"Wir stehen vor einem Daten-Tsunami"

19. Mai 2011, 15:50
7 Postings

Der Neurowissenschafter Henry Markram will das Gehirn am Computer nachbauen - Klaus Taschwer sprach mit ihm über die Komplexität des Gehirns

STANDARD: Für viele Forscher ist das Gehirn, das Sie nachbauen wollen, die komplexeste bekannte Struktur überhaupt. Auch für Sie?

Markram: Ja, vorausgesetzt man meint damit eine für sich abgeschlossene Struktur eines einzigen Organismus. Generell ist die menschliche Gesellschaft sicher noch um einiges komplexer, da in ihr die menschlichen Gehirne nur Knoten einer noch komplexeren Struktur sind. Aber wenn wir nur einzelne Organismen betrachten, dann ist das Gehirn sicher am komplexesten.

STANDARD: Wie konnte so etwas entstehen?

Markram: Nun, es hatte dafür Millionen Jahre Entwicklungszeit und sich dabei aller möglichen Prinzipien der Physik, der Chemie, der Biologie, der Organisation zunutze gemacht. Ganz am Beginn waren da bloß 1000 Nervenzellen, doch damit nimmt man die Welt noch sehr krude und einfach wahr. Damit die Auflösung besser wird, braucht es immer mehr Neuronen. Dazu kam eine neue komplexe Architektur zwischen ihnen, um ihre Fähigkeiten noch weiter zu vergrößern und um letztlich eine Maschine zu schaffen, die das Universum selbst sehen kann.

STANDARD: Braucht es dazu nicht in erster Linie gute Augen?

Markram: Nein. Das Gehirn ist das Auge, nicht das Auge selbst. Das Auge macht keine Bilder von der Welt wie ein Fotoapparat. Die Bilder, die wir sehen, werden erst vom Gehirn konstruiert. Nehmen Sie nur die Entwicklungen rund um die künstliche Netzhaut, die ganz einfache Bilder direkt vor dem Auge erzeugt. Die Patienten brauchen dafür einige Woche, damit sie die Bilder sehen und sogar lesen können - bis nämlich das Gehirn sie interpretieren kann. Und genau für solche Aufgaben musste das Gehirn diese unglaublich komplexe Struktur entwickeln.

STANDARD: Braucht das Gehirn, um zu funktionieren, nicht doch auch einen Körper?

Markram: Nicht unbedingt. Man kann sich ohne weiteres ein Gehirn vorstellen, das in einem Roboter herumrennt, Aufgaben erledigt, sensorische Eindrücke sammelt und Entscheidungen trifft. Das kann nun ein wirklicher oder ein virtueller Roboter sein, der als Avatar auf einem Supercomputer läuft. Und irgendwann läuft er vielleicht sogar auf einem Laptop.

STANDARD: Wie gehen Sie den Nachbau des Gehirns an?

Markram: Das Prinzip ist ganz einfach und lautet: Folge der Biologie. Die Umsetzung ist extrem schwierig. Die Theorie muss also nach der Biologie kommen. Wir können natürlich theoretisch darüber spekulieren, wie etwa in unserem Gehirn Gefühle entstehen. Aber da kann man sich natürlich gründlich vertun. Wir wollen die Biologie verstehen - und sie möglichst exakt zu kopieren versuchen. Und dabei machen wir täglich neue Entdeckungen. Die Evolution hat Millionen von Problemlösungen gefunden, auf die man durch Theorie niemals kommen würde.

STANDARD: Wo stehen Sie denn gerade beim Nachbau des Gehirns - und welche Strategie verfolgen Sie?

Markram: Unser Weg ist, das Gehirn aus seinen kleinsten Bestandteilen von Grund auf zu simulieren. Wir gehen es quasi "von unten" an, demnächst auf der molekularen Ebene. Das ist möglich, weil wir gerade einen neuen Supercomputer mit 16.000 Prozessoren und viel mehr Arbeitsspeicher bekommen. Wir können da Neuronen mit all den molekularen Interaktionen draufladen. Im Wesentlichen bauen wir also so etwas wie die Infrastruktur einer Anlage, auf der wir dann immer detailliertere und größere Modelle bauen.

