sich die Forschung im 21. Jahrhundert entwickelt; sondern auch, weil sein Aufbruch ins wissenschaftliche Neuland eigentlich nur zwei mögliche Ausgänge kennt: Weltruhm oder glorioses Scheitern.

Denn natürlich weiß der Hirnforscher, dass viele seiner Kollegen das Blue Brain Project für größenwahnsinnig halten. Schließlich besteht das menschliche Gehirn aus 100 Milliarden Neuronen und annähernd einer Billiarde Synapsen. Wie kann er davon träumen, dieses hochkomplexe System jemals zu rekonstruieren? »Ich verstehe die Skepsis«, sagt Markram mit ruhiger, fast sanfter Stimme und einem Anflug von kühler Ironie. »Aber für mich lautet die Frage nicht: Ist es möglich, das Gehirn nachzubauen? Sondern: Was braucht man, damit es möglich wird?«

Wenn er in seinem schlichten weißen Büro an der EPFL solche Sätze sagt, mustert Markram sein Gegenüber mit abwägendem Blick. Er weiß, dass Journalisten gerne schreiben, er wolle die Seele in einen Computer verpflanzen oder Ähnliches. Das sei Quatsch, erklärt er geduldig. Ihm gehe es nicht um humanoide Roboter, sondern um Erkenntnisgewinn. Denn all die bisherigen Bemühungen der Hirnforschung, das Gehirn in seine Teile zu zerlegen, es in Areale einzuteilen und die Funktion einzelner Zellen zu erforschen, hätten das Geheimnis des menschlichen Denkorgans nicht gelöst. »Wenn man das Gehirn wirklich verstehen will, muss man es irgendwann auch wieder zusammensetzen.«

Die Regeln in diesem ganz speziellen Organ kann Markram in faszinierenden Metaphern beschreiben. Im Gehirn sieht er zum Beispiel eine »ideale Demokratie« verwirklicht: »Jede Nervenzelle ist einzigartig, und ein und dasselbe Signal wird von tausend Nervenzellen auf tausend unterschiedliche Arten verarbeitet. Doch zugleich respektieren sich die Neuronen vollständig und gleichen permanent ihre Interpretationen miteinander ab – ganz anders als eine menschliche Gesellschaft, in der einer sagt, er habe recht und alle anderen unrecht.« Da schwingt sie wieder mit, die Vision vom großen Ganzen, das alle Teile vereint und zugleich in allen Teilen enthalten ist.

Zugleich sei das Gehirn aber auch die »totale Autokratie«: Denn Entscheidungsprozesse werden meist von einzelnen Neuronen (oder Neuronengruppen) eingeleitet, deren Impulse sich kaskadenartig im Gehirn verbreiten. »Der Unterschied zur Gesellschaft ist, dass im Gehirn der König in jeder Millisekunde wechselt.« Denn nur wer gerade über die meiste Information verfügt, hat Entscheidungsgewalt; doch schon im nächsten Moment wird der Neuronenkönig zum »Straßenkehrer«, und andere Nervenzellen geben die Richtung vor.

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Kommentare

23 Kommentare Seite 1 von 3 Kommentieren

Die Theorie ist faszinierend, nur stelle ich es mir problematisch vor ein Neuron oder eine Gruppe davon zu definieren. Das wäre ja Voraussetzung für eine Berechnung. Als Laie kann ich mir nicht vorstellen, das wir die Komplexität von Neuronen wirklich erkennen können und daraus Schlüsse ziehen können. Was ist wenn man bei auch nur Einem von Abermilliarden eine falsche Ausgangsdefinition zur Grundlage nimmt. So wie es erklärt wird müsste demnach ein Neuron viele Informationen haben. An diesem Punkt hört mein Vorstellungsvermögen auf um zu verstehen wie man an diese Information, in welcher Form auch immer diese vorhanden sind, überhaupt gelangt.

Vorstellen könnte ich mir das nur, wenn der Mensch in den kleinsten seiner Teile auch nur mit 0 und 1 zu interpretieren wäre.

