In einem abgedunkelten Raum am Rande des Frankfurter Riedbergs beugt sich eine junge Wissenschaftlerin über einen Monitor, auf dem sich ein Gewirr aus Linien ausbreitet, das an ein überbelichtetes Foto von nächtlichen Autobahnen aus der Stratosphäre erinnert. Es ist still, nur das leise Surren der Kühlaggregate durchbricht die Konzentration. Was sie dort betrachtet, ist kein Satellitenbild, sondern ein winziger Ausschnitt aus dem Neocortex einer Maus, eine Momentaufnahme aus dem Max Planck Institut für Hirnforschung, die versucht, das Unfassbare greifbar zu machen. Jede dieser Linien ist ein Axon, ein fadenförmiger Fortsatz einer Nervenzelle, der verzweifelt versucht, eine Verbindung zu einem Nachbarn aufzubauen. In diesem Moment wird deutlich, dass die Suche nach dem Bewusstsein nicht in philosophischen Texten, sondern in der mühsamen Rekonstruktion dieser biologischen Schaltpläne stattfindet.
Diese Arbeit gleicht dem Versuch, das Internet zu kartografieren, indem man jedes einzelne Kabel in jedem Haus auf der ganzen Welt händisch nachzeichnet. Es geht um Dimensionen, die das menschliche Vorstellungsvermögen sprengen. Ein Kubikmillimeter Gehirngewebe enthält so viele Daten, dass herkömmliche Festplatten unter der Last kollabieren würden. Die Forscher in Frankfurt haben es sich zur Aufgabe gemacht, nicht nur die Architektur zu verstehen, sondern die Regeln zu entschlüsseln, nach denen diese Architektur sich selbst errichtet. Es ist eine Suche nach der Grammatik des Denkens, die tief im feuchten Dunkel unserer Schädelknochen verborgen liegt. Für eine weitere Betrachtung, entdecken Sie: diesen verwandten Artikel.
Wenn man durch die gläsernen Flure des Instituts geht, spürt man eine eigentümliche Spannung zwischen der klinischen Reinheit der Labore und der chaotischen Komplexität des Forschungsgegenstandes. Hier wird mit Elektronenmikroskopen gearbeitet, die Schnitte verarbeiten, die tausendmal dünner sind als ein menschliches Haar. Jeder Schnitt ist eine Seite in einem Buch, das wir gerade erst zu buchstabieren lernen. Die Wissenschaftler wissen, dass sie vielleicht niemals das ganze Werk lesen werden, aber sie sind besessen von der Präzision jeder einzelnen Silbe.
Die Stille zwischen den Synapsen im Max Planck Institut für Hirnforschung
Es herrscht eine besondere Demut in diesen Hallen. Wer sich tagtäglich mit den physikalischen Grundlagen der Wahrnehmung beschäftigt, verliert schnell den Hochmut gegenüber dem, was wir als Ich bezeichnen. Gilles Laurent, einer der Direktoren, beobachtet seit Jahren, wie sich die neuronalen Muster bei Reptilien während des Schlafs verändern. Es ist eine faszinierende Vorstellung: Während eine Echse ruht, feuern ihre Neuronen in Rhythmen, die den unseren verblüffend ähnlich sind. Vielleicht träumt die Echse von der Wärme eines Steins, so wie wir von fernen Orten träumen. Diese Erkenntnis rückt den Menschen weg vom Podest der Einzigartigkeit und fügt ihn ein in ein weites Spektrum biologischer Rechenleistung. Weitere Analysen zu diesem Thema wurden von Netzwelt veröffentlicht.
Die technischen Hürden sind gigantisch. Um ein einziges Konnektom, also die Gesamtheit aller Verbindungen in einem Nervensystem, darzustellen, bedarf es einer Allianz aus Biologie, Physik und Informatik. Die Datenmengen sind so gewaltig, dass künstliche Intelligenzen darauf trainiert werden müssen, die Pfade der Nervenfasern in den mikroskopischen Aufnahmen zu erkennen. Doch selbst die klügsten Algorithmen scheitern manchmal an der Mehrdeutigkeit der Natur. Dann müssen Menschen eingreifen, Studenten und Freiwillige, die stundenlang am Bildschirm sitzen und Linien korrigieren, die eine Maschine falsch gedeutet hat. Es ist eine Form von digitaler Handarbeit im Dienste der Erkenntnis.
