„2018 das Gehirn einer Maus“

Der Hirnforscher Henry Markram über sein Jahrhundertvorhaben „Human Brain ­Project“, mit dem er das menschliche Denkorgan nachbauen will.

Interview: Robert Buchacher

profil: Wie kamen Sie auf die Idee, das menschliche Gehirn nachzubauen?
Markram: Das hängt mit meinem Background zusammen. Ich studierte Medizin mit Fokus Psychiatrie. Damals, vor 30 Jahren, sah ich wenig Chance auf eine reale Behandlung psychiatrischer Erkrankungen.

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Warum?
Markram: Weil die Psychiatrie über die wirklichen Vorgänge im Gehirn wenig wusste. Daher ging ich für 25 Jahre in die Neurowissenschaft, weil ich hoffte, dort eine Lösung zu finden. Ich ging den ganzen langen Weg vom molekularen Level über die Biophysik zum jeweils höheren Level, erforschte Biokanäle, Rezeptoren, Mikrostromkreise, Nervenzellen, Synapsen und Gehirnfunktionen. Am Ende wurde mir klar, dass wir das Gehirn nicht verstehen können.

profil: Weil jeder Forscher nur seinen eigenen kleinen Schrebergarten sieht?
Markram: Jeder gräbt sich in einen Detailbereich ein und fördert irgendwelche Informationsfragmente zutage, sodass es mittlerweile fünf Millionen wissenschaftliche Arbeiten gibt, die mit dem Gehirnverständnis zu tun haben. Wir wissen sehr viel über das Gehirn, aber es fehlt das integrative Bild. Wir können noch so viele Daten sammeln, aber ich glaube, dass das in unserem globalen Verständnis vom Gehirn nicht allzu viel Unterschied macht.

profil: Sie meinen, die Neurowissenschaften sehen den Wald vor lauter Bäumen nicht?
Markram: Wir wissen nicht einmal, was wir über das Gehirn wissen und wie all die Einzelstücke zusammenpassen. Irgendwann begriff ich, wo der Schlüssel zum Gehirnverständnis liegt: Wir müssen damit beginnen, die Einzelteile zu einem Ganzen zusammenzufügen. Deshalb übersiedelte ich in die Schweiz, weil es dort einen Supercomputer gibt, der dabei helfen kann, dieses Ziel zu erreichen.

profil: Der hat Ihnen weitergeholfen?
Markram: Wir versuchen, die Einzelteile nur für einen kleinen Teil des Gehirns zusammenzufügen. Natürlich hätte ich das lieber für das ganze Gehirn gemacht, aber dafür würden wir viel mehr Geld für immer leistungsfähigere Computer benötigen. Daher musste ich mich auf einen Level beschränken, wo das möglich ist.

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Sind Sie dabei auf etwas Neues gestoßen?
Markram: Das große Geheimnis ist, dass wir bei dem Versuch, alle möglichen Daten durch Nutzung der Informationstechnologie zusammenzufügen, auf Regeln stießen – Regeln im Design, in der Struktur, in der Funktion. Und diese Regeln zeigen, dass es noch immer Wissenslücken gibt, zum Teil solche, für die es nie Daten gab oder nie welche geben wird.

profil: Auch nicht in hundert Jahren?
Markram: Auch nicht in Hunderten von Jahren. Viele Daten über das menschliche Gehirn werden wir niemals bekommen können, weil wir keine invasiven Experimente an Menschen durchführen können. Wir wollen das nicht, und hoffentlich wird es nie eine Gesellschaft geben, die solche Experimente am Menschen durchführen will. Das ist der Grund, warum wir eine komplett neue Strategie benötigen, um das menschliche Gehirn zu verstehen.

profil: Werden wir es jemals verstehen?
Markram: Wir können die entdeckten Regeln nutzen, um Wissenslücken zu füllen und ein Modell des Gehirns zu bauen. Wir können aktiv Datensätze anlegen, sie kategorisieren und uns sehr schnell in Richtung Vorhersagbarkeit von Konstruktionsdetails bewegen. Wir können die Informationstechnologie nutzen, um nach Regeln im Gehirn niedriger Tiere zu suchen. Viele dieser Regeln können wir von Art zu Art übersetzen, und zuletzt können wir all diese Regeln dazu nutzen, um das menschliche Gehirn nachzubauen.

