Virtuelles Gehirn: Neuer Supercomputer erreicht bisher unerreichten Realismus

Ein neu entwickelter Supercomputer ermöglicht erstmals die Simulation eines virtuellen Gehirns mit bisher unerreichter Detailtreue. Forschende erhoffen sich dadurch ein besseres Verständnis komplexer neuronaler Prozesse und neue Impulse für die Medizin.

Spektakulärer Fortschritt in der digitalen Hirnforschung

Ein bemerkenswerter Durchbruch ist einem internationalen Forschungsteam gelungen: Mithilfe des japanischen Supercomputers Fugaku simulierten Experten des Allen Institute und der University of Electro-Communications erstmals den kompletten Kortex einer Maus in einer digitalen Umgebung. Dies markiert einen bedeutenden Schritt hin zu einer tieferen Entschlüsselung der Funktionsweise komplexer Gehirnstrukturen, insbesondere im Hinblick auf neurologische Erkrankungen wie die Alzheimer-Krankheit. Der Aufwand, die Komplexität lebender Nervenzellen im Detail nachzubilden, bleibt enorm – doch der Nutzen für die Forschung ist unbestreitbar.

Superrechner Fugaku: Eine neue Ära der Simulationen

Grundlage für diesen Erfolg bildete die außergewöhnliche Rechenleistung von Fugaku, einem der leistungsfähigsten Supercomputer weltweit. Professor Tadashi Yamazaki betont, dass diese Technologie nicht nur in Bereichen wie Astronomie oder Medikamentenentwicklung eingesetzt wird, sondern diesmal eine neuronale Simulation ganz neuen Ausmaßes ermöglichte. Konkret wurden neun Millionen virtuelle Neuronen sowie rund sechsundzwanzig Milliarden Synapsen modelliert und innerhalb von 86 eng vernetzten Hirnregionen dargestellt – beeindruckende Zahlen, wenn man bedenkt, dass das gesamte Mausgehirn etwa 70 Millionen Neuronen umfasst und kaum größer als eine Mandel ist.

Detaillierte Einblicke und neue Forschungsansätze

Die Wissenschaftler profitieren nun von einem Werkzeug, das es erlaubt, neuronale Interaktionen dreidimensional und dynamisch zu beobachten. Untersuchungen wie die Ausbreitung epileptischer Anfälle oder das Verständnis der Rolle von Gehirnwellen bei Aufmerksamkeit werden so ohne invasive Eingriffe möglich. Um die gewaltigen Datenmengen effizient zu analysieren, entwickelten die Forscher eigens eine innovative Software zur Signalverarbeitung. Mehrere Faktoren erklären diese Entscheidung:

• Bessere Analyse der Kommunikation zwischen den beiden Hemisphären des Gehirns;
• Möglichkeit, verschiedene Hypothesen zu neurologischen Störungen gezielt zu testen.

Zukunftsperspektiven: Das menschliche Gehirn als nächstes Ziel?

Der internationale Wissenschaftsdiskurs bewertet dieses Projekt bereits als entscheidende Weichenstellung für künftige Großprojekte in der Hirnforschung. Laut dem Forscher Anton Arkhipov eröffnet die Fähigkeit zur vollständigen Modellsimulation ganzer Gehirne – zumindest mit genügend Computerressourcen – eine echte Perspektive für die digitale Nachbildung des menschlichen Gehirns. Jeder Fortschritt auf diesem Gebiet bringt Forscher näher an ein vertieftes Verständnis sowohl normaler als auch krankhafter Prozesse im komplexesten Organ unseres Körpers heran.