Manchmal fragen Besucher, warum dieser Aufwand betrieben wird. Die Antwort liegt oft in der Stille eines Patientenzimmers, weit entfernt von Frankfurt. Wenn ein Gehirn beginnt, sich gegen sich selbst zu wenden, wenn die Brücken der Erinnerung bei Alzheimer-Patienten einstürzen oder die Schaltkreise bei Schizophrenie in falsche Schwingungen geraten, dann merken wir, wie wenig wir eigentlich wissen. Wir versuchen, einen Motor zu reparieren, ohne den Bauplan zu besitzen. Die Arbeit im Institut ist die Erstellung dieses Bauplans, Stein für Stein, Kontaktstelle für Kontaktstelle.
Die Dynamik der Veränderung
Das Gehirn ist kein starres Gebilde. Es ist eher wie ein Fluss, der ständig sein Bett verändert. Moritz Helmstaedter, ein weiterer führender Kopf am Institut, erforscht diese Plastizität. Er will wissen, wie Erfahrung physische Spuren hinterlässt. Wenn wir etwas Neues lernen, verändert sich die Dichte der Synapsen. Das Gehirn baut sich buchstäblich um. Es ist diese Fähigkeit zur ständigen Erneuerung, die uns zu dem macht, was wir sind. Ein Kind, das zum ersten Mal eine Sprache hört, ein Musiker, der ein Stück verinnerlicht – all das sind strukturelle Umbaumaßnahmen im Inneren.
In den Aquarien des Instituts schwimmen Zebrafische, deren Körper fast transparent sind. Unter dem Mikroskop kann man zusehen, wie ihr Gehirn in Echtzeit leuchtet, wenn sie auf Reize reagieren. Es ist ein Ballett aus Lichtimpulsen. Ein Fisch sieht eine Beute, und eine bestimmte Kaskade von Zellen antwortet mit einem rhythmischen Blinken. In diesem Moment sieht man den Gedanken bei der Arbeit. Es ist eine Schönheit, die fast schon religiöse Züge trägt, obwohl sie rein mechanisch begründet ist. Hier wird die Grenze zwischen Materie und Geist so dünn, dass sie fast verschwindet.
Die Komplexität ist jedoch nicht nur ein technisches Problem. Es ist ein konzeptionelles. Wie bündelt man die Aktivität von Milliarden Zellen zu einem einzigen Gefühl der Freude oder des Schmerzes? Die Forscher nutzen mathematische Modelle, um diese kollektiven Zustände zu beschreiben. Sie suchen nach Mustern in der Kakofonie. Es ist, als würde man versuchen, die Melodie eines Orchesters zu verstehen, indem man das Vibrieren jeder einzelnen Saite analysiert. Manchmal verliert man dabei den Blick für das Ganze, aber ohne die Einzelanalyse bleibt das Ganze ein Mysterium.
Die Architekten des Bewusstseins
Die Geschichte der Hirnforschung in Deutschland ist lang und oft schmerzhaft mit der dunklen Geschichte des 20. Jahrhunderts verwoben. Das heutige Max Planck Institut für Hirnforschung steht jedoch für einen radikalen Neuanfang, für eine internationale, offene Wissenschaftskultur. Forscher aus aller Welt kommen hierher, getrieben von derselben Neugier, die schon die frühen Anatomen des 19. Jahrhunderts antrieb, aber bewaffnet mit Werkzeugen, von denen jene nicht einmal zu träumen wagten. Es ist eine Gemeinschaft von Suchenden, die wissen, dass sie auf den Schultern von Riesen stehen und dennoch in völlig neue Abgründe blicken.
