Neuronen in der menschlichen Großhirnrinde © Imre Vida
Uns interessiert, welche spezifischen Informationen sich diese Zellen gegenseitig zusenden. Jede einzelne ist quasi ein kleiner Minicomputer, der mit bis zu 10 000 weiteren Nervenzellen verbunden ist. Wir wollen herausfinden, nach welchen Regeln und Gesetzen die einströmenden Informationen verarbeitet und weitergeleitet werden. Wir beginnen zwar zu verstehen, wie die Milliarden von Neuronen im Gehirn feuern, wissen aber dennoch sehr wenig darüber, was sie sich eigentlich gegenseitig mitteilen. Das ist die wahre Terra Incognita der modernen Neurowissenschaft.
Wie funktioniert diese Informationsverarbeitung?
Dahinter steckt ein sehr komplexer Prozess, in dem jede einzelne Zelle entscheiden muss, wie sie die vielen eingehenden Informationen in die Ausgangssignale umwandelt, die sie weitergibt. An diesen Rechenfähigkeiten der einzelnen Neuronen habe ich ein ganz besonderes Interesse, denn sie bestimmen die Eigenschaften des gesamten großen Netzwerks der Nervenzellen.
Die sogenannten Pyramidneuronen in unserer Großhirnrinde haben besonders faszinierende Fähigkeiten. Wenn man die Rechenleistung dieser Zellen mit einem künstlichen neuronalen Netzwerk nachbilden würde, bräuchte man ein siebenschichtiges tiefes neuronales Netzwerk mit Tausenden Neuronen, um die Leistung von nur einer dieser Zellen abzubilden. In unserem Gehirn haben wir ungefähr zehn Milliarden dieser Superzellen.
Wenn Sie mein Gehirn mit dem Octapatch jetzt gerade messen würden – was würden Sie sehen?
Dafür bräuchten wir zunächst einmal ein kleines Stück Ihres Gehirns. Wir haben das Glück, das wir eng mit der klinischen Forschung und den Ärzt*innen der Charité zusammenarbeiten. Hier werden auch Epilepsie-Patient*innen behandelt, denen manchmal etwas Gehirngewebe operativ entfernt werden muss. Wenn die Patient*innen einverstanden sind und die Ethikkommission der Charité grünes Licht gegeben hat, dürfen wir dieses Gewebe für unsere Forschung nutzen.
Im Gehirn sind Millionen von Neuronen gleichzeitig aktiv. Diejenigen herauszufinden, die direkt miteinander verbunden sind, kann der berühmten Suche nach der Nadel im Heuhaufen gleichen. Aber wenn wir mehrere Zellen gleichzeitig messen – wie mit dem Octapatch – ist die Chance sehr hoch, dass wir viele Verbindungen zwischen einzelnen Neuronen finden.