profil: Fußt auch das menschliche Gehirn auf Regeln?
Markram: Genauso wie die Gehirne von Ratten, Mäusen oder Affen. Natürlich können wir auch manche Daten gewinnen. Alle Informationen, die man in der Klinik nichtinvasiv gewinnen kann, liefern ein wichtiges Gerüst für diese Regeln. Das heißt, die Herausforderung beim Verständnis des Gehirns besteht nicht darin, alles zu messen. Es geht darum, die essenziellen Dinge herauszufinden und zu messen, die es uns erlauben, die Regeln zu entwickeln, die wir für den Nachbau des Gehirns benötigen.

profil: Sie glauben, dass das möglich ist?
Markram: Ich bin überzeugt, dass diese Regeln zugänglich sind. Wir sind in der Lage, viele dieser Regeln abzuleiten – wie die Neuronen, die Nervenzellen im Gehirn, miteinander verbunden sind, wie Proteine verteilt sind und so weiter. Die Kenntnis vieler dieser Regeln wird uns erlauben, das Gehirn, ausgehend von jedem essenziellen Teil, aufzubauen. Ob es uns gefällt oder nicht, wenn wir das menschliche Gehirn verstehen wollen – und das ist das Kriterium für unsere Forschung –, dann müssen wir es nachbauen, mit immer weniger Daten. Deshalb benötigen wir die Vorhersagbarkeit von Konstruktionselementen.

profil: Was haben die Gehirne von Ratten, Mäusen, Affen und Menschen gemeinsam?
Markram: Sie teilen bestimmte Konstruktionsprinzipien. Sie alle können bestimmte und besondere Variationen aufweisen, aber sie haben ähnliche Typen von Neuronen, ähnliche Regeln, wie die Neuronen vernetzt sind. Dann müssen wir herausfinden, was die naheliegenden Dinge sind, welche die verschiedenen Arten gemeinsam haben, und dort suchen wir nach Regeln und Unterschieden zwischen den Arten. Aber essenziell ist in diesem ganzen Projekt die Jagd nach Regeln und die Jagd nach diesen Schlüsselrollen, die uns dabei helfen, das nötige Wissen zu bekommen.

profil: Gibt es für Ihre Forschung überhaupt die erforderliche Technologie?
Markram: Die heutige, extrem starke Technologie leistet weit mehr, als wir benötigen. Die Technologie des 21. Jahrhunderts erlaubt industrielle Datengewinnung, was weltweit schon einen Tsunami an Daten generiert hat. Neue Informationstechnologien erlauben es, in diesen Daten Regeln zu erkennen, sodass wir, basierend auf diesen Regeln, das menschliche Gehirn nachbauen können.

profil: Ihre Kritiker sagen, die Idee, das menschliche Gehirn nachzubauen, sei verrückt.
Markram: Das 19. Jahrhundert war ein Zeitalter der Philosophie. Das 20. Jahrhundert war ein Jahrhundert der Reduktion, als wir alle nach einem einzigen Protein gruben und es dann 20 Jahre lang in allen Details betrachteten. Das ist eine Kultur, in der die Wissenschaft aufgewachsen ist. Ich sage, dass es im 21. Jahrhundert eine ­Fülle neuer, wundersamer Lösungen gibt, sobald Sie die Biologie mit der Informationstechnologie verbinden. Diese Verbindung können Sie nutzen, um Regeln in einer integrativen Art herauszufiltern.

profil: Und diesen Anspruch erheben Sie für die gesamte Wissenschaft?
Markram: Ich beziehe das nur auf die Neurowissenschaft, aber vielleicht liefert mein Zugang Anregungen für andere Bereiche. Die von mir seit Jahren geforderte integrative Betrachtungsweise des Gehirns ist ein schwieriger Zugang, weil die Menschen in starken Traditionen aufgewachsen sind. Es ist ein bisschen wie das Argument des Klerus im 17. Jahrhundert, der wissenschaftliche Erkenntnisse mit der ­Bemerkung abtat, es handle sich dabei um verrückte Ideen. Keine dieser großen ­
Ideen hatte es leicht, sich durchzusetzen.

