Virtuelles Gehirn kann zu einem echten Fortschritt bei Alzheimer führen

Ein ausgeklügeltes virtuelles Gehirn kann Wissenschaftlern dabei helfen, Behandlungen für reale Gehirnstörungen wie Alzheimer und Parkinson zu finden. Obwohl es wie die Handlung für einen Science-Fiction-Film klingt, war es tatsächlich das Thema einer faszinierenden Präsentation beim Treffen der American Association for the Advancement of Science (AAAS) 2014, das im Februar in Chicago stattfand.

Terrence Stewart, Postdoktorand am Zentrum für Theoretische Neurowissenschaften der Universität Waterloo in Kanada, hielt einen Vortrag über Computersimulation des gesamten Gehirns als Werkzeug für die medizinische Forschung. Stewart ist Projektmanager für Spaun (Semantic Pointer Architecture Unified Network), ein Computermodell, das Neuronenzündungsmuster im menschlichen Gehirn nachahmt.

Ein Gehirn, das durch Rechenleistung erzeugt wird

Spaun kann denken, sich erinnern, sehen und sogar mit einem mechanischen Arm zeichnen. Verglichen mit dem Gehirn in deinem Kopf ist Spaun jedoch noch primitiv. Stewart sagte, es habe 2,5 Millionen Neuronen, 60 Milliarden Synapsen und 30 verschiedene Bereiche. Das ist weit weniger als die 100.000 Millionen Neuronen, 100.000 Milliarden Synapsen und mehr als 1.000 verschiedene Bereiche im menschlichen Gehirn.

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Doch im Vergleich zu anderen Computermodellen des menschlichen Gehirns ist Spaun gut aufgestellt. Obwohl es größere neurale Simulationen gab, sticht Spaun hervor, um zu zeigen, wie komplexe Gehirnaktivität tatsächlich zu komplexem Verhalten führt.

Spaun kann eine Vielzahl von Aufgaben ausführen, vom Kopieren menschlicher Handschriften bis zum Auffinden versteckter Muster in einer Zahlenliste. Aber der wahre Wert von Spaun liegt vielleicht nicht in seinen Fähigkeiten, sondern in seinen Macken und Fehlern. Laut Stewart ist Spaun mehr wie das echte Ding als andere virtuelle Gehirne, weil es Fehler macht und seine Fähigkeiten genauso verliert wie die Menschen.

Kann ein virtuelles Gehirn Demenz entwickeln?

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Stewart und seine Kollegen haben bereits Fortschritte bei der Simulation der Fehlfunktionen des Gehirns gemacht, die der Huntington-Krankheit und der Parkinson-Krankheit zugrunde liegen. Um die durch Huntington verursachten Bewegungsprobleme nachzuahmen, beschädigten Forscher beispielsweise Teile des virtuellen Gehirns, die von der realen Krankheit betroffen wären. Die resultierenden Fehler, die durch das virtuelle Gehirn verursacht wurden, ähnelten Fehlern beim Erreichen des Verhaltens von Menschen mit Huntington.

Das Spaun-Team nutzt sein Modell auch, um den mit dem Altern verbundenen kognitiven Verfall zu untersuchen. Andere Forschungen haben gezeigt, dass sich sowohl das körperliche Gehirn als auch die Verhaltensleistung der Menschen bei kognitiven Tests im späteren Leben verschlechtern können. Was fehlt, ist eine klare Erklärung dafür, wie man zum anderen führt. Stewart und seine Kollegen hoffen, durch die Modellierung des Alterungsprozesses mit Spaun einige Antworten geben zu können.

Als nächstes, sagte Stewart, ist Alzheimer-Krankheit. Stewart und seine Kollegen hoffen, die Auswirkungen dieser Störung zu simulieren, indem sie ihr virtuelles Gehirn mit einem Hippocampus-Teil des Gehirns ausstatten, der für die Bildung von Erinnerungen wesentlich ist und durch Alzheimer geschädigt wird. Dann machen sie sich daran, ihrem Gehirn eine virtuelle Demenz zu geben, damit sie ihre Ursachen und Behandlung untersuchen können.

Virtuelle Gehirne und reale Neurologie

Ein Ziel dieser Art von ausgefeilter Computermodellierung ist es, den Forschern zu zeigen, wie Fehlzündungen einzelner Neuronen den Krankheitsprozess bei neurologischen Störungen beeinflussen können. Letztendlich könnte dies zu gezielteren Therapien führen.

Mit zukünftigen Verfeinerungen könnte das virtuelle Gehirn eines Tages von Forschern verwendet werden, um zu untersuchen, wie neue Medikamente die menschliche Leistungsfähigkeit bei kognitiven Tests beeinflussen, bevor sie die Drogen einem lebenden Tier oder einer lebenden Person geben. Zum Beispiel könnte das virtuelle Gehirn möglicherweise beim ersten Testen eines neuen Alzheimer-Medikaments verwendet werden, um vorherzusagen, wie es das menschliche Gedächtnis beeinflusst.

Stewarts Präsentation war nur eine von mehreren Vorträgen auf der AAAS-Tagung, die sich mit der Virtualisierung des menschlichen Körpers befassten. Andere Vorträge beschäftigten sich beispielsweise mit Computermodellen der Leber und des Hüftgelenks. Aber die Schaffung eines funktionellen Modells des dysfunktionalen Gehirns kann die ultimative Herausforderung sein. Auf lange Sicht kann es auch einige der größten Belohnungen liefern.

Linda Wasmer Andrews – eine Autorin, die sich auf Gesundheit, Medizin und Psychologie spezialisiert hat – ist gerade von der Berichterstattung über das AAAS-Treffen zurückgekehrt. Folge ihr auf Twitter und Facebook .