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Darstellung eines Neuronengeflechts

Forscher simulieren ein Stück Gehirn

Das "Blue Brain Project" hat nun erstmals eine Gehirnsimulation veröffentlicht. Dafür haben die Forscher einen winzigen Würfel der Gehirnrinde mit 30.000 Hirnzellen und 40 Millionen Kontakten mit Supercomputern nachgebildet.

Hirnforschung 09.10.2015

Die Resultate stimmten mit dem Verhalten von Neuronen überein, das in diversen Experimenten am Gehirn beobachtet worden war, wie die ETH Lausanne (EPFL) in einer Aussendung schriebt. Die experimentellen Daten und die digitale Rekonstruktion sind im Internet frei zugänglich.

Die Studie in "Cell":

"Reconstruction and Simulation of Neocortical Microcircuitry" von H. Markram et al., erschienen am 8. Oktober 2015.

"Die Studie belegt, dass es möglich ist, Gehirngewebe digital zu rekonstruieren und simulieren", schreibt die EPFL. Das vor zehn Jahren initiierte "Blue Brain Project" ist der Simulationsteil des eine Milliarde Euro teuren EU-Flaggschiffprojekts "Human Brain Project". Letzteres hat in den vergangenen Jahren eher für negative Schlagzeilen gesorgt. Zur externen Kritik von Neurowissenschaftlern kamen auch noch interne Machtkämpfe.

Unvollständige Rekonstruktion

Mit der Simulation gibt es nun auch inhaltlich wieder etwas zu berichten. Sie erforderte den Forschern zufolge zehntausende Experimente an Neuronen und Synapsen - den Kontaktstellen der Neuronen, die elektrische Impulse übertragen - von jungen Ratten. Mit diesen Versuchen identifizierten die Forscher die Grundregeln, wie Neuronen im Mikroschaltkreis angeordnet und über Synapsen verbunden sind.

Sobald diese Rekonstruktion komplett war, simulierten die Forscher das Verhalten der Hirnzellen unter unterschiedlichen Bedingungen im Supercomputer. Dabei kamen erste Resultate zustande, etwa wie sich die Anpassung eines einzigen Faktors wie dem Fluss von Kalzium-Ionen in den Synapsen auswirkt: Das Senken der Kalziumniveaus in der Simulation führte zu asynchroner Aktivität, wie sie bei wachen Tieren auftritt. Im umgekehrten Fall kam es zu einer synchronisierten neuronalen Aktivität, ähnlich wie sie im Schlaf beobachtet wird. So etwas ließe sich nicht an einer einzigen Hirnzelle beobachten, betonen die Forscher.

"Die Rekonstruktion ist ein erster Entwurf, sie ist nicht vollständig und noch keine perfekte digitale Nachbildung des biologischen Gewebes", so Studienleiter Henry Markram. "Die Arbeit hat eben erst begonnen." Es fehlten noch wichtige Aspekte des Gehirns wie Strukturzellen, Blutgefäße oder Anpassungsstrategien.

science.ORF.at/APA/sda

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