Monteure des Denkens


NMR Aufnahme des GehirnsVon Hubertus Breuer auf Sueddeutsche.de

Unser Gehirn ist ein einzigartig komplexes Gebilde. Trotzdem versuchen Neuroinformatiker in aller Welt, die Schaltzentrale im Kopf nachzubauen – im Computer ebenso wie auf Platinen.
Es beginnt mit einem Ratespiel. Auf einem Laptop leuchtet ein weißer Bildausschnitt vor grauem Hintergrund. In die helle Fläche zeichnet Subutai Ahmad mit einer Maus ein Quadrat, setzt oben drauf ein T und hängt seitlich ein auf dem Rücken liegendes L an.
„Was ist das?“ fragt der Vizepräsident der kalifornischen Startup-Firma Numenta freundlich. Ein Milchtopf? Ein Wagenanhänger? Nichts von alledem. Ein Softwareprogramm gibt mit Säulen die Wahrscheinlichkeit an, welcher Kategorie von Objekten die Zeichnung angehört. Weit abgeschlagen: Hantel, Bus und Hut. Es gewinnt haushoch: der Hubschrauber.
Was wie ein Spiel aus der Computersteinzeit wirkt, soll in die Zukunft der Datenverarbeitung weisen. Hochleistungsrechner mögen perfekt Schach spielen oder Meteorologen helfen, das Wetter vorherzusagen. Doch die kinderleichte Aufgabe, eine Katze von einem Hund zu unterscheiden, ist für Maschinen nach wie vor eine knifflige Angelegenheit.
Der Mensch genießt den Vorteil eines parallel arbeitenden Gehirns – im Gegensatz zu den seriell rechnenden Computerprozessoren. „Rechner könnten zu unseren kognitiven Leistungen aufschließen“, sagt Ahmad, „wenn sich ihre Software an der Architektur unserer Großhirnrinde orientieren würde.“
Im Prinzip sei seiner Firma dies bereits mit der neuen Software gelungen. „Das Programm funktioniert wie das Gehirn. Womöglich verrät es uns sogar, wie wir denken – und markiert damit einen radikalen Neubeginn für die Computerindustrie“, so Ahmad.
Vollmundige Ankündigungen sind Dutzendware im Silicon Valley, dem Kreißsaal wie Friedhof ungezählter Hightech-Fantasien. Doch tatsächlich haben sich Neuroinformatiker in aller Welt längst daran gemacht, mithilfe von Software und Mikroprozessoren die Schaltzentrale im Kopf nachzubauen – allem voran den Neocortex, den Sitz auch ihres eigenen geistigen Vermögens. Sie entwickeln nicht nur neuronal inspirierte Computerprogramme, sie lassen das denkende Hirngewebe im Rechner virtuell leben und bauen gar Baustein für Baustein eine Hardware-Ausgabe der Großhirnrinde.

Tiefere Einsichten in die Hirnstruktur

Ihr Ziel sind nicht nur leistungsfähigere Computer, sondern auch tiefere Einsichten in die hochkomplexe Hirnstruktur, wo 100 Milliarden Nervenzellen mit jeweils bis zu 10.000 Synapsen verschaltet sind. Auch die Hoffnung, manches Geheimnis des Bewusstseins zu lüften, motiviert die Hirnbaumeister. Doch all die hehren Ambitionen in Ehren – die Disziplin des „Neuromorphing“ gleicht vorerst vor allem einer Baustelle.
Alles begann Ende der 1980er Jahre. Da lehnte die Universität Berkeley das mutige Vorhaben des Doktoranden Jeff Hawkins ab, ein Softwaremodell des Gehirns zu entwickeln. Der verabschiedete sich daraufhin ins Silicon Valley, wo er kurzerhand den Palm und das Smartphone Treo erfand. Die Startup-Firma Numenta ist das jüngste Unternehmen des mittlerweile 50-jährigen Geschäftsmanns, der sein altes Steckenpferd nun wiederentdeckt hat. Das Versprechen: Numenta entwickele einen Algorithmus, wie er auch die menschlichen kognitiven Fähigkeiten regiert.
Dabei folgt Hawkins einer Behauptung des Neurobiologen Vernon Mountcastle. Der hatte in den 1970er Jahren gesagt, die Nervenzellen in allen Arealen der Großhirnrinde seien in gleicher Weise angeordnet: horizontal in Schichten und vertikal in Säulen. Daraus folgerte er, dass sie womöglich überall demselben Algorithmus folgen. Was die Bereiche unterscheide, sei allein die in ihnen verarbeitete und gespeicherte Information.
Das neuronale Rechenverfahren erklärt sich Hawkins nun wie folgt: Das Denken -und auch Numentas Software- basiere auf Voraussagen, die aus Erinnerungen folgen. Die wiederum prägten sich dem Gehirn ein, indem die Hirnzellen Stufe für Stufe Eindrücke analysieren, bis aus dem Datenchaos der Sinneseindrücke und Empfindungen ein Muster gefiltert wird.
Die einmal gewonnenen Konzepte erlaubten, künftig bei ähnlichen Wahrnehmungen rasch Prognosen zu treffen. So könne ein Meteorologe aufgrund von Satellitenbeobachtungen leicht die Wettervorhersage formulieren – und Numentas Software erkennt nach fleißigem Training eine simplizistische Hubschrauberzeichnung.

Kein genaues Abbild des Gehirns

Uneingeschränkt begeistert ist jedoch nicht jeder. Bob Knight, Neurowissenschaftler an der Universität Berkeley, gesteht Hawkins zu, dass sein Vorschlag auf Anatomie und Physiologie basiere: „Aber was der Theorie fehlt, sind Details und experimentelle Beweise.“

Da beschwichtigt Ahmad: Numentas Software will kein genaues Abbild des Gehirns liefern. Es gehe vielmehr um ein vom Gehirn angeregtes Konstruktionsprinzip – vordringlich sei, dass die innovative Softwarearchitektur funktioniere.
Erste Erfolge kann Numenta durchaus vorweisen. Die Firma EDSA Micro in San Diego testet erste Versionen der Software für Kontrollsysteme, die Stromnetze überwachen, und der Rüstungskonzern Lockheed Martin nutzt die Technologie, um Satellitenbilder nach Objekten zu durchforsten – Briefkästen, Hydranten oder Mülltonnen zum Beispiel. Auf diesem Wege sollen soziale Veränderungen in einer Region erfasst werden.
Neuronal beflügelte Software an den Mann zu bringen, genügt jedoch nicht jedem Hirningenieur. Andere sind noch ambitionierter. Sie wollen das Gehirn akkurat nachbauen. Nicht, um ein „positronisches“ Denkorgan zu verwirklichen, wie das des im Jahr 2338 aktivierten Androiden Kapitänleutnant Data aus der Serie „Raumschiff Enterprise“. Die Neuschöpfung verspricht zunächst nur, das rätselhafte Neuronenpaket unter unserer Schädeldecke besser zu verstehen.
Das bisher aufwendigste Bauvorhaben findet sich im „Blue Brain Project“ an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Lausanne. Dort wollen Forscher unter Leitung des Biologen Henry Markram mithilfe jüngster neurobiologischer Erkenntnisse eine Digitalversion des Gehirns kreieren.

Wieder geht es um den Neocortex, den Sitz des geistigen Vermögens also. Genauer gesagt kümmern sich die Forscher um einen Grundbestandteil des Neocortex, eine aus Lagen von Hirnzellen bestehende Säule. Der Einfachheit halber stammt das Vorbild auch nicht vom Menschen, sondern aus der für das Körpergefühl zuständigen Hirnregion der Ratte.