Erin Schuman, die ebenfalls eine Abteilung leitet, konzentriert sich auf die molekularen Vorgänge an den Synapsen. Sie entdeckte, dass Nervenzellen eine Art dezentrale Logistik betreiben. Anstatt alle Proteine im Zentrum der Zelle herzustellen und mühsam nach außen zu transportieren, besitzen die weit entfernten Enden der Nervenfasern ihre eigenen kleinen Fabriken. Das erlaubt dem Gehirn, blitzschnell auf lokale Veränderungen zu reagieren. Es ist ein System von unglaublicher Effizienz und Eleganz. Wenn wir uns an den Duft von frisch gemähtem Gras erinnern, arbeiten genau diese kleinen Fabriken auf Hochtouren, um die Verbindung zu dieser Erinnerung zu festigen.
Diese Entdeckungen verändern unser Bild vom Körper. Wir sind keine zentral gesteuerten Maschinen, sondern eher wie ein hochgradig vernetzter Schwarm. Jede Zelle hat eine gewisse Autonomie, und doch entsteht aus ihrem Zusammenspiel etwas, das weit über die Summe der Teile hinausgeht. Die Arbeit in Frankfurt zeigt uns, dass Intelligenz keine Eigenschaft eines einzelnen Ortes im Kopf ist, sondern eine Eigenschaft des Netzwerks. Es ist die Architektur der Beziehungen, die den Unterschied macht.
In den späten Abendstunden, wenn die meisten Mitarbeiter das Gebäude verlassen haben, brennen in einigen Büros noch Lichter. Wissenschaft ist kein Job, den man um fünf Uhr ablegt. Wer versucht, das Rätsel des menschlichen Geistes zu lösen, nimmt die Fragen mit nach Hause. Man sieht sie manchmal in der Cafeteria sitzen, wie sie mit den Händen Formen in die Luft zeichnen, um die Krümmung einer Dendritenverzweigung zu erklären. Es ist eine Sprache, die Außenstehenden fremd erscheinen mag, aber sie beschreibt die intimste Realität, die wir besitzen: unser Erleben.
Die Herausforderung besteht darin, die Distanz zwischen dem Molekül und dem Gedanken zu überbrücken. Man kann die Chemie einer Träne erklären, aber damit hat man den Kummer noch nicht verstanden. Die Forscher wissen um diese Lücke. Sie sind keine Reduktionisten, die behaupten, der Mensch sei nur ein Haufen Zellen. Sie sind eher wie Entdecker, die einen neuen Kontinent vermessen. Sie wissen, dass die Karte nicht das Territorium ist, aber ohne Karte verläuft man sich unweigerlich in den Wäldern der Spekulation.
Es gibt Momente der Frustration, wenn Experimente über Monate hinweg keine klaren Ergebnisse liefern. Die Biologie ist widerspenstig. Zellen sterben ab, Mikroskope verstellen sich, Daten korrumpieren. Doch dann gibt es diese seltenen Augenblicke der Klarheit. Ein neues Muster wird sichtbar, eine statistische Abweichung entpuppt sich als bahnbrechende Gesetzmäßigkeit. In diesen Momenten herrscht im Institut eine fast elektrisierende Stille. Es ist das Geräusch einer Grenze, die ein Stück weiter nach außen verschoben wird.
Der Blick in die Zukunft ist geprägt von einer Mischung aus Optimismus und Realismus. Wir werden in absehbarer Zeit keinen Computer bauen können, der ein menschliches Gehirn eins zu eins simuliert. Die Komplexität ist zu hoch, der Energieverbrauch eines biologischen Systems zu effizient. Aber wir beginnen zu verstehen, wie wir lernen können, Maschinen zu bauen, die dem biologischen Vorbild nachempfunden sind. Die Neuroinformatik zieht ihre Inspiration direkt aus den Beobachtungen, die in den Laboren gemacht werden. Die Grenzen zwischen Biologie und Technologie verschwimmen zusehends.
Letztlich geht es bei der Arbeit in diesem Haus um Selbsterkenntnis. Jeder Blick durch das Mikroskop ist auch ein Blick in den Spiegel. Wir versuchen zu verstehen, warum wir lieben, warum wir vergessen und wie wir die Welt um uns herum konstruieren. Das Gehirn ist das einzige Organ, das versucht, sich selbst zu begreifen. Es ist ein paradoxer Kreislauf, eine Schlange, die sich in den Schwanz beißt. Und doch ist es die edelste Aufgabe, die wir uns stellen können.
