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Neue Netzwerkintelligenz Simulanten des Gehirns

Denkende Computer und Neuronenklumpen im Labor: Es gibt immer neue Versuche, das Gehirn zu simulieren. Die jüngsten Produkte sind faszinierend - und ernüchternd.

© Van Wedeen Vergrößern Nervenzell-Netze mit Hilfe von Hirnscans sichtbar gemacht.

Kaum einer, der vor anderthalb Jahren „Watson“ in der amerikanischen Quizsendung „Jeopardy!“ erlebte, konnte sich der Faszination des unsichtbaren Androiden entziehen. Der Supercomputer beantwortete mit atemberaubender Leichtigkeit und in annähernd natürlicher Sprache die gestellten Fragen und besorgte sich aus einer gewaltigen Datenbank die Fakten, die er zur Beantwortung der Fragen benötigte - erfolgreicher als die beiden bis dahin erfolgreichsten Spieler aus dem amerikanischen Kulturkreis des Homo sapiens. Watson schien das menschliche Gehirn nicht nur zu imitieren, er war in der Verarbeitung bestimmter Informationen sogar leistungsfähiger. Die meistgestellte Frage lautete deshalb auch: Wie nah sind Ingenieure und Informatiker der Simulation unseres Gehirns schon gekommen?

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Berichte über digitale Netzwerkintelligenz, wie sie „Blue Brain“ an der École Polytechnique in Lausanne verkörpert, beeindruckten die Fachleute. Mit mehr als einer Million Nervenzellen und aufbauend auf extrem detaillierten Analysen der Architektur, Verschaltung und Signalübertragung wurde zumindest ein kleiner Ausschnitt der Großhirnrinde nachgebaut. Gerald Edelman ließ Computersimulationen von Milliarden Nervenzellen fertigen, auch Modelle mit bis zu hundert Milliarden Zellen wurden bekannt. Doch das alles Entscheidende, was man von einer Simulation erwarten darf, die Funktionalität und damit die Erledigung elementarer kognitiver Funktionen - Denken, Lernen, Gedächtnis - bis hin zur Realisierung der Verhaltensweisen, sind die Maschinenhirne schuldig geblieben.

Intelligenztest für „Spaun“

Genaugenommen ist es sogar ziemlich ernüchternd, was die programmierten Denksklaven zu leisten imstande sind. Das menschliche Gehirn mit seinen Tausenden von Zelltypen und seinen Abermilliarden Verknüpfungen, dem Netz an Leitungsbahnen und Synapsen, nachzuempfinden, ist offensichtlich eine Herkulesaufgabe, die sämtliche Kapazitäten an Soft- und Hardware noch weit übersteigt. In der Zeitschrift „Science“ (Bd. 338, S. 1202) war jetzt nachzulesen, wie weit und doch primitiv die Simulationsversuche heute sind. Chris Eliasmith und seine Kollegen von der University of Waterloo in Kanada haben mit ihrem Model „Spaun“ (Semantic Pointer Architecture Unified Network) „erstmals ein funktionierendes Hirn“, - bestehend aus 2,5 Millionen vernetzten Neuronen - imitiert, wie sie schreiben. Fundamentale Fähigkeiten wie Wahrnehmung, Kognition und Verhalten seien realisiert worden. Was genau darunter zu verstehen ist, lässt die Beschreibung der Aufgaben erahnen, die das Computerhirn absolvierte: Es waren primitive Aufgaben wie das Erkennen von Zahlen auf einem Bildschirm, das Abrufen derselben aus dem Arbeitsspeicher und das Nachzeichnen mit Hilfe eines mechanischen Arms. Aufgaben wurden gestellt, die auch in Multiple-Choice-Intelligenztests vorkommen: „123; 567; 34?“ oder „0074=74; 0024=24; 0014=?“.

gehirn genf jom 3 © BBP/EPFL Vergrößern Virtuelle Nervenzellen aus dem Kortex in der Gehirn-Simulation.

Spaun absolvierte alle acht unterschiedlichen Herausforderungen bravourös. Seine neuronale Hierarchie war erstaunlich komplex. Verschiedene Zentren und ihre wichtigsten Neurone im menschlichen Gehirn, etwa die visuellen und motorischen Zentren oder die Schaltstelle für Entscheidungen im Vorderhirn, der präfrontale Kortex, sowie Teile des Thalamus wurden nachempfunden. Ein digitales Konstrukt, das mit Informationen ähnlich wie sein Vorbild arbeitete. Die Nervenzellen produzierten typische elektrische Erregungen, Aktionspotentiale, und sie „feuerten“ in Gruppen oder modulierten die Signale. Und auch komplexe Schaltkreise mit mehreren Zentren wurden hergestellt. Doch im Endeffekt war, das räumen die Forscher ein, die statistische Verarbeitung der ein- und ausgehenden Signale völlig anders als beim Vorbild. Mathematisch gesehen sind Gehirn und Spaun zwei verschiedene Welten. Vor allem aber ist das Modell nicht in der Lage, Neues zu erlernen. Spaun ist mehr oder weniger auf die Lösung der paar Aufgaben festgelegt, für die er konstruiert war. Damit fehlt dem Hirnnachbau etwas, das die Evolution schon bei einfachsten Organismen ins Werk gesetzt hat.

In gewisser Weise ähnelt der digitale Simulationsversuch dem grobschlächtigen Ansatz von Ed Boyden vom Massachusetts Institute of Technology, mit einem fünfzig Dollar teuren photolithographischen Verfahren aus der Halbleiterindustrie einen Ausschnitt der Großhirnrinde in der Petrischale nachzubauen. In der Zeitschrift „Advanced Materials“ (doi: 10.1002/adma.201203261) berichtet er, wie seine Gruppe aus einem Konglomerat aus Hydrogel und diversen Hirnzelltypen dreidimensionale Gewebestücke erzeugte: Das Gel wurde schichtweise aufgeklebt, die Zellen wurden eingeschlossen und durch Auflegen einer Maske mit Ultraviolettlicht bestrahlt. Das Ergebnis waren Kunsthirnwürfel, in beliebigen 3D-Formen und angereichert mit Nervenzellen, die Verknüpfungen bildeten - sofern sie ausreichend Platz zum Wachsen hatten. Der Haken: Ob diese Gewebestücke, die Boyden schon „als mögliche Transplantate für die Regeneration von Hirngewebe nach Schlaganfall, Hirntrauma oder neurodegenerativen Erkrankungen“ sieht, jemals funktionstüchtig arbeiten, steht in den Sternen. Die Forscher aus Massachusetts wären nicht die Ersten, die die Komplexität des Gehirns massiv unterschätzen.

Quelle: F.A.Z.

 
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Veröffentlicht: 08.12.2012, 09:34 Uhr