NeurobiologieDas Superhirn

Zelle für Zelle, Synapse für Synapse wollen Forscher das menschliche Gehirn simulieren. Ein genialer Plan – oder pure Geldverschwendung? von 

Eine Ausstellung im britischen Bristol Anfang 2011 zeigte echte menschliche Gehirne. Forscher versuchen, sie künstlich herzustellen.

Eine Ausstellung im britischen Bristol Anfang 2011 zeigte echte menschliche Gehirne. Forscher versuchen, sie künstlich herzustellen.  |  © Matt Cardy/Getty Images

Als vor rund 60 Jahren die Forschungsrichtung der Künstlichen Intelligenz (KI) entstand, glaubten ihre Pioniere, schon bald den Code des menschlichen Denkens knacken zu können. »Geist ist nichts weiter als ein Produkt aus geistlosen, aber intelligent miteinander verschachtelten Ober- und Unterprogrammen«, proklamierte der KI-Forscher Marvin Minsky. Es schien nur eine Frage der Zeit, bis ein Elektronengehirn dem menschlichen Denkorgan ebenbürtig wäre.

Längst ist Ernüchterung eingekehrt. Je mehr die Forscher über das Gehirn lernten, desto klarer wurde, wie sehr es technischen Systemen überlegen ist. »Das Gehirn ist energieeffizient, kann mit unvollständigen Daten arbeiten, selbst lernen und sich selbst reparieren«, sagt der Neurowissenschaftler Henry Markram . »Wollte man versuchen, einen Computer mit der Rechenkapazität des menschlichen Gehirns zu bauen, würde der Tausende von Gigawatt brauchen und Milliarden Dollar kosten. In unserem Kopf schafft das eine drei Pfund schwere Masse, die auf 60 Watt läuft.« Dennoch träumt Markram den alten Traum der KI-Visionäre weiter – auf modernere Art.

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Markram ist Koordinator des Human Brain Project (HBP) , des derzeit ehrgeizigsten Versuchs, das Gehirn künstlich nachzuahmen . Sein Ziel: die detailgetreue Simulation eines menschlichen Denkorgans, Zelle für Zelle, Synapse für Synapse, in einem gigantischen Supercomputer völlig neuen Typs. »Mit dieser Errungenschaft sollen nicht nur Neurowissenschaft, Medizin und Sozialwissenschaft, sondern auch Informationstechnologie und Robotik revolutioniert werden«, heißt es unbescheiden auf der Homepage des HBP. Die Forscher stehen im Finale des »Flagschiff-Wettbewerbs« der EU, der Gewinner erhält eine Milliarde Euro Forschungsgelder.

Initiative

Mit ihrer »Flaggschiff-Initiative« will die EU-Kommission zwei visionäre Großprojekte in der Informations- und Kommunikationstechnologie (ICT) voranbringen. 26 Forscherteams haben ihre Ideen eingereicht – zuletzt kämpften noch sechs Kandidaten um die die Endausscheidung. Die zwei Sieger unter den Flaggschiff-Finalisten erhalten ab 2013 eine jährliche Projektunterstützung in Höhe von 100 Millionen Euro. Diese Projekte haben sich beworben.

Sensoren

Intelligente, autonome Minisensoren sollen uns künftig wie Schutzengel im Alltag begleiten. Sie könnten zum Beispiel vor Naturkatastrophen warnen oder verschiedene Körperfunktionen messen und die Daten an Ärzte weiterleiten. Forscher unter Führung der ETH in Zürich und Lausanne wollen die Technik-Engel entwickeln.

Graphen

Es gilt als Wundermaterial des 21. Jahrhunderts: Graphen ist eine Schicht aus Kohlenstoff, die nur eine Atomlage dünn ist, dabei stärker als Diamant und hundertmal fester als Stahl – jedoch leicht und flexibel. Unter Koordination der schwedischen Chalmers University of Technology soll das ganze Potenzial des Wunderstoffs erforscht werden.

Futur-ICT

Von einem »Wissensbeschleuniger« träumen Forscher um Dirk Helbing von der ETH Zürich. Sie wollen einen »Living Earth Simulator« schaffen, eine weltumspannende Analyseplattform, die mit Echtzeitdaten gefüttert wird und globale Abhängigkeiten und Zusammenhänge aufzeigt. Damit sollen sich zum Beispiel Krisen in Politik, Umwelt und Gesellschaft besser vorhersagen lassen.

