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"Human Brain Project" will menschliches Gehirn simulieren

Es ist ein gigantisches Unterfangen, das sich die Wissenschafter des Human Brain Project (HBP), eines internationalen wissenschaftlichen Großprojekts, da vorgenommen haben: Die Simulation des menschlichen Gehirns mittels möglichst detaillierter Abbildung der neuronalen Aktivitäten. Auch die Abteilung für Experimentelle Psychiatrie an der Medizinischen Universität Innsbruck, unter der Leitung von Prof. Alois Saria, ist an der Konzeption von HBP beteiligt.

Unter der Leitung Henry Markrams von der Eidgenössischen Hochschule Lausanne, beteiligen sich 13 Europäische Universitäten und insgesamt mehr als 100 Forschungseinrichtungen aus zahlreichen Fachrichtungen am Human Brain Project, Mediziner ebenso wie, Mathematiker, Genetiker, Computerwissenschafter, Sozialwissenschafter, Techniker uvm.

Grundstein des gewaltigen Forschungsvorhabens ist die Analyse und Verarbeitung von jährlich mehr als 60.000 einschlägigen wissenschaftlichen Dokumenten und deren Integration in ein umfassendes mathematisches Modell. Mathematische Gleichungen sind es auch, die der Simulation zugrunde liegen. Wie Henry Markram bei der Vorstellung des Projektes in Österreich schilderte, sei das Datenvolumen der geplanten Simulation ein gigantisches. Beim Vorgängerprojekt von HBP, dem „Blue Brain Project“ habe allein die Berechnung für ein einziges Neuron die Kapazitäten eines Laptopcomputers verbraucht. Ziel jenes Projektes war die Simulation einer einzelnen neokortikalen Säule, um auf diese Weise die Vorgänge in einer einzigen funktionellen Einheit des Großhirns detailliert darzustellen. Die Berechnungen erfolgten also „nur“ für mehrere tausend Neuronen.

Beim HBP wird sich der Aufwand unglaublich erhöhen. Das menschliche Gehirn verfügt über Milliarden von Nervenzellen, die sämtlich dargestellt werden sollen. Ein wesentlicher Grundstein des HBP wird dementsprechend der Aufbau einer Supercomputer Infrastruktur sein. Die Resonanz aus Forschungs- und Wissenschaftseinrichtungen ist groß und auch aus der Industrie gibt es bereits klare Zusagen über Beteiligungen. Derzeit kämpft das HBP als Finalist im FET-Flagship-Programm der EU um Fördermittel von bis zu einer Milliarde Euro.

Experimentelle Psychiatrie der MUI macht bei Großprojekt mit

Univ.-Prof. Alois Saria leitet seit 1987 den Forschungsbereich Experimentelle Psychiatrie an der Innsbrucker Univ.-Klinik für Psychiatrie. Mit seinem Team untersucht er an Modellsystemen die neurochemischen Vorgänge im Gehirn bei Menschen mit Suchtverhalten. Und er ist von der von der Bedeutung und der Finanzierbarkeit dieses Großprojektes überzeugt: „Für ein Jahr steht die Finanzierung. Und am Ende dieses Jahres werden die Forscher auch die Machbarkeit des Vorhabens beweisen. Im Wesentlichen sitzen auch bereits jetzt alle maßgeblichen Einrichtungen, die einen Beitrag zur Umsetzung des Projektes liefern können, bei uns im Boot. Der endgültige Projektstart ist für 2013 geplant“. Prof. Saria würde den Projektteil „Ausbildung“ leiten und dafür sorgen, dass disziplinenübergreifend qualifiziertes Forschungspersonal ausgebildet wird. Etwa Mediziner, die mit Supercomputern umgehen können, oder Neurobiologen, die auch mit Mathematikern reden können. Entwickelt werden sollen zudem Schnittstellen, mit denen man für Ausbildungszwecke auf die großen Computersimulationen zugreifen kann.

Sollte es gelingen, das menschliche Gehirn zu simulieren, würden sich im klinischen Bereich ausgezeichnete Möglichkeit bieten, Störungsbilder und Erkrankungen ebenfalls zu simulieren und damit neue Therapieansätze ermöglichen. Etwa bei Parkinson oder Alzheimer. Denn derzeit sei der Kenntnisstand der Medizin zwar auf molekularer und zellulärer Ebene bei einzelnen Erkrankungen relativ hoch: „Aber wir wissen viel zu wenig über die Auswirkungen dieser Mechanismen im gesamten Netzwerk des Gehirns“, erklärt Prof. Saria.

Die Initiatoren des HBP erwarten sich durch das Projekt auch gewaltige Fortschritte auf dem Gebiet der Informationstechnologie. Neue Supercomputer und Roboter sollen entstehen:„Das was das menschliche Gehirn leistet, nämlich eine unglaubliche Menge an parallelen Rechenvorgängen mit sehr geringem Energieaufwand abzuwickeln, wird für die Weiterentwicklung physischer Computer von großer Bedeutung sein. Es gilt, über die Netzwerkfunktion des Gehirns so viel wie möglich herauszufinden, um diese Mechanismen gezielt in Computersystemen umzusetzen“, so Prof. Saria.