Ohne Interdisziplinarität geht es nicht - scinexx | Das Wissensmagazin
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Projekt verbindet Physiker und Neurobiologen

Ohne Interdisziplinarität geht es nicht

All Arbeiten an einem „künstliche Gehirn“ müssen interdisziplinär erfolgen: Physiker wissen „von Haus aus“ nur wenig von der Neurobiologie, Informatikern ist die analoge Mikroelektronik eher fremd und Neurowissenschaftler haben üblicherweise kaum etwas mit dem Bau großer elektronischer Systeme zu tun. Die Europäische Union hat deshalb das Förderprogramm „Future Emerging Technologies“ aufgelegt, in dem grundlegend neue Prinzipien der Informationsverarbeitung interdisziplinär entwickelt werden sollen. „Quanteninformation“ und „biologisch inspirierte Systeme“ sind zwei Beispiele für Förderprojekte, an denen Heidelberger Gruppen beteiligt sind.

Entscheidende Vorarbeiten zur technischen Realisierung leistete bereits Mitte des 19. Jahrhunderts Gustav Robert Kirchhoff, Namensgeber des Heidelberger Kirchhoff-Instituts für Physik. © Universität Heidelberg / Ruperto Carola

Die Arbeitsgruppe des Kirchhoff-Instituts koordiniert in diesem Rahmen das so genannte FACETS-Projekt, wobei FACETS für „Fast Analog Computing with Emergent Transient States“ steht. Fünfzehn europäische Gruppen aus den Bereichen Neurobiologie, Informatik, Physik und Elektrotechnik werden in diesem Projekt mit rund zehn Millionen Euro für vier Jahre gefördert. Nähere Informationen finden sich im Internet unter www.facets-project.org.

Künstliche Nervenzellen in konventionellem Rahmen

Worum soll es bei diesem Projekt konkret gehen? Es gilt zunächst, ein synthetisches neuronales Netzwerk nach dem beschriebenen elektronischen Prinzip zu bauen. In einer ersten Entwicklungsstufe werden dazu viele individuelle, fünf mal fünf Millimeter große Netzwerkchips zu einem „Neurocomputer“ kombiniert, der mit etwa einhunderttausend künstlichen Nervenzellen und 25 Millionen Synapsen einem Volumen des menschlichen Kortex von ungefähr einem Kubikmillimeter entspricht.

Dieses System ist in mechanische Rahmen eingebaut, deren Erscheinungsbild noch sehr an konventionelle Computer erinnert. Die künstlichen Nervenzellen in diesem System ähneln aber bereits stark dem biologischen Vorbild und beherrschen verschiedene Mechanismen der Plastizität. Ein Prototyp-Chip ist bereits funktions­fähig und hilft uns, vorbereitende Experimente durchzuführen. So konnten beispielsweise schon die Plastizität und das charakteristische Verhalten der neuronalen Membranspannung experimentell nachgewiesen werden.

Silizium als Substrat für „Kunsthirn“

In der zweiten Entwicklungsstufe soll der in Computern übliche Ansatz des Verschaltens individueller Mikrochips zugunsten eines großen, fast uniformen Siliziumsubstrats aufgegeben werden. Eine zwanzig Zentimeter große Siliziumscheibe wird etwa eine halbe Million künstlicher Nervenzellen und eine Milliarde Synapsen beherbergen, die mithilfe 180 Nanometer großer Strukturen (Transistoren) aufgebaut werden. Oberhalb dieser Siliziumscheibe ist eine elektronische Schaltung montiert, die dazu dient, das Netzwerk zu konfigurieren, die Aktivität des Netzwerks zu analysieren und weit reichende Verbindungen im Netzwerk zu realisieren.

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Karlheinz Meier / Universität Heidelberg / Ruperto Carola
Stand: 31.10.2008

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Auf dem Weg zum künstlichen Gehirn?
Wissenschaftler arbeiten an Computern nach dem Vorbild des Gehirns

Vom Reiskorn zum Moore‘schen Gesetz
Wie weit ist die Informationstechnologie?

Ähnlich aber grundsätzlich verschieden
Strukturelle Unterschiede zwischen Gehirn und Computer

Kein zentraler Takt
Kommunikation von Nervenzellen im Gehirn

2.500 Gigabyte pro Sekunde
Ist das Gehirn zu komplex für einen „Nachbau“?

Ein Kondensator als Nervenzell-Modell
Analoge Technik simuliert biologische Funktion

Plastizität ist Trumpf
Die Herausforderung der künstlichen Synapsen

Ohne Interdisziplinarität geht es nicht
Projekt verbindet Physiker und Neurobiologen

Tausend Kubikmillimeter Kortex
Was bringen die neuen neuronalen Netze?

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