"Dann wäre ein alter Traum der KI erfüllt"

Das "Blue Brain"-Projekt arbeitet daran, 10.000 verschaltete Neuronen mit 50 Millionen Synapsen in einem Rechner zu simulieren. Technology Review sprach mit dem Physiker Felix Schürmann, der die Blue-Brain-Projektgruppe am Polytechnikum Lausanne leitet, über den aktuellen Stand des Projektes.

TR: Als wir das Blue-Brain-Projekt im vergangenen Herbst besucht haben, klang der Zeitplan sehr optimistisch: Möglicherweise gebe es noch 2007 die erste Simulation einer kortikalen Kolumne mit 10.000 Nervenzellen, die biologisch realistisch ist. Nun scheint das alles doch nicht so schnell zu gehen. Wie ist der Stand der Dinge?

Felix Schürmann: Der Stand der Dinge ist, dass wir tatsächlich Ende 2005 die erste Simulation mit 10.000 Nervenzellen laufen hatten. Wir haben seit April 2006 eine erste neurowissenschaftliche Präsentation dieser Simulation in Barcelona vorgenommen. Und wir sind jetzt mitten im Refinement-Prozess dieser biologischen Exakheit.

TR: Wie genau ist denn das Modell im Moment? Kann man das überhaupt kurz zusammenfassen?

Felix Schürmann: Wir wissen natürlich sehr genau, was wir reinstecken und was wir nicht reinstecken. Wir verwenden momentan eine Art Version 1.0 - in Bezug darauf, welche Zelltypen und welche elektrophysiologischen Klassifizierungen. Das ist ein erster Ansatz. Unser Circuit erfüllt beispielsweise noch nicht die kompletten morphometrischen Statistiken, das heißt, wir haben noch nicht genügend Konnektivität zwischen bestimmten Nervenzellen. Das liegt daran, dass der iterative Algorithmus, der die Nervenzellen so lange verschiebt, bis das Richtige herauskommt, noch nicht wie gewünscht funktioniert. Da wissen wir also, was wir wollen - wir kriegen es aber noch nicht.

Und wir haben eine sehr klare Agenda, wie wir die elektrischen Modelle unserer Nervenzellen verfeinern wollen. Momentan simulieren wir zwar die komplette Morphologie der Nervenzellen, allerdings sind die aktiven Teile - die Ionenkanäle - momentan nur im Zellkörper.

Wir publizieren jetzt am 12.Juli auf der FENS-Konferenz (Foundation of European Neurosciences, die Red.) in Wien die erste Variante mit den "soma centric"-Modellen. Parallel dazu arbeiten wir daran, wie wir das über die Dendriten verteilen. Und wir haben Ionenkanal-Daten von verschiedenen anderen Labs bekommen. Allerdings sind die nicht besonders konsistent, das heißt, wir starten gerade das nächste Projekt, in dem wir diese ganzen Messungen noch mal machen. Das hoffen wir, bis November abgeschlossen haben - dann können wir das Modell der Neuronenkanäle weiter verfeinern.

Was allerdings wirklich noch fehlt, ist ein Algorithmus, der entscheidet, warum welche Nervenzelle mit einer anderen Zelle verbunden ist - und das nicht nur rein geometrisch. Diesen Algorithmus haben wir zwar im Kopf, aber der muss noch umgesetzt werden. Und dann wird man sehen, ob das reicht. Ich glaube, wir sind relativ gut im Zeitplan, aber je mehr man reinsteckt, desto mehr Wünsche kommen auch auf. Selbst wenn wir also bis Ende des Jahres das, was ich hier beschrieben habe, auch realisiert haben, kommen die Neurowissenschaftler und fragen: Was ist mit den Neuromodulatoren?

TR: Wie ist denn die Reaktion aus der Community der Neurowissenschaften auf dieses Projekt?

Felix Schürmann: Die ist sehr unterschiedlich. Es gab schon erste Reaktionen, bevor wir überhaupt angefangen haben. Und das reicht von "dieses Projekt muss zwangsläufig scheitern" bis hin zu "es wird wirklich Zeit, das zu tun". Nach der Konferenz in Barcelona waren aber recht ermutigend. Und es wird jetzt sehr spannend in Wien. Wir wissen, dass man die Ergebnisse unserer Netzwerksimulation jetzt nicht auf die Goldwaage legen darf. Das heißt, wir müssen die Grundlagen etablieren. Wir müssen die Community überzeugen, dass all das, was in unsere einzelnen Modelle einfließt - für die Ionenkanäle, für die Zelltypen, die Art und Weise, wie wir die Verbindungen setzen - dass all das akzeptiert wird. Ende diesen Jahres wollen wir diese technischen Grundlagen publiziert haben, so dass man dann anfangen kann, Fragen zu stellen und diskutieren.

