Wie sich Nervenzellen im Hirn verbinden

  • Forscher fanden mittels Modellrechnungen heraus, dass Synapsen sich eher zufällig ausbilden dürften.
    illustration: epfl / blue brain project

    Forscher fanden mittels Modellrechnungen heraus, dass Synapsen sich eher zufällig ausbilden dürften.

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Simulierter Schaltkreis erwies sich im Vergleich mit echtem Gehirn als recht stimmig

Das menschliche Gehirn gehört zu den komplexesten Dingen dieses Planeten: Es besteht aus bis zu einer Billion Nervenzellen, die noch dazu auf höchst komplizierte Art miteinander verbunden sind. Insofern ist es auch nicht weiter überraschend, dass Wissenschafter - also mit die besten Gehirne - immer noch vergleichsweise wenig darüber wissen, wie unser Hirn tatsächlich funktioniert.

Einer, der das ändern will, ist der aus Südafrika stammende Neuroinformatiker Henry Markram, der 2005 das Blue Brain Project initiierte, mit dem irgendwann einmal das gesamte Gehirn als Computermodell simuliert werden soll.

Möglich wurde das ambitionierte Forschungsprogramm unter anderem durch eine Zusammenarbeit mit IBM. Demnächst könnte der längst internationalen Blue-Brain-Kooperation viel Geld ins Haus stehen. Das Projekt hat es in die Endauswahl der Ausschreibung Future and Emerging Technologies (FET) gebracht. Das Siegerprojekt wird von der EU in den nächsten zahn Jahren mit einer Milliarde Euro unterstützt.

Quelle: Youtube

Kurz vor der Entscheidung kommt die jüngste Publikation des Blue Brain Project gerade recht: Die Forscher um Henry Markram konnten einen virtuellen Mikroschaltkreis von Neuronen am Computer rekonstruieren, und beim Vergleich mit einer Probe aus einem Säugetierhirn zeigte sich, dass ihr Modell weitgehend mit dem echten Hirnschaltkreis übereinstimme, wie sie im Fachblatt PNAS berichten.

Eine ungeklärte Frage war bisher, ob Neuronen unabhängig voneinander wachsen und sich willkürlich verbinden oder ob jedes einzelne Neuron durch chemische Signale gezielt geleitet wird. Um dies zu klären, haben die Forscher um Markram zunächst Daten über geometrische und elektrische Eigenschaften von Neuronen zusammengetragen. Fast 10.000 virtuelle Neuronen wurden in einem Blue-Gene-Supercomputer in ein 3-D-Modell übertragen und darin zufällig positioniert.

Im zweiten Schritt verglichen sie dieses Modell mit einem entsprechenden Hirnschaltkreis eines echten Säugetierhirns. Und siehe da: Das Modell stimmte zu 75 bis 95 Prozent mit den Verbindungsstellen im echten Hirnschaltkreis überein. Es scheint demnach so zu sein, dass Neuronen unabhängig voneinander wachsen und überwiegend dort Synapsen - also Nervenverbindungen - bilden, wo sie willkürlich aufeinanderprallen.

Dieses Ergebnis erkläre laut Erstautor Sean Hill zudem, warum das Gehirn Schäden relativ gut überstehen kann. Die Verbindungen der Hirnzellen könnten mit diesem System nämlich recht sicher positioniert werden. (tasch/DER STANDARD, 19.9.2012)

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