Wenn das bestätigt wäre dann wären wir sicherlich nah dran.

Trotzalledem ein sehr interessanter Artikel, der sehr anschaulich die Komplexität des Lebens zeigt. Vielleicht geht es ja manchmal auch gar nicht um die Frage ob ich etwas berechnen kann, sondern vielmehr darum ob es Sinn macht gewisse Dinge überhaupt zu berechnen.

Ein kleiner Beitrag

Im kleinsten seiner Teile besteht der Mensch letztlich immer aus physikalischen bzw. natürlichen Elementen, sprich Atome, Moleküle, Bosonen und was es alles noch auf den niedrigsten Ebenen gibt.

Aber interessant ist ja letztlich, was Moleküle, die sich zu Gewebe und schließlich z.B. zu Muskeln zusammengeschlossen haben in Bewegung versetzt. Die Antwort ist bereits bekannt. Der Auslöser sind nämlich u.a. mit Elektroden messbare Stromimpulse, ausgesendet von den Neuronen um den "Willen" in die Tat umzusetzen. Letztendlich fließt dieser Strom oder er fließt nicht. Eine Muskelzelle wird angeregt oder nicht. Hier ist man genau bei den zwei Zuständen, die uns antreiben und die man mindestens braucht um damit mathematisch etwas anzustellen, wie es der Computer ja letztendlich tut.

Das "unheimliche" an der binären Informationsdarstellung ist genau diese Eigenschaft. Man braucht nur zwei unterscheidbare und messbare Zustände und die Informationstheorie ist anwendbar um einige Dinge ganz gut in einem formalen, mathematischen Modell zu beschreiben. Die Zustände müssen nicht einmal elektrischer Natur sein, denn das spielt mathematisch ohnehin keine Rolle mehr.

Ein Neuron reagiert - wie im Artikel angedeutet - letztendlich auch nur auf Impulse also Zustandswechsel in Spannungen, chemischen Gegebenheiten etc. die eine Außeneinwirkung auf das Neuron darstellen und z.B. zur Bildung von Synapsen führen. Eine interessante Frage ist hierbei wie Neuronen auf das Erreichen ganz bestimmter Zustände reagieren. Reagieren sie immer gleich? Reagieren Sie auf verschiedene Zustände (wie Spannungspegel) unterschiedlich? Synapsenbildung ist quasi Voraussetzung für oder Teil der Vernetzung von Neuronen. Obwohl die Funktionsweise eines Neurons vergleichsweise einfach ist, ist das Gesamtsystem derart dynamisch, dass sich so etwas wie Verstand und Bewusstsein - die "Metaebene" - ausprägen kann - mit all dem was uns auch anfällig für Ideologien macht. Das sei hier mal lakonisch hinzugefügt.

Ich glaube man spricht in diesem Zusammenhang auch von der kritischen Masse / Menge an Neuronen, die es braucht um Bewusstsein hervorzubringen. Letztendlich ist wohl auch dieser Umstand ein Teil von dem, was Markram meint wenn er sagt, dass noch mehr Rechenleistung nötig ist um das Gehirn zu simulieren. Für alle Zeit unmöglich würde ich den Beweis für die These aber schon aufgrund der oben (laienhaft) geschilderten Zusammenhänge nicht.

Ich bin also, wie gesagt (leider) nur interessierter Laie. Wenn ich deshalb ein paar Begrifflichkeiten zu fahrlässig benutzt habe oder an falscher Stelle den als Populärwissenschaft unters Volk gestreuten Vereinfachungen erlegen bin, möge man mich bitte korrigieren. Wenn sich ein fachkundiger Leser dieser Diskussion anschließt bestehe ich sogar darauf ;-).

verständlich erklärt

der Mensch kann individuell jede Information verschlüsseln mit einem Muster zudem nur er selbst den Schlüssel hat. Das wäre eine Tatsache welche willkürlich gewählt werden kann. Da es unzählige Methoden zum bilden von fachfremden und verschlüsselten Synonymen gibt, frage ich mich wie dies berechnet werden können sollte wenn die Information nicht lesbar ist bzw eine Information mit falschen Daten verknüpft ist. So würde ich jetzt zu meinem Schluss kommen, das der Mensch doch wenn er denn mehr oder weniger intelligent genug ist, unberechenbar ist.