HBP

Wie simuliert man das menschliche Gehirn? Und wie bringt man Computern »menschliches« Denken bei? Solche Fragen will ein europaweites Forscherkonsortium im Human-Brain-Project (HBP) unter Leitung von Henry Markram beantworten.

Medizin

Die maßgeschneiderte Therapie ist das Ziel eines Projektes, das der Berliner Genomforscher Hans Lehrach koordiniert. Eine riesige Datenbank soll mit allen vorhandenen medizinischen Informationen gefüttert werden und für jeden Patienten eine individuelle Behandlung ermöglichen.

Roboter

Begleitroboter könnten uns künftig in allen Lebenslagen zur Seite stehen. Davon träumen Forscher an der italienischen Scuola Superiore Sant’Anna. Ihr Ziel: Technische Gefährten mit emotionalen und kognitiven Fähigkeiten ausstatten und sie so zum gefälligen Diener des Menschen machen.

An der École Polytechnique Fédérale de Lausanne ist bereits eine Vorstufe des Kunsthirns zu besichtigen: das Blue Brain Project , das Markram 2005 startete . Der gebürtige Südafrikaner, der bei dem Nobelpreisträger Bert Sakmann in Heidelberg und am Weizmann Institute in Israel forschte, sammelte jahrelang alle verfügbaren Daten über die Funktionsweise von Nervenzellen (Neuronen) und ihren Verbindungsstellen (Synapsen). In Lausanne fütterten er und seine Mitarbeiter diese Daten in einen IBM- Supercomputer vom Typ »Blue Gene«, der üblicherweise für Genomanalysen genutzt wird; daher der Name Blue Brain. Mit dessen Hilfe versuchten sie Modelle von neuronalen Netzwerken zu entwickeln, die genauso reagieren wie echtes Hirngewebe im Labor. 2007 vermeldete das Team seinen ersten Erfolg: Im Rechner hatte es aus 10.000 simulierten Neuronen eine »kortikale Säule« rekonstruiert, die kleinste Grundeinheit eines Gehirns.

Nach demselben Prinzip will Markram im Human Brain Project am Ende 100 Milliarden Neuronen zusammenschalten und damit ein komplettes Menschenhirn simulieren. Dabei geht es ihm weniger um die Frankenstein-Vision eines künstlichen Bewusstseins, sondern eher um eine völlig neue Art von Forschungswerkzeug. »Am Rechner lassen sich in Minutenschnelle Resultate gewinnen, die im Labor Jahre erfordern«, sagt Markram. Mithilfe des Kunsthirns könne man etwa die Wirkung von Medikamenten im Hirn punktgenau erforschen und Tierexperimente überflüssig machen. Ein besseres Verständnis des Gehirns ermögliche zudem die Entwicklung besserer Therapien für neurologische Leiden – von der Alzheimer- bis zur Parkinsonkrankheit. Mit einer Förderung des Human Brain Project, meint Markram, würde sich die europäische Forschungspolitik daher einem »zutiefst humanen Ziel« verschreiben.

ZEIT Wissen 1/2012
Dieser Text stammt aus dem aktuellen ZEIT Wissen Magazin, das am Kiosk erhältlich ist. Klicken Sie auf das Bild, um auf die Seite des Magazins zu gelangen

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Früher wurde Markram für solch hochfliegende Pläne belächelt. Doch das hat sich geändert. Seit das Human Brain Project in die Endrunde des EU-Wettbewerbs geraten ist, findet es immer mehr Unterstützer: Beteiligt sind das Karolinska-Institut in Stockholm, das Institut Pasteur in Paris, das Sanger Institute in der Nähe von Cambridge, das Forschungszentrum Jülich sowie Universitäten in Madrid, Heidelberg, München, Innsbruck und Jerusalem. Die Liste der collaborating scientists liest sich wie ein Who’s who jener Forscher, die an der Schnittstelle zwischen Neurowissenschaft, Informatik und Robotik arbeiten.

Dabei verfolgen die über 100 beteiligten Organisationen sehr unterschiedliche Interessen. Roboterforscher träumen von der Entwicklung neuer kognitiver Systeme und einer Robotersteuerung durch möglichst lebensnahe Hirnsoftware; Neurowissenschaftler erwarten sich Aufschluss über die Funktionsweise des Gehirns und Fortschritte bei dessen dreidimensionaler Modellierung; Biophysiker wollen ihr Verständnis dynamischer Systeme vertiefen; Computerwissenschaftler hoffen auf den »Rechner der nächsten Generation«, der ähnlich wie das Gehirn gewaltige Datenmengen bei geringstem Energieverbrauch verarbeiten kann.

