Future and Emerging Technologies Flagship Initiative: Gehirn und Graphen

Offiziell werden sie erst am Montagmorgen in Brüssel bekannt gegeben, doch die Gewinner des größten europäischen Wissenschaftswettbewerbs aller Zeiten stehen bereits fest: ein Projekt über das neue Material Graphen und eine Gruppe von Neurowissenschaftlern, die das menschliche Gehirn im Computer nachbauen wollen. Sie können nun auf jeweils bis zu eine Milliarde Euro von der EU hoffen. Forscher aus Deutschland sind an beiden Vorhaben beteiligt.

Die „Future and Emerging Technologies Flagship Initiative“ der EU-Kommission soll es Wissenschaftlern ermöglichen, zwei besonders ambitionierte Forschungsziele langfristig zu verfolgen. Europäische Forscher waren aufgerufen, visionäre Projekte einzureichen. Unter den 30 Kandidaten waren auch unorthodoxe Vorhaben wie „Matrix redone“, das, inspiriert vom Science-Fiction-Film „Matrix“, eine virtuelle Realität schaffen wollte, in der Menschen neue Fähigkeiten wie Motorradfahren lernen können. Sechs Projekte, in denen es unter anderem um Roboter und Sensoren ging, waren 2011 in die letzte Runde gewählt worden. Diese Projekte erhielten jeweils 1,5 Millionen Euro, um einen längeren Forschungsplan auszuarbeiten, der im vergangenen Jahr eingereicht werden musste.

Bereits vergangene Woche bestätigte ein Sprecher der EU-Kommission, dass nur noch vier Projekte im Rennen seien. Am Donnerstag bestätigten Mitarbeiter von zwei dieser Vorhaben, dass sie ebenfalls ausgeschieden sind. Somit bleiben nur noch die Projekte zu Graphen und dem menschlichen Gehirn.

Die beiden Gewinner müssen nun einen Vertrag mit der EU aushandeln. Vorgesehen ist zunächst eine Startphase von zweieinhalb Jahren, in der die beiden Projekte zusammen insgesamt 108 Millionen Euro erhalten sollen. Da auch die beteiligten Uni- und Industriepartner Geld beisteuern müssen, bedeute das etwa 70 Millionen Euro je Vorhaben, erklärt Jari Kinaret von der Chalmers-Universität Göteborg, der das Graphen-Projekt koordiniert. Hinterher soll das Geld auf bis zu 100 Millionen Euro pro Jahr ansteigen. Wie viel es wirklich wird, ist aber noch unklar, da die Mitgliedsstaaten die Hälfte beisteuern sollen.

Manche Forscher kritisieren die Megaförderung. Ein normales Forschungsvorhaben werde mit etwa 300 000 Euro gefördert, sagt etwa Peter König, Neurowissenschaftler an der Universität Osnabrück. „Niemand hat mir bisher erklären können, warum es eine gute Idee ist, 3000 gute Projekte durch einziges zu ersetzen.“ Doch Dirk Helbing, Leiter des gescheiterten FuturICT-Projekts, sagt, es sei gut, dass Europa den Mut zu der Initiative gehabt habe. „Wir freuen uns mit den Gewinnern.“

DAS ZWEITE GEHIRN

Mit dem „Human Brain Project“ hat ein umstrittenes Vorhaben das Rennen gemacht. Die einen finden die Idee des charismatischen Neurophysiologen Henry Markram von der Schweizer École polytechnique fédérale de Lausanne visionär, die anderen vermessen. „Das Gehirn zu verstehen, ist eine der größten Herausforderungen des 21. Jahrhunderts“, sagt er. Jedes Jahr erschienen in der Neurowissenschaft 60 000 Studien, alle zu einem anderen Detail. Um das große Ganze zu sehen, müsse man alle bisher verfügbaren Informationen in ein Computermodell einspeisen und so das Gehirn simulieren.

Das klingt einfach. Doch Jeffrey Lichtman von der Harvard-Universität hat errechnet, dass allein das Konnektom – das Abbild aller Verbindungen zwischen Milliarden Nervenzellen – 100 Mal so viele Daten umfasst wie derzeit auf den Servern von Google gespeichert sind. Und Markram will mehr. Er interessiert sich für alles: für die Gene, die das Gehirn beeinflussen, für die Ionenkanäle in den Zellmembranen, für kleine Nervenzellnetzwerke und die Prozesse, die beim Erinnern und Entscheiden ablaufen.

