Zoomposium mit Professorin Dr. Petra Ritter: „Die Simulation von Gehirnen“

In einer weiteren Folge in unserer „Zoomposium-Reihe“ zum Thema „Hirnforschung“ hatte mein Kollege Axel Stöcker vom „Blog der großen Fragen“ und ich die große Ehre und Freude mit der sehr bekannten und renommierten deutschen Medizinerin und Neurowissenschaftlerin Professorin Dr. Petra Ritter ein Interview führen zu dürfen.

In diesem  Zusammenhang wurde Frau Ritter zur einer Co-Gründerin und Leiterin des Co-Design-Projektes „The Virtual Brain„, das ein Bestandteil der European Open Science Cloud  (EOSC) ist und „eine Neuroinformatik-Plattform für die Simulation vollständiger Gehirnnetzwerke unter Verwendung biologisch realistischer Konnektivität“ darstellt. 

Sie ist federführend bei der Entwicklung einer virtuellen Forschungsumgebung als kollaborative Forschungsplattform für sensible Gesundheitsdaten und Leiterin der „deutschen nationalen Forschungsinfrastrukturinitiative Neurowissenschaften (NFDI-Neuroscince)“ und an der Entwicklung der „Health Data Cloud EBRAINS“ beteiligt.

Petra Ritter ist seit 2017 Johanna Quandt Professorin und Leiterin der Sektion für Gehirnsimulation an der Klinik für Neurologie mit Experimenteller Neurologie der Charité – Universitätsmedizin Berlin.

Dort sind Professorin Ritter und ihr Team mit der„Simulation von Gehirnen“ beschäftigt, wenn ich hierzu einmal aus Ihrer Webseite zitieren darf  (Hervorhebungen hinzugefügt):

„Groß angelegte Netzwerksimulationen auf Basis neuster Durchbrüche in der Computational Neuroscience revolutionieren die Diagnose und Therapie von Hirnerkrankungen wie Alzheimer, Hirnschlag und Epilepsie. Damit eröffnen die Hirnsimulationen den Zugang zu einer echten Individualmedizin. In groß angelegten Studien gehen Krankenhäuser rund um die Welt der Frage nach, wie sich Hirnsimulationen für den täglichen Umgang mit Erkrankungen nutzen lassen. Unsere Forschungsgruppe führt diese Entwicklung an und bietet Fachwissen, Tools und Ressourcen, mit denen sich Rohdaten aus der Bildgebung des Gehirns in virtuelle Patienten-„Avatare“ verwandeln lassen. Unser interdisziplinäres Spitzenteam stellt sich den Herausforderungen multimodaler Datenerfassung und -verarbeitung. Wir entwickeln umsetzbare, skalierbare Softwarelösungen und interpretieren Simulationsergebnisse. Unser Ziel ist die Weiterentwicklung von Hirnsimulationen zu eleganten, leistungsstarken und schlüsselfertigen Lösungen für eine Vielzahl von Anwendungsfällen, vom Einsatz in Kliniken bis zu Bildung und Unterhaltung.“ (https://www.bihealth.org/de/forschung/arbeitsgruppe/ag-ritter-gehirnsimulation)

Und genau zu diese Thematik wollten wir selbstverständlich Frau Ritter einmal genauer befragen, wozu wir folgende Interview-Fragen vorbereitet hatten:

Interviewfragen „Die Simulation von Gehirnen”:

1. Sehr geehrte Frau Ritter Sie beschäftigen sich zusammen mit Ihrem Team viel mit Computersimulationen des Gehirns, wobei Sie die empirischen Daten aus dem MRT, EEG, PET, Neurotransmitter-Konzentrationen mit mathematischen Modellen korrelieren um neuronale Prozesse im Gehirn nachzubilden.
● Hätten Sie aus unseren Gehirnscans verbunden mit der Messung der Dopamin-Ausschüttung ableiten können, dass wir uns sehr auf das Interview mit Ihnen freuen?
● Könnten Sie Ihre Arbeitsmethodik unseren Zuschauern zum besseren Verständnis einmal kurz
vorstellen.

