Der Gehirn-Simulator von Jülich
Baku, den 19. Juni (AZERTAG). In Jülich wollen Wissenschaftler das menschliche Gehirn nachbauen. Auf Europas schnellstem Supercomputer Juqueen soll das komplexe Zusammenspiel der Neuronen simuliert werden. Doch die Kritik an dem von der EU gesponserten Projekt ist groß.
Die gewaltige Rechenpower sieht man Juqueen kaum an. Die 28 schwarzen Schränke sehen unspektakulär aus - doch sie sind prall gefüllt mit Computerhardware. Genau 458.752 Prozessorkerne stecken in dem Supercomputer auf dem Forschungszentrum Jülich - er ist der derzeit schnellste Rechner Europas.
Noch wird Juqueen von Wissenschaftlern quer durch alle Fachgebiete genutzt. Meist laufen mehrere Jobs parallel, die geballte Rechenpower aller Prozessoren ist meist nicht nötig, um zum Beispiel das Verhalten von Flüssigkeiten oder komplexe Moleküle zu modellieren. Doch das könnte sich bald ändern: Zumindest stunden-, vielleicht sogar tageweise sollen menschliche Hirnzellen auf dem Großrechner simuliert werden. Weil unser Gehirn aus Milliarden Nervenzellen besteht, ist am Ende vielleicht sogar der gesamte Supercomputer mit sämtlichen Prozessorkernen damit beschäftigt.
Bis zu eine Milliarde Euro Förderung hat die EU für das Human Brain Project Anfang des Jahres bewilligt. Henry Markram von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) leitet die Hirnsimulation. Jülich übernimmt als Partner das Supercomputing - und auch bei der Kartierung des Gehirns wollen Wissenschaftler aus Jülich eine zentrale Rolle spielen.
„2020 sollen zwischen 30 und 40 Forscher in Jülich am Human Brain Project arbeiten - finanziert aus eigenen Mitteln und über das Projekt“, sagt Thomas Lippert. Juqueen steht in einer kleinen Halle des von ihm geleiteten Instituts. Zum Supercomputer gehört auch eine Festplatten-Armada mit insgesamt 450 Terabyte Speicherplatz. „Man könnte damit ein sehr primitives Modell eines Rattengehirns simulieren“, sagt Lippert.
Reverse Engineering - Die Simulation einer Nervenzelle beschäftigt etwa einen Prozessorkern. Das menschliche Gehirn mit rund 100 Milliarden Neuronen ist damit auf absehbare Zeit viel zu groß, um es vollständig mit einem virtuellen Modell nachbauen zu können. Der gewaltige Rechenaufwand ist aber nicht das einzige Problem, mit dem die Hirnsimulatoren in den kommenden Jahren zu kämpfen haben.
Zuallererst geht es darum, ein möglichst gutes Modell menschlicher Nervenzellen zu entwickeln. „Das ist ein iterativer Prozess“, sagt die Hirnforscherin Katrin Amunts, Direktorin des Instituts für Neurowissenschaften und Medizin in Jülich. „Wir werden das Modell Schritt für Schritt weiter aufbauen. Immer wieder müssen wir es dabei mit Ergebnissen von Experimenten abgleichen.“
Reverse Engineering umschreibt das Human Brain Project wohl am besten. Man kann die zellulären Abläufe im menschlichen Gehirn kaum detailliert untersuchen. Eingriffe ins lebende Gehirn sind schwierig. Und sämtliche Nervenzellen mit Sensoren zu bestücken, ist unmöglich. Hirnscans liefern nur Landkarten mit einem groben Überblick weit oberhalb der Zellebene.
Daher untersuchen Forscher wie Amunts auch Gehirne Verstorbener. „Ich bin überzeugt, dass dies uns entscheidende Informationen über die strukturelle Organisation des lebenden Gehirns liefert“, erklärt sie und holt einen auf Glas fixierten Hirnschnitt aus dem Regal. Man wolle Proben wie diese Schicht für Schicht scannen, um die Hirnstruktur bis auf die Ebene einzelner Nervenzellen hinab zu verstehen. Aus den Aufnahmen sollen beispielsweise Verbindungen zwischen weit entfernten Hirnregionen rekonstruiert werden, von denen man weiß, dass sie sehr wichtig sind, aber deren genauer Verlauf in vielen Fällen noch unbekannt ist.
Was ist Intelligenz? - Je besser das Modell wird, umso eher kann man es benutzen, um damit virtuell zu experimentieren - das ist auch das eigentliche Ziel der Forscher. Wie reagieren Rezeptoren auf neue Medikamente? Welche Veränderungen führen zu Demenzen wie Alzheimer? Fragen wie diese soll der Hirnsimulator eines Tages beantworten können und so vielleicht auch das wohl größte Geheimnisse des Menschen lüften: Wie denken wir? Wie entsteht Intelligenz?
Amunts sieht gute Erfolgschancen für das Human Brain Project. „Ich arbeite sein 20 Jahren in der Hirnforschung. Ein solches Großprojekt hat den Vorteil, dass es Kontinuität über einen längeren Zeitraum bietet.“ So könne man Fragen angehen, die sich in kurzlebigen Projekten von ein bis drei Jahren nicht lösen ließen.
Hunderte Forscher aus ganz Europa sind an der sogenannten Ramp-up-Phase beteiligt, die im Oktober beginnt und 30 Monate dauert. In diesem Zeitraum geht es darum, eine Art Proof of Principle zu liefern, also zu zeigen, dass der Ansatz prinzipiell funktioniert. Nach derzeitiger Planung soll 2016 oder 2017 ein noch größerer Supercomputer Juqueen ersetzen. Im Jahr 2021 schließlich könnte ein noch schnellerer Großrechner folgen, der eine Rechenleistung von einem Exaflop (1000 Petaflops) überschreitet. Zum Vergleich: Tianhe-2 aus China führt die Weltrangliste der Supercomputer mit 55 Petaflops an. Juqueen, der derzeit siebtschnellste Rechner der Welt, schafft 6 Petaflops.
Die Erwartungen sind hoch - aber nach wie vor steht das Human Brain Project heftig in der Kritik. Mancher Hirnforscher hält das Vorhaben für utopisch, weil man bislang viel zu wenig über die Abläufe im Gehirn weiß, um sich überhaupt an eine Simulation wagen zu können.
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