Die Berechnung eines Menschen

ist vermutlich nicht das Ziel. Ich glaube auch ein Mensch als Individuum ist nicht berechenbar. Das Ziel dürfte eher sein, ein Computersystem zu bauen, dass ebenso individuell "Information verschlüsselt" und sich nach den einfachen Regeln verhält, die aus der Hirnforschung bekannt sind woraus dann etwas entsteht, dass sich mit dem Begriff Intelligenz sehr unscharf umschreiben lässt.

Ich denke, was genau dabei herauskommen könnte, wissen die Forscher selbst nicht genau, denn dass würde voraussetzen, dass sie in der Lage sind eine Unmenge von Parametern in einer mathematischen Gesetzmäßigkeit unterzubringen die auch noch in entsprechender Zeit - wenn überhaupt - berechenbar ist und zu einem eindeutigen Resultat führt. Das halte ich in der Tat für unmöglich und dies ist wohl auch nicht der Kern der Sache.

Aber in der Natur gibt es bereits genügend Beispiele, wie einfache Regeln zu mehr oder weniger intelligentem Verhalten führen. Ein Beispiel sind Ameisenkolonien. Jede Ameise setzt eine Duftmarke, wenn sie an einen Ort kommt, der für die Kolonie interessantes Material bereithält. Je mehr Ameisen an diesen Ort kommen und Duftmarken hinterlassen, desto intensiver wird der Duft. Umgekehrt wird diese Ameise nur wenige andere dort hin bewegen können, wenn sie die einzige ist, die ihre Duftmarke hinterlässt (Stichwort: Demokratie). Dazu gibt es noch ein paar verschiedene Typen von Ameisen in einer Kolonie, die jeweils mit speziellen Aufgaben betraut sind.

Obwohl nun jede Ameise entsprechend ihrer Aufgabe simplen Regeln folgt, gibt es Ameisenarten, die in der Lage sind Hügel von 2m Höhe oder Tunnelsysteme mit Ablufteinrichtungen zu bauen, die strömungstechnisch auch noch so angeordnet sind, dass an jeder Stelle im Bau immer genügend Frischluft vorhanden ist. Wer gab diese "Intelligenz" vor? Ab welcher Anzahl von Ameisen (vgl. Neuronen) funktioniert dieses System? Wer würde diesen Wesen so etwas zutrauen, wenn er nur ihr individuelles Verhalten studieren würde?

Um zum Anfang zurück zu kommen. Obwohl davon auszugehen ist, dass eine Ameisenart immer nach den selben einfachen Regeln funktioniert, wird das Ameisentunnelsystem kaum überall absolut gleich und damit eindeutig (berechenbar) sein. Genauso dürfte es sich mit dem menschlichen Gehirn verhalten.

warum nicht

Warum sollte er das nicht annehmen, schließlich wurde so ein Rechner noch nie gebaut. Und die Beobachtungen welche man an so einer Simulation machen kann unterscheiden sich denke ich schon erheblich von dem was man an einem menschlichen Gehirn z.B. mit fMRT beobachten kann.
Die direkte Kommunikation "beliebig" großer Gruppen von Neuronen stelle ich mir schon etwas aufschlussreicher vor als den Sauerstoffgehalt in recht groben Arealen zu messen und daraus Schlüsse auf die Funktion dieser Bereiche zu ziehen.
Ich persönlich fände es übrigens schon sehr aufschlussreich wenn wir (Menschen) es schaffen würden überhaupt eine Maschine zu bauen die sich so verhält wie wir es für Intelligent oder Menschlich oder "mit Bewusstsein" halten. Ob die dann so komplex ist, dass wir sie selbst nicht mehr verstehen können ist dann wieder ein anderes Thema.
Dennoch glaube ich, dass das die KI Forschung noch an ihren großen Versprechungen leidet. Lieber erst Ergebnisse und dann an die große Glocke hängen, zu oft haben wir uns schon über die tatsächliche Komplexität dieser Aufgabe getäuscht und auch wenn wir einen Computer bauen können, der so viele Neuronen simulieren kann wie wir sie in unserem eigenen Hirn finden muss der "Funke" immernoch in die Maschine "springen". Die Hardware allein macht noch keine Intelligenz aus und nach welcher Idee der Rechner programmiert wird ist für mich aus dem Artikel leider nicht hervorgegangen.

