Es ist zweifellos eines der größten Rätsel unserer Zeit: Wie funktioniert unser Gehirn? Neurowissenschaftler erforschen unser Denkorgan fieberhaft – allein innerhalb der letzten Dekade wurden zirka 500 000 Fachartikel veröffentlicht. Der "große Wurf" blieb bislang dennoch aus – und die Funktionsweise unseres Denkorgans damit weit gehend im Dunkeln. Schuld daran ist schlicht und ergreifend seine Komplexität: Wir besitzen schätzungsweise 100 Milliarden Nervenzellen, jede mit deutlich mehr als 1000 synaptischen Verbindungen. Die schiere Größe dieses Neuronendickichts in unserem Kopf ist unvorstellbar und zugleich ungemein faszinierend.

Die Europäische Union hat sich nun entschlossen, der Erforschung unseres Denkorgans einen Schub zu verleihen. Mit 500 Millionen Euro wird das European Future and Emerging Technologies Programme (FET) künftig das so genannte Human Brain Project (HBP) fördern. Die über 100 mit dem HBP assoziierten Forschungseinrichtungen verfolgen gemeinsam einen gewaltigen Plan: Sie wollen das menschliche Gehirn in einem Supercomputer simulieren. Ihre Vision: ein künstliches System, das in einem Modell alles integriert – von den Vorgängen in jeder einzelnen Nervenzelle bis hin zur Interaktion verschiedener, aus mehreren Milliarden Neuronen bestehender Hirnareale.

Mit dem so simulierten Gehirn wollen sie eines der Hauptprobleme der Neurowissenschaften überwinden: die Kluft zwischen Befunden mit "unterschiedlich hoher Auflösung". Wie es etwa vom Feuern einzelner Nervenzellen, vom Öffnen und Schließen ihrer Ionenkanäle zur Aktivationsausbreitung in Nervenzellverbänden kommt und wie sich dies wiederum auf die Kommunikation ganzer Hirnareale auswirkt, ist bislang äußerst unklar. Die vollständige Simulation des Gehirns könnte Licht in dieses Dunkel bringen und ein gänzlich neues Verständnis seiner Funktionsweise ermöglichen. Ein "virtuelles Gehirn" brächte zudem viele praktische Vorteile mit sich, argumentieren Befürworter des Projekts. An ihm könnten zum Beispiel Wirkungen und Nebenwirkungen von Psychopharmaka geprüft werden. Tierforschung würde in diesem Bereich dann obsolet.

Flaggschiff-Initiative

Spektrum.de stellt Ihnen alle Finalisten in der Bewerbung um die milliardenschwere Förderung im Rahmen der EU-Flaggschiff-Initiative vor.

Mehr zum Thema und alle anderen Beiträge der Serie finden Sie hier:
spektrumdirekt.de/flaggschiffe

So weit die Vision. Ein genauer Blick auf das Projekt wirft jedoch Fragen auf. Woher nimmt beispielsweise Henry Markram, Leiter des HBP, die Gewissheit, dass die Simulation binnen zehn Jahren gelingen kann, wie er 2009 verkündete? Der charismatische Wissenschaftler verweist auf das Vorgängerprojekt des HBP, das Blue Brain Project an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne. Bei diesem sei es ihm und seinen Kollegen gelungen, die Aktivität einer der Grundeinheiten des Gehirns, einer 10 000 Nervenzellen umfassenden kortikalen Säule, per Computer zu simulieren. Die Großhirnrinde des Gehirns besteht aus sechs Schichten; eine kortikale Säule kann man sich als einen winzigen Würfel vorstellen, der alle sechs Schichten umspannt.

Der Sprung von der Simulation eines einzigen kleinen Kortexwürfels, noch dazu einer Ratte, hin zu einem virtuellen menschlichen Gehirn erscheint gewaltig. Markram geht jedoch davon aus, dass sich diese säulenartige Organisation im gesamten Denkorgan immer und immer wiederholt. Ob die Säulen aber tatsächlich essenzielle Einheiten des Gehirns bilden, ist jedoch längst nicht klar.

Davon abgesehen fällt aber noch ein viel schwerwiegenderes Manko ins Auge: Obwohl Markram nicht müde wird, die Simulation der kortikalen Säule zu verkünden, hat seine Forschergruppe diesen Befund nicht in einem einzigen Fachjournal publiziert. Das Blue Brain Project kann zwar eine Reihe herausragender Veröffentlichungen vorweisen, doch die besagte Simulation fehlt. Fachkollegen können daher nicht nachvollziehen, wie und unter welchen Bedingungen das Vorhaben geglückt sein soll. Und da sie nicht wissen, was tatsächlich ablief, können sie Markram und sein Team auch schlecht kritisieren. Wo das Human Brain Project momentan steht, bleibt also sowohl für die Forschercommunity als auch für die Öffentlichkeit schleierhaft.

Fraglich erscheinen auch die Aussichten des HBP: Inwieweit lassen sich überhaupt – sollte es das virtuelle Gehirn á la Markram tatsächlich einmal geben – aus ihm Erkenntnisse gewinnen? Rodney Douglas von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich gab beispielsweise im Magazin "Lab Times" zu bedenken, dass "alles, was eine Simulation erschaffen oder erklären kann, ein Ausdruck der vorab definierten Regeln des Modells ist". In der Tat lässt sich wohl bezweifeln, dass Forscher das Gehirn plötzlich verstehen, wenn sie nur eine ausreichend detaillierte Nachbildung davon im Computer "laufen lassen".

Vor diesem Hintergrund wirkt die Geldspritze an das HBP gewagt. Es bleibt zu hoffen, dass Markram und seine Kollegen mit ihren kortikalen Säulen tatsächlich auf der richtigen Spur sind und dass – sollte sich das Mammutvorhaben als eine Nummer zu groß erweisen – auf dem Weg zum Ziel technische und wissenschaftliche Fortschritte erzielt werden, auf denen andere Forscher aufbauen können. Und vielleicht profitieren am Ende ja sogar die EU-Bürger von dem Flaggschiffprojekt, das sie mit ihren Steuergeldern finanzieren.