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Human Brain Project: das menschliche Gehirn verstehen und nachbilden

Human Brain Project: das menschliche Gehirn verstehen und nachbilden
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Es ist seit langem ein Traum von Wissenschaftlern, das menschliche Gehirn zu verstehen und in einem Computer nachzubilden. Das von der EU finanzierte auf zehn Jahre angelegte Human Brain Project gibt ihnen diese Chance. Der erste Schritt ist, das menschliche Gehirn zu untersuchen:

"Wenn man zelluläre Details, die Morphologie der Zellen sehen will, ihre Verbindungen - die sogenannten Axone - muss man das Gehirn in Scheiben schneiden. Das ist das, was wir hier machen", sagt Katrin Amunts, wissenschaftliche Direktorin des Human Brain Projects.

3D-Atlas des menschlichen Gehirns

Im Jülicher Forschungszentrum wurde der bisher genaueste 3D-Atlas des menschlichen Gehirns hergestellt: Dafür wurde das Hirn eines Toten in über 7000 Scheiben geschnitten, die dünner als ein menschliches Haar sind. Diese wurden gescannt, um im Computer ein Hirnmodell zu erstellen:

"Beim Schneiden haben wir die Zellen sehr oft in zwei Stücke geschnitten. Und wenn wir diese Abschnitte in 3D rekonstruieren wollen, müssen wir die beiden passenden Elemente einer getrennten Zelle wiederfinden. Da es so viele Zellen gibt, ist das wirklich eine Herausforderung", so Karin Amunts.

Die Petabyte an Daten aus dem Gehirnscanning werden mit einem Supercomputer verarbeitet. Doch auch mit dieser leistungsstarken Maschine bleibt es schwierig, die Komplexität des menschlichen Denkens zu replizieren:.

"Man braucht wirklich die größten Computer, die es weltweit gibt, nur um einen winzigen Bruchteil unseres Gehirns zu nachzubilden", sagt Dirk Pleiter, Supercomputing-Experte, Human Brain Project.

Das Schneiden und Scannen ist ein wichtiger Schritt beim Versuch, das menschliche Gehirn zu verstehen. Es gibt einen weiteren Ansatz: Einen Computer zu bauen, der wie ein menschliches Gehirn funktioniert.

Kann man das Gehirn im Computer nachbauen?

Ein Human Brain Projektteam arbeitet an der Universität Bern an einer "Denkmaschine", einem sogenannten neuromorphen Computer. Mithilfe der Lichtgeschwindigkeit von Siliziumchips will man die Architektur des Gehirns nachbauen:

"Neuromorph heißt, wir bilden die Funktionsweise von Neuronen nach, wir verschalten künstliche Neuronen aus Silizium. Und das ist das Resultat: Eine Anordnung von 200.000 Neuronen, die sich wie Neuronen im Gehirn verhalten, aber 10.000 mal schneller sind", so der Physiker Mihai Petrovici, Universität Bern.

Die Methode steckt noch in den Kinderschuhen, die Geräte aus Heidelberg sind nicht intelligenter als eine Fruchtfliege. Aber die Physiker sind optimistisch, dass ihre Arbeit den Weg für künstliche Intelligenz auf Siliziumbasis ebnen kann:

"Wenn wir eines Tages diese Dinge auf die Größe des Gehirns anpassen können und wir die Architektur des Gehirns verstehen, dann werden wir eine künstliche Intelligenz mit kognitiven Fähigkeiten haben, die tausende Male schneller funktionieren, als die der Menschen aus Fleisch und Blut, die an diesem Tisch sitzen", so Petrovici.

Die Neurowissenschaftler sind vorsichtiger in ihren Prognosen und dämpfen die Erwartungen: "Es ist schwierig, sich ein künstliches Netzwerk, das Bewusstsein entwickelt hat, vorzustellen. Es gibt tief greifende philosophische, technische und grundlegende neurowissenschaftliche Fragen, die wir lösen müssen", so Karin Amunts.

Bis zum Ende des Human Brain Projects 2023 werden die Forscher zwar nicht alle Fragen beantwortet haben, aber das menschliche Hirn - den besten aller Computer - besser verstanden haben.

Langfristiges Ziel des Human Brain Projects ist die Schaffung einer dauerhaften gemeinsamen Plattform für Neurowissenschaften und Computing in Form einer europäischen Forschungsinfrastruktur, die über den Projektzeitraum 2023 hinaus bestehen bleibt.