„Die theoretische – aber besonders spannende – Option ist das Emulieren des ganzen Gehirns und des ganzen menschlichen Geists; und dass wir es schaffen, uns selbst in den Computer hochzuladen.“ Es ist ein son­niger Frühsommertag, an dem wir durch den Schlosspark Schönbrunn spazieren und mit einem jungen MIT-­Forscher über etwas diskutieren, das nach Science-­Fiction klingt. Nicht nur, erzählt er weiter, könnte man so das menschliche Verhalten simulieren – womöglich wäre es auch machbar, eine digitale „menschliche ­Intelligenz“ mit dem „wohlwollenden“ Bewusstsein von etwa ­Mahatma Gandhi zu bauen.

Über solche Dinge denkt Tim Farkas nach. Der 24-Jährige will das menschliche Gehirn kartieren – ­Nervenzelle für Nervenzelle. Seit 2025 forscht der Österreicher als Visiting Student am Boyden Lab des Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Boston. Sein Fachgebiet heißt Konnektomik: die Vermessung aller Verbindungen zwischen den Nervenzellen des Gehirns.

Lange Zeit, erzählt Farkas, betrachteten Forscher einzelne Nervenzellen unter dem Mikroskop oder führten Elektroden in das Hirngewebe von Versuchstieren ein, um zu lernen, wie eine Zelle Signale weiter­leitet und empfängt. So entdeckten sie Botenstoffe wie Serotonin oder Dopamin – die Grundlage vieler moderner Medikamente. Weitgehend im Dunkeln blieb aber das kollektive Zusammenspiel aller Zellen. Ein Gehirn besteht aus Milliarden von Nervenzellen; im menschlichen sind es nach einer viel zitierten Zählung der Neurowissenschaftlerin Suzana Herculano-Houzel und ihres Teams aus dem Jahr 2009 rund 86 Milliarden. Diese Vermessung wird in sogenannten Konnektomen gezeichnet; so etwas wie Schaltplänen des Gehirns. Ein Konnektom hält fest, wo jede einzelne Nervenzelle verläuft und an welchen Kontaktstellen – den Synapsen – sie mit anderen Nervenzellen verbunden ist. So entsteht eine Art 3D-Karte des Gehirns, die zeigt, wie die Nervenzellen zusammenhängen.

Ein Konnektom entstehe in mehreren ­Schritten, ­erklärt Farkas: Ein Stück Hirngewebe wird in hauchdünne Scheibchen geschnitten und unter dem Elek­tronenmikroskop abgelichtet. Dann muss jede Nervenzelle durch den Bilderstapel hindurch nachverfolgt werden – Fachleute sprechen vom „Segmentieren“: Es wird festgehalten, wo Neuron A verläuft, wo B, wo C; und so weiter. Früher war das mühsame Handarbeit, heute übernehmen es Algorithmen. Die seien sehr gut, sagt Farkas, aber nicht fehlerfrei – und je größer das Konnektom, desto mehr Fehler summieren sich. Selbst bei einer geringen Fehlerquote bleiben bei Billionen von Verbindungen unzählige falsche Stellen übrig.

Bislang müssen Menschen die Konnektome kontrollieren und ausbessern; ein wenig so, als würden sie jede Kreuzung auf einer riesigen Straßenkarte überprüfen. Für ein vollständiges Mäusehirn, dessen Konnektom noch nicht komplett erstellt werden konnte und das geschätzt 70 Millionen Nervenzellen zählt, würden laut einem Bericht des Wellcome Trust aus dem Jahr 2023 7 bis 21 Mrd. US-$ (rund 6 bis 18 Mrd. €) auf das „Korrekturlesen“ entfallen, gegenüber 200 bis 300 Mio. US-$ für die Bildgebung. Das ist weit mehr, als im Forschungsfeld zur Verfügung steht: Das Budget der NIH Brain Initiative – eines der größten nationalen Forschungsförderungsprojekte im Feld der Neurowissenschaften, das vom US-Kongress bezahlt wird – beträgt dieses Jahr knapp unter 430 Mio. US-$.

