Das menschliche Gehirn im Supercomputer simuliert

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Erkenntnisse über das Gehirn öffnet der IT neue Wege

„Das Human Brain Project wird der gesamten Informationstechnologie einen großen Schub geben", sagt Prof. Thomas Lippert, Leiter des JSC und im Human Brain Project verantwortlich für das Höchstleistungsrechnen und die Konstruktion des zukünftigen Human Brain-Supercomputers, dessen Aufbau bis 2020 am JSC vorgesehen ist. Lippert: „Wir werden schnellere und leistungsstärkere Rechner entwickeln, um zunehmend detailliertere Modelle des Gehirns zu berechnen. Die neuen Erkenntnisse über die Funktion des Gehirns werden dann wiederum neue Wege in der Datenverarbeitung inspirieren.“

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Jülicher Instituts für Neurowissenschaften und Medizin (INM) werden im Bereich neurobiologische Grundlagen zu neuen Erkenntnissen beitragen, etwa über den Aufbau und die Arbeitsweise einzelner Nervenzellen beziehungsweise ganzer Nervenzellverbünde und großer Netzwerke. „Wir erstellen ein virtuelles menschliches Gehirn, in dem die räumliche Organisation von der Ebene des Moleküls bis zum komplexen Funktionssystem erfasst wird. Dieser multimodale Gehirnatlas wird das Navigationssystem des Human Brain Projects werden“, sagt Frau Prof. Katrin Amunts, Direktorin des Jülicher INM und im Human Brain Project Leiterin des Bereichs Multilevel Organisation of the Human Brain.

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Nervenfaserverläufe in Mausgehirnen, dargestellt mit der Methode des Polarized Light Imaging. In diesem Bild sind die Faserverläufe in einem einzelnen, dünnen Schnitt (70 µm Dicke) farbig hervorgehoben. Jedem gemessenen Verlauf wird eine Farbe zugeordnet.(Bild: Amunts, Axer et al./Forschungszentrum Jülich)

Einblick in das Innere einer 3D-Rekonstruktion eines menschlichen Gehirns. Die unterschiedlichen Farben zeigen verschiedene Verläufe von Nervenfaserbahnen an. Fasern sind die Grundlage von Netzwerken von Nervenzellen, die verschiedene Hirnfunktionen ermöglichen. Mit der am Jülicher Institut für Neurowissenschaften und Medizin (INM-1)entwickelten dreidimensionalen Polarisationsbildgebung (Polarized Light Imaging) ist es möglich, selbst kleinste Faserverbindungen (hier dargestellt als dreidimensionale Röhren oder tubes) mit bislang unerreichtem Detailreichtum sichtbar zu machen.(Bild: Amunts, Axer et al./Forschungszentrum Jülich)

Frau Prof. Katrin Amunts, Direktorin des Jülicher INM und im Human Brain Project Leiterin des Bereichs Multilevel Organisation of the Human Brain: „Wir erstellen ein virtuelles menschliches Gehirn, in dem die räumliche Organisation von der Ebene des Moleküls bis zum komplexen Funktionssystem erfasst wird. Dieser multimodale Gehirnatlas wird das Navigationssystem des Human Brain Projects werden.“(Bild: Forschungszentrum Jülich)

Prof. Markus Diesmann, Direktor des INM in Jülich, arbeitet an der Schnittstelle zwischen medizinischer Forschung und Simulationstechnologie(Forschungszentrum Jülich)

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Prof. Markus Diesmann, ebenfalls Direktor des INM in Jülich, arbeitet an der Schnittstelle zwischen medizinischer Forschung und Simulationstechnologie: „Wir untersuchen Prozesse im Gehirn, indem wir zum Beispiel vereinfachte Modelle der Nervenzellen entwickeln und ihre Aktivität und ihre Kommunikation untereinander simulieren. Im Vergleich mit experimentellen Daten können wir unsere Modelle zunehmend verfeinern und nähern uns immer mehr dem realen Netzwerk des Gehirns.“

Ziel der FET-Flagships ist es, Türen für neue Technologien aufzustoßen. Das sehen die Projektpartner für das Human Brain Project gegeben: Das virtuelle Modellgehirn soll es Medizinern künftig erleichtern, die Struktur und Arbeitsweise des gesunden, aber auch des erkrankten Gehirns zu verstehen sowie neue Medikamente zu entwickeln und zu testen. Auch die Robotik und das sogenannte Neuromorphic Computing sollen von der Simulation des Gehirns profitieren. Und es kann Vorbild für extrem leistungsstarke und energieeffizient arbeitende Computer der Zukunft werden: Denn das Gehirn benötigt für hochkomplexe Informationsübertragungen und -verarbeitungen weniger Energie als eine 60-W-Glühbirne.

Artikelfiles und Artikellinks

Link: Der 5-Petaflops/s-Rechner JUQUEEN

Link: So soll das menschliche Gehirn modelliert werden

Link: Das Human Brain Project

Link: Lese-Tipp: Eine Million ARM-CPUs sollen menschliches Gehirn simulieren

Link: Lese-Tipp: Wie IBM das menschliche Gehirn in einem Chip nachbauen will

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Stand: 08.12.2025

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