Interessant wird es wohl werden wenn es gelingt eine aussreichend große anzahl von Neuronen und Verknüpfungen zu programmieren. Sollte sich wirklich ein emergentes System bilden? Also ein System dessen Eigenschaften sich nicht aus den Eigenschaften seiner Elemente ableiten lässt? Wenn nicht könnte es darauf hinweisen das unser Bewustsein und unsere "Seele" vielleicht doch mit der biologischen Materie unseres Körpers verknüpft ist. Das wiederrum könnte die Lehre mancher Religion in Bedrängnis bringen.....vielleicht sollte man solche Versuche doch lieber sein lassen.

"Es ist der Geist, der sich den Körper schafft"

meinte Schiller idealistisch. Hier jetzt das entgegengesetzte Ende der "Weltanschauung": die vorstellbar vierschrötigste Form des Positivismus.

Was soll dieser Bericht über einen ganz offensichtlich überprotegierten "Forscher", der ganz unheilbar von einem unzeitgemäßen mechanistischen Positivismus erfasst ist?

Seit der Dämmerung der Neuzeit wirkt die Faszination der Homunkuli. Ein kleines Stück Allmacht, mit der die völlig Zukurzgekommenen ihren physiologischen Willen zur Macht kompensieren.

Man sollte dem "Forscher" mit dem tollen Blick auf die Schweizer Berge mal lieber einen Kurs in Erkenntnistheorie spendieren. Oder einen Schnelllehrgang durch die Kritik der reinen Vernunft. Wird allerdings ohne Resonanz verhallen.

Wer kann sagen, warum man einen Bericht über einen völlig marginalen und darüber hinaus auch ganz sicher geistig nicht rund rollenden Daniel Düsentrieb in eine überregionale Zeitung stellt?

Nichts zu tun und keine Vision zu haben

ist natürlich vernünftiger. In meinem Verständnis ist Erkenntnis neutral zu bewerten und wenn das Ganze funktionieren würde ist das eine Erkenntnis, die genauso zu bewerten ist, wie möglicherweise die Erkenntnis, dass es nicht funktioniert.

Wenn man so ein interessantes Vorhaben aber schon im Ansatz verurteilt schließt man ein Ergebnis aus und das hat mit Erkenntnis nichts mehr zu tun.

Oder wollten Sie auf etwas anderes hinaus? Dann habe ich sie wohl missverstanden.

Düsentrieb II

Wenn jemand bei Ihnen einen Forschungsetat beantragen würde, weil er die Vision hat, dass das perpetuum mobile trotz Energieerhaltungssatz funktioniert, würden Sie diesem homo ludens ein Institut einrichten. (ohne "?" !)
Genau das ist unserem "Forscher" mit Bergblick passiert. Entweder finanziert er sich seinen Wahn aus Drogengeldern selber oder er hat unheimlich viel Protegé.

Der choreatische Astro-Prediger Harald Lesch hatte mal auf die Frage, was er von dem Entwurf eines US-Kollegen über die Welt vor dem Urknall halte, sinngemäß korrekt geantwortet, dass er grundsätzlich keinen Gedanken an etwas verschwende, was von vorneherein erkennbar die methodische Erkenntnisfähigkeit überfordere.