STANDARD: Wie soll denn das gehen, diese ganze Biologie in einen Computer übertragen?

Markram: Wir machen zunächst Experimente, um die Quantitäten der Ausgangselemente zu eruieren. Also zum Beispiel, wie viele Proteine es bei diesen Interaktionen gibt, um dann zu verstehen, wie sie auf der nächsten Ebene die Neuronen dazu bringen, so oder anders zu agieren. Man hat Parameter, Variable und Gleichungen, und die werden in ein Computermodell gepackt. Aber die müssen sehr genau sein, weil es Millionen von Proteinen gibt und Milliarden von Neuronen und Billionen von Synapsen. Wenn dann die Neuronen untereinander interagieren, dann entsteht ein kleiner Schaltkreis, der wieder mit anderen Schaltkreisen interagiert und so weiter.

STANDARD: Viele Kollegen sind dennoch sehr skeptisch, ob so etwas klappen kann. Eines der Gegenargumente lautet, dass die gegenwärtige Rechnerkapazität viel zu gering wäre, um nur annähernd ein Gehirn nachzubilden.

Markram: Das stimmt schon. Deshalb können wir nur kleine Teile des Menschengehirns simulieren. Aber wenn man auch nur ein Prozent kennt, dann weiß man etwas über die Regeln, nach denen die anderen Dinge verbunden sind.

STANDARD: Das andere Gegenargument lautet, dass man noch viel zu wenig über das Gehirn weiß, um sich an einen Nachbau zu wagen.

Markram: Dazu ist zu sagen, dass in den letzten Jahren eine Million wissenschaftlicher Artikel über das Gehirn veröffentlicht wurden. Das wahre Problem ist, dass das alles sehr fragmentiert ist und es keine einzelne Person gibt, die nur annähernd all das weiß, was wir über das Gehirn bereits wissen. Und dieses Wissen wird in den nächsten Jahren exponentiell zunehmen. Ich würde sogar sagen, dass wir vor einem Daten-Tsunami und vor einer Revolution in der Forschung stehen.

STANDARD: Wie meinen Sie das?

Markram: Ich gebe Ihnen ein Beispiel: Mit der heute verfügbaren Technologie - also etwa den Hochdurchsatz-Sequenzierern - können wir in ein paar Monaten so viele Daten über unsere molekulare Struktur erzeugen wie im gesamten 20. Jahrhundert. Wir nützen diese Entwicklungen für unser Projekt, indem wir so viele Daten generieren wie nur möglich. Ganz allgemein werden diese neuen technischen Möglichkeiten ganz allgemein die Art und Weise radikal verändern, wie wir Forschung betreiben werden. Die wird in Zukunft industrialisiert und automatisiert, und Wissen wird zunehmend am Computer generiert. (DER STANDARD, Printausgabe, 16.12.2009)

 

Zur Person
Henry Markram (47) ist Direktor des Zentrums für Neurowissenschaften an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL). Er studierte in Kapstadt Medizin und machte seinen Doktor am Weizmann-Institut in Israel. Seit 2005 leitet er das Blue-Brain-Projekt. Er war auf Einladung des OFAI dieser Tage in Wien.

  • "Mit heutigen Sequenzierern können wir in ein paar Monaten so viele Daten über unsere molekulare Struktur erzeugen wie im gesamten 20. Jahrhundert", so der Hirnforscher Henry Markram.
    foto: standard/heribert corn

    "Mit heutigen Sequenzierern können wir in ein paar Monaten so viele Daten über unsere molekulare Struktur erzeugen wie im gesamten 20. Jahrhundert", so der Hirnforscher Henry Markram.

Share if you care.