FZJ: Was in Jülich geleistet wird, gilt weltweit als Durchbruch

Von: pep
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Zufriedener und stolzer Gastgeber: der Leiter des Forschungszentrums Jülich, Wolfgang Marquardt.

Jülich. Das Jülicher Hirnmodell „Big Brain“, das Bundespräsident Joachim Gauck am Donnerstag von den Professoren Katrin Amunts und Wolfgang Marquardt vorgestellt wurde, ist eines der renommiertesten Projekte des Forschungszentrums. Eine Kurzbeschreibung, die auf FZ-Informationen basiert:

Was ist „Big Brain“?

„Big Brain“ ist ein virtuelles Gehirn, das in internationaler Kooperation von Neurowissenschaftlern, Biologen, Ärzten, Informatikern, Physikern, Mathematikern, Computerspezialisten und Ingenieuren entwickelt wird. Es besteht aus mehr als 7400 digitalisierten und jeweils 20 Tausendstel Millimeter dünnen Gewebeschnitten. Das dreidimensionale Modell mit extrem hoher Auflösung wird mit Hilfe des Jülicher Supercomputers „JuQueen“ – der viertschnellste Europas – entwickelt. „Big Brain“ gilt weltweit als technologischer Durchbruch, um die Struktur des Gehirns besser zu verstehen.

Wozu dient „Big Brain“?

Es bietet den Forschern die Möglichkeit, Nervenzellen und -fasern sowie Moleküle zu erfassen und zu analysieren, die der Informationsübertragung dienen. „Big Brain“ erlaubt Rückschlüsse auf die Funktionsweise des Gehirns und hilft, Netzwerke zu analysieren, die zum Beispiel bei Sprache und dem Erkennen von Gesichtern aktiv sind. Es ermöglicht zudem, jene Regionen zu identifizieren, die bei Hirnerkrankungen betroffen sind. Langfristig soll das dazu führen, die Ursachen für Parkinson, Alzheimer oder Schlaganfall genauer zu erkennen, Diagnose und Therapie zu verbessern.

Wie konkret ist das schon?

Wissenschaftler des FZ Jülich und des Universitätsklinikums Aachen „untersuchen beispielsweise gemeinsam, in welchen Hirnregionen der Volumenabbau bei Patienten mit Alzheimer-Erkrankung oder mit Primärer Progressiver Aphasie (PPA) besonders gravierend ist“. Mit Hilfe von „Big Brain“ und anspruchsvollen mathematischen Verfahren lässt sich die Dynamik solcher Erkrankungen sichtbar machen und über die Zeit beobachten. Amunts sagt: „Eines unser wichtigsten Ziele ist es, die Krankheit möglichst früh zu diagnostizieren, um den Patienten individuell helfen zu können. Je früher Medikamente gegeben werden können, desto wirkungsvoller sind sie letztlich.“

Wie kommt „Big Brain“ zustande?

Die Gewebeschnitte werden einzeln gescannt und ihre digitalen Bilder an Rechnern grob zusammengesetzt. Mit den Jülicher Hochleistungsrechnern und spezieller Bildbearbeitungssoftware rekonstruierten Forscher daraus dann das Hirnmodell – eine Art virtuelles Nachschlagewerk also, ein anatomischer Atlas mit bisher unerreichter räumlicher Auflösung, die etwa der Größe einer Nervenzelle oder weniger als der Hälfte eines Haardurchmessers entspricht.

Was machen die Jülicher Wissenschaftler mit „Big Brain“?

Sie untersuchen unter anderem, wie verschiedene Gehirnregionen als System zusammenwirken, „welche Areale bei bestimmten Tätigkeiten und unter bestimmten Eindrücken gerade aktiv“ sind. Andererseits kann das Gehirn als menschliche Schaltzentrale Vorbild sein „für einen extrem leistungsstarken und energieeffizient arbeitenden Computer“. Denn nach Aussage der Jülicher Forscher benötigt das Gehirn „für hochkom- plexe Informationsübertragungen und -verarbeitung weniger Energie als eine 60-Watt-Glühbirne“. Wie stark wird „Big Brain“ über die Kooperation mit der RWTH Aachen hinaus schon genutzt?

Der virtuelle Jülicher Hirnatlas gehört noch nicht zum klinischen Alltag, wird aber als Bestandteil mehrerer internationaler Datenbanken bereits gut genutzt. Er ist für die wissenschaftliche Öffentlichkeit im Internet frei zugänglich. In dem EU-Projekt „Human Brain Project“ tauschen Forscher aus 23 EU-Staaten Daten aus und bauen gemeinsam eine einzigartige Infrastruktur auf, in der Hirnforschung und Informationstechnologie vernetzt sind. Das Ziel ist, „das komplette menschliche Gehirn innerhalb der nächsten zehn Jahre detailgenau von der Genetik über die molekulare Ebene bis hin zur Interaktion ganzer Zellverbände auf einem Supercomputer der Zukunft zu simulieren“.

Sind die Jülicher Supercomputer denn immer noch nicht gut genug?

Letztlich ist das so. „Um die gewaltige, global vorhandene Datenmenge über die menschliche Schaltzentrale zu erfassen und für die Computersimulation aufzubereiten, reichen die Leistungen der derzeitigen Höchstleistungsrechner nicht aus“, heißt es im FZ. Das Jülicher Supercomputing Centre arbeitet darum schon an einer ganz neuen Rechner-Generation.

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