profil: Gibt es auch andere, weniger kritische Stimmen?
Markram: Wir hatten die kritischsten Personen bei uns zu Besuch, die man sich vorstellen kann. Wenn sie wieder gehen, verstehen sie, was wir machen, und sie sind, wenn nicht komplett, so doch zumindest teilweise überzeugt, dass das eine plausible Strategie ist. Wir hatten hier eine groß angelegte Überprüfung durch externe Reviewer, die unser Projekt begutachten sollten. Sie kamen mit großer Skepsis, wurden von einem hochkarätigen wissenschaftlichen Beirat ausgewählt, der beurteilen sollte, was die Schweiz auf wissenschaftlichem Gebiet tun sollte und was nicht.

profil: Konnten Sie die Prüfer überzeugen?
Markram: Ich glaube, sie haben verstanden, dass wir dabei sind, den Zugang zum Verständnis des Gehirns komplett zu verändern. Ihr Bericht war extrem positiv und unterstützend.Es geht darum, die ­Herausforderungen, die uns das Gehirn stellt, anzunehmen, weil wir sie annehmen müssen.

profil: Warum müssen?
Markram: Wir müssen das Gehirn verstehen, weil immer mehr Menschen durch Hirnerkrankungen behindert sind. Da geht es nicht mehr darum zu sagen, das ist verrückt. Wesentlich ist: Die Technologie ist da, die Message ist da. Supercomputer bieten komplett neue Möglichkeiten, um Regeln herauszufiltern, sie nachzubauen und zu testen.

profil: Das klingt, als wollten Sie die ganze Wissenschaft auf den Kopf stellen.
Markram: Natürlich berührt oder kreuzt die integrative Neurowissenschaft viele Disziplinen. Und die meisten Forscher, die sich mit Neurowissenschaft beschäftigen, befassen sich mit einer oder vielleicht zwei Disziplinen. Sie verstehen nicht, dass ihnen andere Disziplinen helfen könnten. Das ist der Grund, warum sie mit diesen Leuten nicht reden. Seit dem Start meiner Karriere war ich überzeugt, dass wir Dinge zusammenfügen müssen. Deshalb habe ich immer Wissensgebiete gekreuzt, von der Physik zur Mathematik und zur Computerwissenschaft des Gehirns.

profil: Was sollten andere Neurowissenschafter Ihrer Meinung nach tun?
Markram: Das Wichtigste ist die Überzeugung, dass sie das Gehirn verstehen können. Ich glaube, das wirklich Verrückte ist, dass Neurowissenschafter, die dafür Geld bekommen, um das Gehirn zu studieren, es nicht für möglich halten, das Gehirn zu verstehen. Sie müssten verstehen, dass es eines integrativen Zugangs bedarf, um das große Ganze zu sehen.

profil: Wie viel Zeit werden Sie schätzungsweise brauchen, um das menschliche Gehirn nachzubauen?
Markram: Ganz zentral ist die Entwicklung der Supercomputer. IBM zum Beispiel wird im Jahr 2018, also in sieben Jahren, einen Supercomputer bereitstellen, der zehn hoch 18 Rechenoperationen pro Sekunde ausführt. In sieben Jahren werden wir noch weit davon entfernt sein, das menschliche Gehirn zu simulieren. Vielleicht mit Glück. Aber wir werden in sieben Jahren noch nicht alle Regeln kennen. Wir werden das Maus- und Rattengehirn mit einem hohen Präzisionsgrad simulieren können – wenn wir die Finanzierung bekommen –, und wir werden auch das Katzen- und Affenhirn simulieren können, wenn auch mit weniger Präzision.

profil: Wie lange wird es dann noch dauern bis zum Menschengehirn?
Markram: Wir werden dann wahrscheinlich noch fünf Jahre benötigen, um alle Regeln abzuleiten und die Software zu Ende zu entwickeln, bis die Supercomputer bereitstehen, um das menschliche Gehirn zu simulieren. Wir werden einfach unsere technische Kapazität erhöhen, um das Gehirn zu simulieren – immer mehr und mit immer höherer Präzision. So gesehen hätten wir mit unserem Projekt schon vor Jahren beginnen müssen, um die Technologie nutzen zu können, wenn sie da ist.

profil:
Und wie viel Geld werden Sie benötigen, um das menschliche Gehirn zu simulieren?
Markram: Eine Milliarde Euro ist das Minimum.