Auch im bislang größten Durchbruch des Felds zeigt sich, wie aufwendig das händische „Korrekturlesen“ ist: 2024 veröffentlichte ein Konsortium unter Führung der US-Universität Princeton im Fachjournal Nature das erste vollständige Konnektom des Gehirns einer erwachsenen Fruchtfliege; das „Project FlyWire“. Es umfasst laut der Studie 139.255 Nervenzellen, verknüpft über mehr als 50 Millionen Synapsen. Laut Angaben der Forscher hat die „FlyWire“-Gemeinschaft (die aus über 280 Forschern und freiwilligen „Gamern“ bestand) rund 33 Personenjahre lang an der Kontrolle gearbeitet – und das menschliche Gehirn ist gegenüber der Fruchtfliege um ein Vielfaches komplexer, was auch die Korrekturkosten pro Nervenzelle massiv in die Höhe treibt. Schon von der Fliege zur Maus steigt der Aufwand pro Nervenzelle von rund einer halben Stunde auf über 40 Stunden; beim ungleich größeren menschlichen Gehirn wäre er noch größer.

Farkas macht sich Projekte wie „FlyWire“, deren Konnektome und menschliche Korrekturen öffentlich sind, zunutze und trainiert anhand der Daten eine KI, die das Korrigieren von Konnektomen schneller und zuverlässiger erledigen kann. Er und seine Kollegen ­füttern die KI mit unzähligen Beispielen von Fehlern und ihren Korrekturen. „Ähnlich wie eine KI erkennt, ob auf einem Foto ein Hund oder eine Katze ist, zeigen wir ihr diese 3D-Modelle der Neuronen und fragen: Ist hier ein Fehler oder nicht? Und wenn ja: Wie korrigieren wir ihn?“, erklärt er.

Farkas wollte schon immer verstehen, wie „alles“ funktioniert, erzählt er – von Psychologie über Sozio­logie bis zur Wirtschaft. „Der gemeinsame Nenner all dessen ist das menschliche Gehirn“, sagt er, und Medizin schien ihm der „holistischste und inter­disziplinärste Weg“, den Menschen zu verstehen. Der gebürtige Wiener zog nach der Matura nach Berlin und absolvierte an der Charité sein erstes Staats­examen in Medizin. Im Lauf des Studiums merkte er, dass ihn weniger die klinische Arbeit reizte als die Grundlagenforschung – „Dinge zu entwickeln, die das Fundament für die Therapien von morgen legen, anstatt über die Therapien selbst zu lernen“. Schon damals arbeitete Farkas in Laboren an der Schnittstelle von ­Informatik und Hirn­forschung;
in den computergestützten Neurowissenschaften.

Am University College London (UCL) hängte er einen Master in Computerwissenschaften an. Sein Ziel war damals bereits das Boyden Lab am MIT, das Teil eines der größten neurowissenschaftlichen Labore der Welt ist. Dort schrieb Farkas seine Masterarbeit, in deren Rahmen er eine Software für die neuronale Instanz-Segmentierung entwickelte – ein Verfahren, das in einem Bild erkennt, wo eine Nervenzelle aufhört und die nächste beginnt.

Die Regeln des MIT begrenzen seinen Aufenthalt auf zwölf Monate, weshalb Farkas sich derzeit bei anderen Instituten und um Drittmittel bewirbt, um das Projekt fortzusetzen und danach aus der Ferne mit dem Labor weiterzuarbeiten. „Plan A für mich ist zurzeit, dass ich das in San Francisco weitermache“, sagt er – idealer­weise mit einem Institut, das ihm ein neues Visum sponsert. Die zuletzt unsichere US-Visumslage habe die Planung „auf jeden Fall nicht leichter gemacht“; umso dankbarer sei er, dass bislang alles funktioniert habe.

Der Aufwand hat handfeste Ziele: Noch immer ist nicht abschließend geklärt, was im Gehirn geschieht, wenn ein Mensch depressiv oder schizophren ist. Die Hoffnung der Neurowissenschaft ist, dass Konnektome – die einen Überblick über das Gehirn liefern – zeigen, was durch die Betrachtung auf der Zellebene unklar ist. Farkas fasst zusammen: „In gewisser Weise ist das der heilige Gral der Neurowissenschaft.“

Fotos: Nathan Murrell