Das was der "Forscher" mit See-und Bergblick da vorhat, bringt ihm sicherlich ein gutes Auskommen bis zu seiner völligen Umnachtung. Die Studierwinkel auf der ganzen Welt sind naturgemäß voller Spinner. Und die Medizin ist nachgerade das Dorado für endgültige Welterklärungen und Heilslehren.

Ein einsemestriges Propädeutikum über Erkenntnistheorie, Psychologie und Wissenschaftstheorie könnte (wenn er denn wollte) unseren Daniel Düsentrieb dazu bringen, wenigstens über Schrödingers Katze nachzudenken.

Ich fürchte, dass es sich mal wieder um Etikettenschwindel handelt. So wie wenn jemand, der mittels eines Relays einen Muskeleigenreflex nachstellt, behauptet, er hätte das menschliche Rückenmark nachgebildet.

Das Erwähnenswerte an Düsentrieb II ist, dass er sich (ähnlich wie der Baron von Ardenne nach 1950) eine Spielzeugwelt mit unbegrenzten materiellen Mitteln einrichten durfte.
Das Singuläre dabei ist, dass die ZEIT darüber im Wissenschaftsteil und nicht im Feuilleton berichtet.

Noch ein paar Düsentriebe

oder die Antwort auf die Frage nach dem Sponsor:
http://www.heise.de/newst...

Das mit dem Etikettenschwindel liegt nun einfach daran, dass es mehr Aufmerksamkeit erregt, wenn man sagt, man baue das Gehirn nach, als wenn man einfach von einem Computerexperiment spricht, welches das Zusammenwirken einer Vielzahl von Neuronen simuliert. Das ist nicht zuletzt eben auch wichtig um Forschungsgelder einzutreiben.

Der Energieerhaltungssatz stellt dem Perpetuum mobile tatsächlich eine physikalische Gesetzmäßigkeit entgegen. Ich kann in Ihrer Argumentation noch nicht klar erkennen, was Sie dem Experiment entgegenstellen.

Grundsätzlich sind neuronale Netze mittlerweile dem Anschein nach ganz gut erforscht. In kurzer Zeit sollen einige Projekte an den Start gehen, die schon mal beweisen müssen, wie gut die Theorie funktioniert.

http://t3n.yeebase.com/qi...

Ich würde nicht soweit gehen in diesem Zusammenhang schon von einem Gehirn zu sprechen aber es ist aufgrund der Herkunft der Theorie natürlich eine griffige Metapher.
Im Gegensatz zu Visionen aller Markram wird das letztgenannte Projekt der heutigen Zeit aber etwas näher sein.

Zur Brauchbarkeit der Wissenschaftstheorie und ...

der Überheblichkeit des Schreibers folgender Zeilen:

"Man sollte dem "Forscher" mit dem tollen Blick auf die Schweizer Berge mal lieber einen Kurs in Erkenntnistheorie spendieren."

"Ein einsemestriges Propädeutikum über Erkenntnistheorie, Psychologie und Wissenschaftstheorie könnte (wenn er denn wollte) unseren Daniel Düsentrieb dazu bringen, wenigstens über Schrödingers Katze nachzudenken."

Die vielen wissenschaftstheoretischen Theorien zeigen, dass die Wissenschaftstheorie bis heute kein *-brauchbares-* Wissen hervorgebracht hat. Man werfe nur einmal einen Blick auf die Seiten von Wikipedia oder Athpedia zu diesem Thema oder einen Blick in die Einführungen wie "Wissenschaftstheorie für Einsteiger" (UTB).

Eine Wissenschaftstheorie muss anwendbar sein, also Wissen liefern, wie man Wissen schafft, das überprüfbar ist. Und sie muss in der Lage sein, sich selbst zu überprüfen.

Abhilfe bringt hier vielleicht die Funktionsorientierte Theorie des Wissenschaffens und Handelns (www.wissenschaffen-und-ha...). Wenn der Zaro, der Schreiber, mit diesem Wissen umgehen kann, wird er vielleicht etwas weniger Hochmut an den Tag legen über das Vorhaben von Henry Markram.

Hans-Josef Heck