Aus der Forschung
Nervenfaserverläufe in Mausgehirnen, dargestellt mit der Methode des Polarized Light Imaging. Bild: Amunts, Zilles, Axer et. al./Forschungszentrum Jülich
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Ein Computer wie ein Gehirn
Mit allen seinen Bausteinen und Funktionen stellt das menschliche Gehirn die Wissenschaft immer noch vor große Rätsel. Selbst die heutigen Supercomputer können mit der Datenübertragung und -verarbeitung des Gehirns bei derart geringem Energieaufwand nicht mithalten. Um dieser Leistung zumindest technologisch näher zu kommen und mehr darüber zu lernen, wie das Gehirn funktioniert, wie Erkrankungen des Nervensystems entstehen und wie sie behandelt werden können, setzen immer mehr Wissenschaftler auf die Simulation des Gehirns durch Supercomputer.
Rund 100 Milliarden eng verknüpfte Nervenzellen sorgen dafür, dass unsere Organe und Sinne funktionieren, wir Wahrnehmungen verarbeiten, bewerten und uns danach verhalten können. Das Gehirn ist lernfähig und kann sich sogar selbst reparieren. Diese Eigenschaften möchten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom Forschungszentrum Jülich in ihrer ganzen Komplexität verstehen und nachbilden. Im kürzlich eingeweihten Simulationslabor, dem Simulation Laboratory Neuroscience, kombinieren Neurowissenschaftler, Mediziner, Informatiker, Mathematiker und Physiker ihre Erkenntnisse, um gemeinsam die Hirnsimulationen zu verbessern. Finanzielle Unterstützung leistet die Helmholtz-Gemeinschaft für das neue Labor im Rahmen ihres Portfoliothemas „Supercomputing and Modelling for the Human Brain“.
Die Jülicher Supercomputer spielen auch in einem sehr ambitionierten, europaweiten Simulationsprojekt eine Hauptrolle: Das unter anderem von Prof. Henry Markram von der École Polytechnique Fédérale de Lausanne und Prof. Karlheinz Meier von der Universität Heidelberg koordinierte „Human Brain Project“ soll alle bisher veröffentlichten Daten über das menschliche Gehirn in einer Simulation zusammenbringen. Jeder Baustein, jede bekannte Funktion, sogar die genetischen Eigenschaften der Nervenzellen sollen in einem Jülicher Supercomputer nachempfunden werden. Somit gestalten die Forscher aus Jülich das Projekt maßgeblich mit. Die Europäische Union hat das „Human Brain Project“ zu einem ihrer sogenannten Flaggschiff-Projekte erklärt. Sollte die erste Begutachtung nach 18 Monaten erfolgreich verlaufen, könnte die EU über zehn Jahre etwa die Hälfte der Projektkosten von gut einer Milliarde Euro beisteuern.
Der Beitrag des Forschungszentrums Jülich liegt allerdings nicht nur darin, Supercomputer zu entwickeln, sondern auch Nervenzellen und ihre Netzwerke bis ins kleinste Detail zu untersuchen. Alle Kenntnisse über das Gehirn zu kombinieren, kann die Therapie vieler nervenbasierter – und häufig unheilbarer – Erkrankungen voranbringen. Bisher sind die Supercomputer aber noch nicht in der Lage, diese immensen Datenmengen zu verarbeiten. Also müssen den medizinischen Erkenntnissen erst einmal bahnbrechende Fortschritte in der Informationstechnologie vorangehen. Das „Human Brain Project“ ist daher zwar riskant, kann aber das Wissen gleich in mehreren Bereichen revolutionieren.