TR: Ist es schwierig, an genügend experimentelle Daten zu kommen?

Felix Schürmann: Das kommt ein bisschen auf die Art der Daten an. Von den Daten zu den Ionenkanälen haben wir eigentlich gedacht, das wäre Standard. Wenn man die Daten aber zum ersten mal alle an einem Ort zusammenführt, merkt man, dass sie vielleicht doch nicht hinreichend genau sind. Ich will damit nicht diesen Wissenschaftszweig diskreditieren, aber viele Daten sind nur noch aus Sekundärpublikationen ablesbar - die Primärdaten sind nicht zu bekommen. Und wenn ich auf einer DIN-A4-Seite 16 Plots habe, dann sind die Daten nur schwer zu rekonstruieren.

TR: Wenn man das Modell jetzt weiter verfeinert, wird dann die Rechenleistung irgendwann nicht mehr ausreichen?

Felix Schürmann: Wenn wir über die Replika auf zellulärer Ebene reden, dann wird uns die Verfeinerung der Modelle nicht in Schwierigkeiten bringen. Wenn man das mit molekularen Mechanismen machen will, ist man in einer ganz anderen Problemklasse.

Schwierig könnte es auch werden, wenn die Paralellisierung nicht mehr so gut funktioniert, wie jetzt. Momentan haben wir ganze Nervenzellen auf einem Prozessor. Und wir können relativ viel Zeit damit verbringen, die Gleichungen zu integrieren, bevor die Zellen kommunizieren müssen. Wenn wir Mechanismen einbauen, mit denen das anders ist, müssen wir von dem Ziel der Simulation in Echtzeit abweichen. Was aber auch akzeptabel ist. Je nach dem, was man sich ansieht, simuliert man Zeiträume von Minuten oder Sekunden. Wenn man sich allerdings Jahre angucken will - das fällt unter Developmental Biology -, dann wird das schwierig.

TR: Läuft die Simulation denn jetzt in Echtzeit?

Felix Schürmann: Nein, das tut sie nicht. Wir haben das erste Jahr dazu verwendet, das Tool Chain aufzusetzen und gehen jetzt an die Optimierung.

Wir haben ja nun in diesem Jahr das Jubiläum, 50 Jahre künstliche Intelligenz. Wenn es funktionieren würde, ein komplettes Gehirn zu simulieren, wäre damit ja ein alter Traum der KI erfüllt. Kann man davon ausgehen, das dieses Gehirn eine Art Bewusstsein hat?

Felix Schürmann: Natürlich kommt diese Diskussion bei uns an. Wir haben auch viele Anfragen, die sich darum Sorgen machen - das ist auch alles ernst zu nehmen. Die Frage ist aber: Wenn man eine Atombombe simuliert, hat man dann eine nukleare Explosion. Die Frage ist sicherlich nicht geklärt. Darüber müssen wir noch viel diskutieren. Aber die Schritte dahin sind noch sehr groß. Und was man auf dem Weg dahin lernt, ist so vielfältig, dass es sich auf jeden Fall lohnt.

TR: Fühlen Sie sich eigentlich auf einer Tagung zu Supercomputing als Exot?

Felix Schürmann: Ich selber bin Physiker. Und ich würde sagen, dass die Zusammenarbeit von Neurowissenschaften und Computerwissenschaften die synergetischen Effekte weckt, die nötig sind, um diese großen Fragen der Menschheit zu lösen. Ich glaube, dass wir hier auf dieser Tagung sehr richtig sind. Denn nach dem, was ich von den anderen Gruppen hier gehört habe, sind die pragmatischen Probleme sehr ähnlich, ob man nun ein Flugzeug simuliert oder das Gehirn. Das mag vielleicht etwas ernüchternd wirken, aber tatsächlich haben wir einfach große HPC-Probleme zu lösen. Deswegen glaube ich, dass wir hier genauso richtig sind wie auf einem neurowissenschaftlichen Kongress. (nbo)