Ob diese Träume je wahr werden, steht in den Sternen. Manche Fachkollegen kritisieren daher das Human Brain Project als teure Luftnummer. »Es ist ungeheuerlich, für Projekte, die ins Blaue schießen, Hunderte von Millionen auszugeben«, sagt der Neuroinformatiker Richard Hahnloser von der Universität Zürich.

Wird also das HBP seine hochgesteckten Ziele nie erreichen? Oder wird Markrams Projekt für die Medizin, die »neuroinspirierte Datenverarbeitung« und die Sozialwissenschaft von enormer Bedeutung sein? Vermutlich wird sich das menschliche Gehirn nie in allen Einzelheiten simulieren lassen. Dennoch könnten bei dem Versuch wertvolle neue Einsichten entstehen, von denen heute noch niemand etwas ahnt. Der Weg zu neuen Erkenntnissen folgt oft verschlungenen Pfaden. ——

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Leserkommentare
  1. Die Komplexität eines Gehirns kann man mit einer Software nicht nachbilden. Womit bisher Erfolge erzielt wurden ist eine Art Lernfähigkeit, die zu alternativen Entscheidungen führt. Menschen lernen nicht nach bestimmten Regeln und entscheiden auch nicht nach Rastern. Es gibt persönliche Prioritäten und auch persönliche "Müllentsorgung", die Entscheidungen beeinflussen.

    Dieses Thema werde ich dann mal persönlich "entsorgen".

    Eine Leserempfehlung
  2. Hirne interagieren. Es gibt keine isolierten Gehirne. Der Gedanke dieser Forscher geht von einer Objekt-Subjekt-Dualität aus. Eine solche existiert aber nicht. Insofern werden diese Forscher irgendetwas produzieren, aber mit einem Gehirn wie ich oder auch wie diese Forscher es haben, wird dies nichts zu tn haben. Es wird einfach eine komplexe Maschine werden. Die Zeit der Maschinen und der damit verbundenen Eselstreiberei geht aber mit der Erkenntnis begrenzter Ressourcen und begrenzter Ressourcenausnutzung zu Ende. Wir sehen hier nur einen Versuch, einen Apparat zu konstruieren, der genau an diese Grenzen stößt. Was wichtiger werden wird, ist es, die Verbundenheit zu erkennen und die Potenziale, die in uns vorhanden sind. Die Instrumentalisierung von Menschen und Gehirnen geht mit der Zeit der Ideologien zu Ende. Nach den Ismen wird die Mystik wieder nach vorne kommen. Mit anderen Worten:
    Letztlich muss man heute sagen, dass Wissenschaft innerhalb einer qualitativ und quantitativ grenzenlos komplexen Ganzheit einen heraus gelösten Teilbereich als ein abstraktes Bild beobachtet.
    Oder:
    Da der nahtlos sich anschließende Hintergrund von unendlicher Tiefe ist, ist keine Theorie absolut.
    Meine Prognose: Das Projekt misslingt in dem Sinne, das ein menschenähnliches Gehirn entsteht.

    2 Leserempfehlungen
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    Cool. Wir bauen uns einen Supercomputer namens "Blue Depp Thought" und stellen ihm die Frage nach dem Sinn des Lebens, dem Universum und dem ganzen Rest.

    Nach sieben Millionen Jahren Rechenzeit erhalten wir die Antwort: 42

    ... Kommt mir irgendwie bekannt vor :P

    Allerdings stelle ich mir beim Gedanken daran 2 Fragen:
    1. Wollen wir hier den Forschern wirklich unterstellen, direkt die Frage nach dem Sinn des Lebens stellen zu wollen?
    2. Wenn es tatsächlich gelingt ein Gehirn zu simulieren, welches eigenständig denken kann, können wir mit den Antworten die uns dieses Computergehirn liefert dann überhaupt etwas anfangen? Wir sind doch immer noch Menschen und eng mit unseren "Interfaces" und unserem Körper verbunden.

