05.08.2004 · Interaktion zwischen Nervenzellen und Siliziumchip: Welche Möglichkeiten dieses Zusammenspiel eröffnen könnte, davon haben Hirnforscher am Beispiel einer Fliege eine Ahnung vermittelt.
Von Joachim Müller-Jung
© dpa
Das Bewußtsein einer Fliege - auf Chip gebannt
Wenn man sich in diesen Tagen die Versuche der biologischen Forschung ansieht, die Vorgänge im Gehirn zu enträtseln, wird man auf der maschinellen Ebene kaum etwas finden, das sich die Phantastiker unter uns nicht schon längst ausgemalt haben. Die schöpferische Kraft kennt da praktisch keine Grenzen. Mit der Einschränkung allerdings, daß man dem Gehirn des Menschen nur entweder post mortem auf dem Seziertisch nahekommt oder eben - und mittlerweile viel ergiebiger - die bioelektrischen Vorgänge im Hirn mit bildgebenden Verfahren aufzuzeichnen versucht.
Und dennoch bleiben gewaltige Erkenntnislücken, die wir als menschliche Versuchskaninchen nie und nimmer zu schließen bereit sein würden. Deshalb kommt solchen ideenreichen Experimenteuren wie Peter Fromherz vom Max-Planck-Institut für Biochemie oder Bruce Baker von der Stanford-Universität ein ganz besonderer Platz in dem globalen Unternehmen Hirndecodierung zu. Sie sind die findigen Ingenieure und gewandten Werkzeugmacher ihrer Zunft. Sie suchen sich die adäquaten Instrumente und Modelltiere aus, um den grundlegenden biologischen Prozessen auf den Grund zu gehen.
Sechzig Zellen entscheiden über das Dasein einer Spezies
Daß dann das, was bei solchen Experimenten herauskommt, oft ziemlich phantastisch klingt und nicht jedermann erkenntnistheoretisch zufriedenstellt, ist leicht zu erkennen, wenn man Fromherz' und Bakers jüngste Arbeiten zusammennimmt. Baker - er ist Experte für das Fliegenhirn - hat durch Ausschalten bestimmter Gene eine Region im winzigen planaren Gehirn von Taufliegenmännchen ausgemacht, die deren Balzverhalten kontrolliert. Mehr noch: Die ganze sechsstufige Choreographie der Fliegenbalz, angefangen von der Wahrnehmung des weiblichen Dufts bis zum Vibrieren der Flügel und dem typischen "Minnegesang" der Männchen bis zur Kopulation ist in der Aktivität von genau sechzig Nervenzellen festgelegt. Sechzig Zellen im Manneshirn, die in ihrem elektrischen und biochemischen Zusammenspiel über das Wohl und Wehe einer ganzen Spezies entscheiden. Kronzeugen sind jene Tiere, denen man diese kleine Zellpopulation gentechnisch ausgeschaltet hat.
Wichtig aber ist nicht nur das, was Baker und seine Kollegen an ihren neuronalen Krüppeln gesehen, sondern auch das, was sie nicht gesehen haben. Wie die sechzig Zellen nämlich dieses stereotype Kunststück der Balz im bioelektrischen Zusammenspiel vollbringen, bleibt auch ihnen als Neurogenetiker verborgen. An dieser Stelle nun kommt die Obsession des Münchner Neurophysikers Fromherz ins Spiel. Er hat jetzt in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift "Applied Physics A" ein Werkzeug präsentiert, das die in solchen Nervennetzen zunächst generierte und dann im Verhalten ausgeprägte Choreographie szenisch darstellbar macht. Das codierte Konzert der Nervenausläufer wird gefilmt. Und zwar mit einer Technik, für die Fromherz und seine zwei Dutzend Mitarbeiter mittlerweile weltberühmt geworden sind: durch die Interaktion von Nerven und Siliziumchip.
Bioelektrisches Konzert des Nervenzellorchesters
Von Beginn an war klar, daß einzelne Nerven, die Fromherz auf dem Chip wachsen und mit demselben über elektrische Signale kommunizieren ließ, nur ein artifizielles Abbild der Hirnprozesse liefern. In der Netzwerkbildung - längst eine Binsenweisheit - liegt das tiefere Geheimnis jeder Kognition. Deshalb hat Fromherz gemeinsam mit Infineon-Fachleuten eine Chiparchitektur entwickelt, die es am Ende möglich machte, bioelektrische Landkarten ganzer Nervennetze in zusammenhängenden Filmsequenzen aufzunehmen. Voraussetzung dafür sind 16 384 Meßstellen auf einem Chip, der bequem auf jede Kugelschreiberspitze paßt.
Nun sind jene zwölf miteinander verdrahteten Schneckenneurone, die er in seinen ersten Experimenten mit solchen Transistoraggregaten verkoppelt hat, alles andere als eine kognitive Offenbarung. Zumal es sich um Nervenzellen von Schlammschnecken handelt, deren kognitives Potential auch im unversehrten Zustand kaum der Rede wert ist. Doch Fromherz hat, was er in seiner Veröffentlichung nur andeutet, die Richtung damit schon vorgezeichnet. Die ersten Landkarten von Hirnschichten der Laborratte lagen schon probeweise auf dem Chip. Mit demselben vielversprechenden Ergebnis: Das bioelektrische Konzert des Nervenzellorchesters, das nach einer Reizung meist nur wenige Millisekunden dauert, läßt sich mit den Chips akribisch Ton für Ton protokollieren.
Selbst Töne oder Artefakte, die weniger als ein Wimpernschlag - tausendstel Sekunden - andauern, bleiben den Wissenschaftlern nicht verborgen. "Irgendwann", so Fromherz, "sollte es bei aller Vorsicht, die bei solchen Prognosen geboten ist, möglich sein, funktionale Nervennetze wie die im balzenden Männerfliegenhirn nicht nur in der Kulturschale, sondern am lebenden Tier aufzuzeichnen." Irgendwann. Der Forscher verkneift sich jede Euphorie. Ein intaktes Gehirn, geschweige das eines Menschen, mit solchen Siliziumchips oder den dazugehörigen "Kabeln" zu malträtieren, liegt jenseits seiner eigenen Pläne. Aber was ist schon plan- und was vorstellbar?
Joachim Müller-Jung Jahrgang 1964, Redakteur im Feuilleton, zuständig für das Ressort „Natur und Wissenschaft“.
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