Eine Simulation des ganzen Gehirns müsste Schätzungen zufolge eine Datenflut von 10 hoch 18 Rechenoperationen pro Sekunde bewältigen. Das größere Problem jedoch dürften die Wissenslücken sein. Um die Einzelteile zu verbinden, werden die Forscher oft raten müssen. „Und die Anatomie zu erfassen, heißt nicht automatisch, das Gehirn zu verstehen“, sagt Peter König von der Uni Osnabrück. „Die Struktur des Kleinhirns kennen wir zum Beispiel recht gut, aber die Funktion nicht.“

Doch Markram verspricht, mit dem Modell könne man künftig Erkrankungen wie Schizophrenie und Alzheimer besser verstehen. Es gebe neue Impulse für Schnittstellen zwischen Gehirn und Computer, für Robotik und Datenverarbeitung. Er hat sich Wissenschaftler verschiedenster Fachrichtungen aus etwa 100 Organisationen in der EU, der Schweiz, Israel und den USA ins Boot geholt. Darunter sind auch das Forschungszentrum Jülich, Forscher der Unis Heidelberg, Tübingen, München, Magdeburg und Dresden, der Mathematiker Frank Noé von der Freien Universität Berlin und Wolf Singer vom Frankfurt Institute for Advanced Studies.

Stuart Firstein, Neurowissenschaftler an der Columbia-Universität in New York, sieht zwei offene Fragen: Kann man mit einem Supercomputer das Gehirn besser verstehen? Und sind Großprojekte die beste Förderstrategie? Die erste Frage könne er nicht beantworten, Frage zwei dagegen schon: "Die Erfahrung hat gezeigt, dass eine Vielzahl kleiner, individueller Projekte einem Mammutprojekt oft überlegen ist. Die Strategie basiert weniger auf dem derzeitigen Stand des Wissens, sondern des Nichtwissens. Sie lässt Lücken zu und ist am Ende meist kreativer", sagt Firestein. "Wenn allerdings Bürokraten unbedingt viel Geld ausgeben wollen, dann freut es mich, wenn es in die Hirnforschung fließt."

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DER STOFF DER ZUKUNFT

Der zweite Gewinner im Wettbewerb um die Forschungsmillionen ist das „Graphene“-Konsortium. Die Wissenschaftler wollen den erst vor wenigen Jahren entdeckten Werkstoff Graphen zu vielen Anwendungen bringen: von revolutionärer Kommunikationstechnik über Energiespeicher, Leichtbau in der Luftfahrt bis hin zu Bioimplantaten.

Graphen ist eine spezielle Form von Kohlenstoff. Die Atome sind dabei in einer wabenförmigen Struktur angeordnet. Das verleiht dem Material besondere elektronische und mechanische Eigenschaften. Die Forscher erwarten nicht weniger als eine „Revolution in der Informations- und Kommunikationstechnik“, wie es in der Bewerbung heißt. In Kleidung integrierte Elektronik und aufrollbare Computer mit Touchscreens sind demnach erst der Anfang. „Ich will mich nicht festlegen, aber ich glaube, dass wir solche Anwendungen in zehn Jahren haben könnten“, sagt Stephan Roche, Nanoforscher aus Barcelona und einer der führenden Köpfe des Projekts.

Dazu gehört auch Daniel Neumaier von der AMO GmbH in Aachen. Sollte das Forschungsgeld tatsächlich an das Konsortium gehen, werde man dort vor allem die Hochfrequenztechnik vorantreiben, sagt der Physiker. Sie sei der Schlüssel, um langfristig immer größere Datenmengen zu übertragen. Dafür sind Bauteile nötig, die extrem schnell schalten können, mehrere Milliarden Mal pro Sekunde. „Konventionelle Halbleitertechnik stößt da bald an ihre physikalischen Grenzen“, sagt Neumaier. In Graphen hingegen können sich Elektronen schneller bewegen, damit sind noch kürzere Schaltzeiten möglich.

Neben der AMO seien elf weitere Partner aus Deutschland an dem Projekt beteiligt, berichtet er. Darunter die RWTH Aachen, die Universitäten in Dresden, Chemnitz, Regensburg, Freiburg sowie die Max-Planck-Gesellschaft.

Allerdings sind auch andere Länder in der Graphenforschung aktiv. Darauf weist Roche hin. Die USA und Korea unternähmen viel auf diesem Gebiet, aber bei Weitem nicht in dem Umfang wie Europa, meint er. „Ich bin superoptimistisch, dass wir weltweit führend sein werden.“