Forscher haben den vollständigen digitalen Schaltplan eines Fruchtfliegengehirns mit 166.700 Nervenzellen und rund 125 Millionen Verbindungen veröffentlicht. Nach zehnjähriger Arbeit von Google und dem US-Forschungsinstitut HHMI Janelia stehen die frei im Netz verfügbaren Daten nun Entwicklern zur Verfügung, die damit Computerspiele steuern und Experimente durchführen.
Zehn Jahre lang dauerte die akribische Arbeit, bis Google und das US-Forschungsinstitut HHMI Janelia Anfang September den kompletten Schaltplan des Nervensystems einer Fruchtfliege der Öffentlichkeit zugänglich machten. Die Daten, die 166.700 Nervenzellen und rund 125 Millionen Verbindungen umfassen, sind seither frei im Netz abrufbar.
Wie aus einem Insektengehirn ein digitaler Schaltplan wurde
Um diesen Meilenstein zu erreichen, griffen Wissenschaftler zu drastischen Methoden. Laut Michael Schwertel, Professor für Medienmanagement und Innovation, haben Forscher das Gehirn einer Fruchtfliege in hauchdünne Scheiben geschnitten, was dem Schnittmuster einer Salami ähnelt. Eine künstliche Intelligenz wertete anschließend aus, wie die einzelnen Nervenzellen verlaufen, während Menschen diese Ergebnisse von Hand nachkorrigierten. Das Resultat ist ein präziser Schaltplan des Gehirns, bei dem man gezielt Reize einspeisen und beobachten kann, was am Ende des Prozesses passiert. Dies hilft der Wissenschaft beispielsweise dabei zu verstehen, wie Belohnungsmechanismen im Gehirn ablaufen — ein Prozess, der bis heute nicht vollständig verstanden ist.
Computerspiele, Bitcoin und Roboterarme
Das digitisierte Gehirn spielt nun Computerspiele, während entsprechende Videos im Internet millionenfach geklickt werden. Professor Schwertel weist jedoch darauf hin, dass die Fliege durch diese Simulationen zunächst nichts lernt; was Beobachter sehen, sind reine Reflexe aus der Verdrahtung des Bauplans. Ein lebendiges Bewusstsein oder chemische Abläufe eines echten Tieres existieren im Computer nicht. Werden gezielt elektrische Reize an bestimmten Stellen eingespeist, zuckt beispielsweise ein Arm, wodurch Forscher exakt nachvollziehen können, welche Verbindung für welche Bewegung zuständig ist.
Stellen Sie sich Frankenstein vor, mit Armen, Beinen und Augen, aber ohne Gehirn. Wenn ich ihm den digitalen Schaltplan der Fliege einsetze, passiert erst mal gar nichts. Der Plan hat kein Bewusstsein und keine chemischen Abläufe wie ein echtes Gehirn.
Michael Schwertel, Professor für Medienmanagement und Innovation
Vergleich mit menschlichen Dimensionen und kommende Herausforderungen
Obwohl das Fliegengehirn nun komplett digitalisiert vorliegt, stellt die Kartierung des menschlichen Gehirns eine weitaus größere Hürde dar. Das menschliche Nervensystem verfügt über rund 86 Milliarden Nervenzellen, was etwa der 500.000-fachen Menge des Fruchtfliegengehirns entspricht. Selbst ein winziges Stück Mäusegehirn in der Größe eines Sandkorns besitzt ungefähr viermal so viele Verbindungen wie das gesamte Fliegengehirn.
Schwertel experimentierte im Rahmen eigener Projekte auch mit der Steuerung von Robotern durch Teile des Fliegengehirns. In einem von ihm entwickelten Spiel tritt ein Roboter mit biologischer Steuerung gegen einen Roboter mit klassischer KI an, wobei die Sieg- und Niederlagenquote ausgeglichen bei etwa fünfzig zu fünfzig liegt. Solche Versuche zeigen nach Ansicht des Professors, dass künftige humanoide Roboter erheblich von biologischen Prinzipien lernen können, insbesondere beim komplexen Gleichgewichtssinn, der in unvorhersehbaren Umgebungen wie Wohnzimmern oder Küchen dringend benötigt wird.
