Jülich - „Human Brain Project“: Jülicher Forscherin baut Stadtplan des Gehirns

„Human Brain Project“: Jülicher Forscherin baut Stadtplan des Gehirns

Von: Katharina Menne
Letzte Aktualisierung:
13713130.jpg
Möchte die Gehirnforschung revolutionieren: Katrin Amunts aus dem Forschungszentrum Jülich erstellt innerhalb des europäischen „Human Brain Projects“ eine hochaufgelöste und detaillierte Karte des menschlichen Gehirns. Foto: Forschungszentrum Jülich/Catrin Moritz, imago/Science Photo Library (2), imago/Ikon Images (2), imago/fossiphoto

Jülich. Wenn Katrin Amunts erklären möchte, was sie vorhat, dann vergleicht sie ihr Projekt gerne mit Google Maps. „Man kann sich dort einen einfachen Stadtplan mit eingezeichneten Straßen und Häusern anschauen, aber auch viele weitere Informationen über den Standort einholen, Routen zwischen zwei Orten berechnen oder zu Satellitenbildern wechseln.“

Katrin Amunts erforscht jedoch nicht das Straßennetz, sondern das menschliche Gehirn. Das Ziel der Jülicher Professorin für Hirnforschung ist es, eine detaillierte und exakte Karte des Gehirns bis auf die Ebene einzelner Zellen zu erstellen.

Das Projekt ist Teil einer der größten europäischen Wissenschaftskooperationen, dem Human Brain Project (HBP). Darin arbeiten Neurowissenschaftler, Ärzte, Informatiker, Physiker, Mathematiker und Computerspezialisten aus 23 Ländern zusammen daran, das menschliche Gehirn zu simulieren und zu verstehen. Seit 2013 ist Amunts Mitglied des wissenschaftlichen Führungsgremiums dieses europäischen Flaggschiffs, im Juni 2016 wurde sie zu dessen Leiterin gewählt. Außerdem ist sie die Direktorin des Instituts für Neurowissenschaften und Medizin im Forschungszentrum Jülich und Professorin für Hirnforschung an der Universität Düsseldorf.

Doch ihr Vorhaben, das Gehirn zu kartieren und zu entschlüsseln, ist ambitioniert. Die menschliche Schaltzentrale besteht aus 86 Milliarden Nervenzellen und ebenso vielen sogenannten Gliazellen, die irgendwie miteinander verbunden sind und sich ein Leben lang verändern. Dazu kommen die Synapsen, über die die Nervenzellen miteinander kommunizieren, und die Botenstoffe, die die Informationen vermitteln.

Kein Gehirn gleicht dem anderen. Ein Musiker „denkt“ anders als ein Nicht-Musiker, die Größe des Sprachzentrums kann erwiesenermaßen um den Faktor fünf variieren und die männliche Schaltzentrale unterscheidet sich deutlich von der weiblichen. „Das Gehirn ist das komplexeste System, das wir kennen“, gibt die Wissenschaftlerin zu. Gerade deshalb sei seine Entschlüsselung eine ganz besonders reizvolle Herausforderung.

Ein erstes Modell existiert bereits. Schon 2013 hat Katrin Amunts mit ihrem Team ein extrem hochaufgelöstes dreidimensionales Modell eines menschlichen Gehirns namens „Big Brain“ erstellt. Dazu haben die Forscher über fünf Jahre hinweg das Gehirn eines Körperspenders in über 7400 dünne Scheiben geschnitten.

Jede einzelne ist nur 20 Mikrometer dick, 50 davon übereinander ergeben einen Millimeter. Die Schnitte wurden eingescannt und am Rechner rekonstruiert. Der Datensatz dieses einen Gehirns hat die Größe von insgesamt einem Terabyte. In einem laufenden Projekt erfassen die Forscher die Hirnareale von zehn verschiedenen Gehirnen – bislang konnten so etwa 200 Areale identifiziert werden. Zusammen bilden sie den Jülicher Gehirn-Atlas „JuBrain“, in dem jeder Bereich entsprechend seiner angenommenen Architektur eine andere Farbe zeigt. Dieser Atlas wird von Wissenschaftlern weltweit genutzt.

Und die Auflösung dieser Modelle reicht den Forschern noch lange nicht. Sie wollen noch genauer werden. „Wir wollen bis auf einen Mikrometer kommen“, sagt Katrin Amunts. Denn zunächst hilft das dreidimensionale Modellgehirn zwar, die Struktur und Arbeitsweise des gesunden Gehirns besser zu verstehen. Von einer höheren Genauigkeit versprechen sich die Hirnforscher neue Erkenntnisse über den grundlegenden Aufbau des Gehirns, die für die Diagnostik und Therapie psychiatrischer und neurologischer Erkrankungen wichtig sind. Ein solcher Atlas wird eine Größe von mehreren Petabyte, das heißt mehreren Millionen Gigabyte haben.

Für die Verarbeitung so unvorstellbarer Datenmengen braucht es Supercomputer, wie sie weltweit nur selten zu finden sind. Einer der besten steht im Forschungszentrum. Doch selbst für die schnellsten und leistungsfähigsten Rechner ist die Simulation eines menschlichen Gehirns und der darin ablaufenden Prozesse noch eine Herausforderung – gerade einmal ein Prozent lässt sich bislang simulieren.

Noch viele offene Fragen

Denn auch wenn Computer viele Berechnungen besser und schneller durchführen können als der Mensch – sie sind weder so lernfähig, noch so energieeffizient wie ein Gehirn. Deshalb geht die fortschreitende Gehirnforschung Hand in Hand mit der Entwicklung leistungsfähigerer Rechner. Beide Forschungsvorhaben bedingen sich sozusagen gegenseitig.

„Es gibt noch so viele offene Fragen“, sagt Katrin Amunts. „Was ist das Bewusstsein? Wie entsteht Intelligenz? Wie können wir so schwerwiegende Erkrankungen wie Alzheimer rechtzeitig erkennen und heilen?“ Neben der Möglichkeit, mit bildgebenden Verfahren Studien am lebenden Gehirn durchzuführen, um diese Fragen zu beantworten, sind auch neue Wege der Forschung notwendig.

Die Forscher brauchen ein realitätsnahes Modellgehirn, mit dem sie bestimmte Prozesse simulieren können – und eine große, engagierte Forschergemeinschaft. „So, wie sich auch an Google Maps Nutzer mit ihren Ortskenntnissen beteiligen können, wollen auch wir einen Gehirnatlas schaffen, in den sich Forscher aus der ganzen Welt mit ihren jeweiligen Ergebnissen einbringen und dann davon profitieren können“, sagt Katrin Amunts.

Leserkommentare

Leserkommentare (1)

Sie schreiben unter dem Namen:



Diskutieren Sie mit!

Damit Sie Artikel kommentieren können, müssen Sie sich einmalig registrieren — bereits registrierte Leser müssen zum Schreiben eines Kommentars eingeloggt sein. Beachten Sie unsere Diskussionsregeln, die Netiquette.

Homepage aktualisiert

Finden Sie jetzt neue aktuelle Informationen auf unserer Startseite

Wieder zur Homepage

Die Homepage wurde aktualisiert