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Chemie: Reaktionsvorhersage mit KI

Erstmals sagt eine künstliche Intelligenz nur anhand der 2-D-Struktur von Molekülen das genaue Ergebnis einer chemischen Reaktion voraus.

Was kommt heraus, wenn Molekül A mit Molekül B reagiert? Bei einfachen Stoffen genügt manchen Chemikern ein Blick auf die zweidimensionale Skizze der beteiligten Partner, und die Antwort ist klar. Je komplizierter die Strukturen aber werden, desto vielfältiger sind die Möglichkeiten, miteinander zu reagieren, so dass die Vorhersage schwieriger wird. Hinzu kommen unzählige Parameter, die den Ausgang ebenfalls beeinflussen, wie etwa das verwendete Lösungsmittel, Katalysatoren, weitere zugesetzte Stoffe, der pH-Wert, die Temperatur, Reaktionsdauer und vieles mehr. Eine Reaktionsvorhersage zu machen, wird daher schnell recht unübersichtlich. Ganz zu schweigen von einer Abschätzung, zu welchem Anteil sich der gewünschte Stoff wohl bilden wird und in welchem Verhältnis die verschiedenen Produkte zueinander entstehen.

Für Computermodelle ist der genaue Ausgang einer Reaktion ebenfalls relativ schwer vorherzusagen …

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Gehirn&Geist – Wer entscheidet? Wie das Gehirn unseren freien Willen beeinflusst

Was bedeutet es, ein Bewusstsein zu haben? Haben wir einen freien Willen? Diese Fragen beschäftigt Neurowissenschaft, Philosophie und Theologie gleichermaßen. Der erste Artikel zum Titelthema zeichnet die Entwicklung der neurowissenschaftlichen Forschung nach und zeigt, wie das Gehirn das subjektive Erleben formt. Anschließend geht es im Interview mit dem Neurophilosophen Michael Plauen um die Frage, ob wir frei und selbstbestimmt handeln, oder nur Marionetten unseres Gehirns sind. Die Antwort hat Konsequenzen für unser Selbstbild, die Rechtsprechung und unseren Umgang mit KI. Daneben berichten wir, wie virtuelle Szenarien die traditionelle Psychotherapie erfolgreich ergänzen und vor allem Angststörungen und Posttraumatische Belastungsstörungen lindern können. Ein weiterer Artikel beleuchtet neue Therapieansätze bei Suchterkrankungen, die die Traumata, die viele Suchterkrankte in ihrer Kindheit und Jugend erfahren haben, berücksichtigen. Zudem beschäftigen wir uns mit der Theorienkrise in der Psychologie: Der Risikoforscher Gerd Gigerenzer erklärt, warum die Psychologie dringend wieder lernen muss, ihre Theorien zu präzisieren.

Spektrum der Wissenschaft – Dunkle Energie - ein Trugbild?

Eine geheimnisvolle Kraft treibt alles im Universum immer schneller auseinander. Doch niemand weiß, was hinter dieser Dunklen Energie steckt, und neue Messdaten mehren grundsätzliche Zweifel am kosmologischen Standardmodell. Bieten alternative Ansätze eine Erklärung? Außerdem: Neue Verfahren erlauben es, Immunzellen direkt in unserem Körper so zu verändern, dass sie Krebszellen attackieren – bisher mussten sie Patienten dafür entnommen und wieder zurückgeführt werden. Quantentheorie und allgemeine Relativitätstheorie beruhen auf unvereinbaren Weltbildern. Neue Experimente an der Schnittstelle zwischen Quantenphänomenen und Gravitation sollen helfen, diesen Widerspruch zu überwinden. In der Pangenomik wird das Erbgut zahlreicher Individuen verglichen – mit weitreichenden Folgen für Forschung und Züchtung von Nutzpflanzen. Und wie immer in der Dezemberausgabe berichten wir vertieft über die Nobelpreise des Jahres für Physiologie oder Medizin, Physik und Chemie, ergänzt durch einen kritischen Blick darauf, welche Verantwortung mit großen Entdeckungen einhergeht.

Spektrum - Die Woche – Alzheimer-Biomarker bei Neugeborenen entdeckt

In dieser »Woche« geht es um überraschende Befunde aus der Alzheimerforschung: Warum Neugeborene auffallend hohe Konzentrationen eines bekannten Biomarkers im Blut tragen – und was das über die Plastizität des Gehirns verrät. Außerdem: Müssen wir dank KI bald nur noch halb so viel arbeiten?

  • Quellen

Ahneman, D. T. et al.:Predicting reaction performance in C–N cross-coupling using machine learning. Science 360, 2018

Reid, J. P., Sigman, M. S.:Holistic prediction of enantioselectivity in asymmetric catalysis. Nature 571, 2019

Sandtfort, F. et al:A structure-based platform for predicting chemical reacti­vity. ChemRxiv, 201910.26434/chemrxiv.9981488.v1

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