2. Zur computergestützten Simulation und nicht-invasiven Aufklärung der komplexen, neuronalen Prozesse im Gehirn verwenden Sie aus meiner Sicht einen holistischen Ansatz in Ihrer Forschung, da Sie mehrere Nervenzellen als Gruppen-/Populationsmodell aufgrund ihrer Synchronität zur Nachbildung der „Brain Connectivity“ verwenden.
● Diese „top-down“-Methodik widerspricht ja zunächst einmal scheinbar dem alten „bottom-up“-Paradigma der kognitiven Neurowissenschaften, die immer von der Emergenz kognitiver Prozesse ausgingen. Könnte man hier vielleicht also von einem „Paradigmenwechsel“ sprechen?
● Inwiefern könnte die scheinbar vorhandene Synchronität von neuronalen Aktivitätsmustern in unterschiedlichen Gehirnarealen als Korrelationsstrukturen nicht auch ein Hinweis auf eine „self-organized criticality“ der Attraktoren in „power-laws-/scale-free-systems“ sein, die auf eine „balancierte Homöodynamik“ hindeuten?

3. Ihr Forschungsschwerpunkt liegt momentan im Bereich der Grundlagenforschung und der praktischen Anwendung für neurochirurgische Therapieformen und neurologische Diagnostiken. In diesem Zusammenhang haben Sie aber auch bereits „funktionelle Schaltkreise“ als „Plug-ins“ in den aus den empirischen Daten ermittelten, individuellen Gehirnmodellen „eingebaut“, um die Funktion des Arbeitsgedächtnisses oder den Prozess der Entscheidungsfindung im Gehirn besser zu verstehen. Hierbei hatte sich zum Beispiel eine „fluide Intelligenz“ als besonders vorteilhaft erwiesen.
● Ist es aus Ihrer Sicht in naher/ferner Zukunft möglich, ausgehend von diesen Computersimulationen, eine bessere Aufklärung zu den kognitiven Prozessen des Gehirns, wie das Denken oder das Bewusstsein zu erhalten oder wird dies auch zukünftig an der Komplexität des Problems scheitern?
● Kann man aus den Veränderungen in der „Rhythmik“ der Trajektoren im „Phasen-/Zustandsraum“ in den von Ihnen ermittelten mathematischen Modellen auch jetzt schon Rückschlüsse auf den dynamischen, prozessualen Aspekt von kognitiven Prozesse ziehen?

4. Das „Human Brain Project (HBP)“, zu dem auch das von Ihnen im Zusammenhang mit „EBRAINS “weiter entwickelte „Virtual Brain Project“ gehört, hat es ja bereits 2015 ein „Mikrokonnektom“ von 10 Millionen Neuronen generiert, um einen „Maus-Neocortex“ zu simulieren.
● Wird diese Forschung der „Gehirnsimulation in silico“ noch weiterverfolgt oder hat sich das Projekt mittlerweile mehr auf eine „Gehirnsimulation in virtual“ als Simulation in mathematischen Modellen verschoben?
● Gibt es hier vielleicht auch einen interdisziplinären Austausch mit der aktuellen KI-Forschung um eine leistungsstärkere „Artificial General Intelligence (AGI)“ zu erhalten?

5. Zum Schluss noch eine grundsätzliche Frage: Gesetzt den Fall es gelänge – mit welchem Ansatz auch immer – die Funktionen eines menschlichen Gehirns perfekt zu simulieren.

● Was würde dies bedeuten? Wäre damit auch das „Rätsel des Bewusstseins“ gelöst?                                                                            ● Hätte man gar einen „künstlichen Menschen“ geschaffen? Oder bleibt eine Simulation auch dann eine Simulation, wenn sie perfekt ist?

Das Interview ist auf unserem Youtube-Kanal „Zoomposium“ unter folgendem Link zu sehen:

https://youtu.be/XrTWh0n8yDY

© Dirk Boucsein (philosophies.de) & Axel Stöcker (die-grossen-fragen.com)