    Trotzdem denke ich, dass das Träumen davon und das Streben danach mehr als wichtig sind. Denn bei aller Fragerei nach dem Nutzen muss man doch erkennen, dass die Träumerei uns doch meistens weit gebracht hat…

    • kerle51
    • 17. Dezember 2011 18:03 Uhr
    3. Irrtum

    Das Gehirn denkt nicht, sondern die Seele. Das hat jeder erfahren, der schon einmal eine bewußte Außerkörper-Erfahrung gemacht hat. Denken ist keineswegs eine technische Leistung, sondern erfordert Intuition. Davon verstehen Wissenschafter gar nichts, weil sie die Intuition tabuisieren. Leute, die sich gerade mit selbstfahrenden Atos befassen, stoßen genau hier an ihre Grenzen: ohne Intuition könnte niemand Auto fahren, da man intuitiv in vielen Situationen die Reaktion der anderen Verkehrsteilnehmer erkennen muß. Es läuft eben nicht alles nach Regeln ab, und somit ist nicht alles programmierbar.

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    • Zack34
    • 18. Dezember 2011 12:44 Uhr

    Zitat: "Davon verstehen Wissenschafter gar nichts, weil sie die Intuition tabuisieren."

    Mit Verlaub - wo haben Sie das her? Belege?

    Intuition hat auch etwas mit Erfahrung zu tun, zumindest was die Tätigkeiten angeht, die uns nicht angeboren sind, wie etwa das Autofahren; schon mal was von neuronalen Netzen gehört?

  3. "Wenn das Gehirn des Menschen so einfach wäre, dass wir es verstehen könnten, dann wären wir so dumm, dass wir es trotzdem nicht verstehen könnten." - Jostein Gaarder

    3 Leserempfehlungen
    • joG
    • 17. Dezember 2011 18:09 Uhr

    ....in einem Kasten von 40*30*15 cm die Leistung heutiger Computer erreichen wollte, sagen wir, 1930 herangewagt, wäre die Reaktion gewesen: Pure Geldverschwendung!

    7 Leserempfehlungen
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    • kerle51
    • 17. Dezember 2011 18:17 Uhr

    Forschung muß einen Bezug zur Realität haben, und ich denke, da gibt es genug zu erforschen. Etwas zu tun, was schon über den Daumen gepeilt Unsinn ist grenzt an Psychose. Man weiß, dass Vorgänge in unserem Hirn ziemlich langsam ablaufen, und trotzdem werden unglaubliche Informationsmengen verarbeitet nach Regeln, die noch niemand kennt. Das sollte jedem Informatiker zu denken geben. Ich halte die Sache einfach für unseriös und unethisch angesichts vieler Aufgaben, die mit der Existenzsicherung der Menschheit zu tun haben. Das betrifft m.E. auch solche Projekte wie derzeit am Cern.

    • kerle51
    • 17. Dezember 2011 18:17 Uhr

    Forschung muß einen Bezug zur Realität haben, und ich denke, da gibt es genug zu erforschen. Etwas zu tun, was schon über den Daumen gepeilt Unsinn ist grenzt an Psychose. Man weiß, dass Vorgänge in unserem Hirn ziemlich langsam ablaufen, und trotzdem werden unglaubliche Informationsmengen verarbeitet nach Regeln, die noch niemand kennt. Das sollte jedem Informatiker zu denken geben. Ich halte die Sache einfach für unseriös und unethisch angesichts vieler Aufgaben, die mit der Existenzsicherung der Menschheit zu tun haben. Das betrifft m.E. auch solche Projekte wie derzeit am Cern.

    2 Leserempfehlungen
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    • yato
    • 17. Dezember 2011 19:02 Uhr

    ...das sind weltweit pro Tag 3 Milliarden Euro, dann finde ich es überhaupt nicht unnötig unser wichtigstes Organ für einen minimalen Bruchteil dieser Rüstungsausgaben zu erforschen.

    Immerhin sind wir gerade dabei unsere Grundlage (den Planeten) zu zerstören, von Atomwaffen ganz zu schweigen.
    Wir haben "eine Schraube locker" wie man so schön sagt und deshalb ist es sehr wichtig diese seltsame Masse unter der Schädeldecke, (die unser Weltbild und Selbstbild zusammenrechnet) zu erforschen!

    2 Leserempfehlungen
  4. Naja, das künstliche Gehirn muss ja nicht in "Echtzeit" reagieren, oder?
    Wenn man etwas auf die Antwort wartet, dann kann man die Rechenzeit bestimmt halbieren.
    Aber welcher IQ wird bei diesem Computer-Gehirn angestrebt?
    Vielleicht kann man simulieren, was in den Gehirnen von NPD-Wählern vorgeht?
    Oder amerikanische Gehirne!
    Obwohl, das halte ich wiederum für unmöglich.

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  • Schlagworte Gehirn | Sozialwissenschaft | Supercomputer | Israel | Cambridge | Heidelberg
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