Wenn die junge Wissenschaftlerin schließlich ihren Monitor ausschaltet und das Gebäude verlässt, nimmt sie ein Stück dieses Rätsels mit hinaus in die kühle Frankfurter Nacht. Draußen leuchten die Lichter der Stadt, ein weiteres Netzwerk aus Verbindungen und Impulsen. Sie weiß, dass irgendwo in ihrem eigenen Kopf in diesem Moment Billionen von Synapsen feuern, um den Weg zum Auto zu finden, den Schlüssel zu drehen und den Tag Revue passieren zu lassen. Es ist ein Wunder, das so alltäglich ist, dass wir es meistens ignorieren. Aber hier, hinter den Glasfassaden, wird dieses Wunder ernst genommen, vermessen und mit einer fast zärtlichen Präzision geehrt.
Die Daten des Tages sind gespeichert, die Proben liegen sicher in den Kühlkammern, und für ein paar Stunden ruht die Suche. Aber die Schaltkreise hören niemals auf zu arbeiten. Sie weben weiter an dem Teppich aus Wahrnehmung und Sein, der uns durch das Leben trägt, während wir schlafen und während wir träumen, genau wie die Echsen in den Laboren. Es ist ein fortwährender Prozess, ein unendliches Gespräch zwischen Milliarden von Zellen, das erst endet, wenn das Licht endgültig erlischt.
An der Wand im Eingangsbereich hängt eine schematische Darstellung eines Neurons, groß und stolz wie ein Stammbaum. Es ist ein Symbol für die Hoffnung, dass wir eines Tages nicht nur die Chemie, sondern die Poesie unseres Denkens verstehen werden. Bis dahin bleibt die Arbeit in den Laboren ein Akt der Geduld und der Hingabe. Es ist die Suche nach dem Code, der uns zu Menschen macht, verborgen in der Unendlichkeit der mikroskopischen Weite.
Man verlässt diesen Ort mit einem Gefühl der Winzigkeit, aber auch einer seltsamen Größe. Wir sind klein angesichts der Komplexität unserer eigenen Biologie, und doch sind wir groß genug, um diese Komplexität in Frage zu stellen. Das ist das eigentliche Geschenk der Evolution: ein Organ, das über sich selbst hinauswachsen will. In den stillen Fluren bleibt die Ahnung zurück, dass wir erst am Anfang einer Reise stehen, deren Ziel wir noch gar nicht formulieren können.
Der Wind fegt über den Campus, und in der Ferne sieht man die Skyline von Frankfurt, ein Monument menschlichen Willens und organisatorischer Kraft. Doch all der Stahl und das Glas sind nur das äußere Skelett einer Spezies, deren wahre Macht in den weichen, grauen Strukturen liegt, die hier erforscht werden. Alles, was wir je gebaut haben, jede Kathedrale, jede Börse und jeder Krieg, begann als ein winziges elektrisches Signal zwischen zwei Nervenzellen. In Frankfurt versucht man, genau diesen Ursprung zu finden.
Die junge Frau atmet die kalte Luft ein, und ihr Gehirn verarbeitet den Reiz, ordnet ihn ein, speichert ihn. Ein flüchtiger Moment, der in der Architektur ihrer Synapsen für immer verankert bleibt. Es ist eine stille, private Kartografie, die in jedem von uns stattfindet, während die Forscher versuchen, die allgemeine Karte für uns alle zu zeichnen.
Und so geht die Suche weiter, ein leises Tasten im Dunkeln, geleitet vom Licht der Vernunft und dem unerschütterlichen Glauben daran, dass alles, was wir sind, letztlich erklärbar ist, ohne dabei seinen Zauber zu verlieren.
Das Bild auf dem Monitor mag verblasst sein, doch die Linien ziehen sich weiter durch das Gewebe der Zeit.
