20. Dezember 2025 Uwe Kerkow
Grafik: KI
- Die Ära der Biocomputer bricht an – mit menschlichen Hirnzellen
- Reflexen ähnlicher als Entscheidungen
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Erste Computer mit menschlichen Neuronen sind im Handel. Sie sollen effizienter sein oder der Hirnforschung dienen. Doch Forscher warnen vor ethischen Risiken.
In einem Labor am Genfer See sitzen winzige Klumpen menschlicher Hirnzellen in einer Nährlösung und warten auf Aufträge. Diese Gebilde, etwa so groß wie ein Sandkorn, können elektrische Signale empfangen und darauf reagieren – ähnlich wie Computer. Forschungsteams aus aller Welt können diesen Zellklumpen Aufgaben schicken, darauf hoffen, dass diese die Informationen verarbeiten und ein Signal zurücksenden.
Willkommen in der Welt der Biocomputer. In einer Handvoll akademischer Labore und Unternehmen züchten Forscher menschliche Neuronen und versuchen, sie in funktionsfähige Systeme zu verwandeln, die biologischen Transistoren entsprechen. Manche Entwickler argumentieren, dass diese Biorechner eines Tages die Leistung eines Supercomputers bieten könnten, ohne dessen enormen Energieverbrauch.
Zwanzig Watt
Informatiker neiden dem menschlichen Gehirn seit Langem seine erstaunliche Energieeffizienz. Mit weniger als 20 Watt – gerade genug für einen kleinen Tischventilator – können seine Milliarden Neuronen das Äquivalent von einer Trillion Rechenoperationen pro Sekunde durchführen. Die besten Supercomputer können diese Geschwindigkeit erreichen, verbrauchen dabei aber eine Million Mal mehr Strom.
Biocomputing geht nun zurück zum biologischen Ausgangsmaterial. Ausgehend von induzierten pluripotenten Stammzellen, die in fast jeden Zelltyp umprogrammiert werden können, züchten Forscher Gemeinschaften von Hirnzellen und pflegen sie mit Nährstoffen und Wachstumsfaktoren.
Um mit ihnen zu kommunizieren, setzen Forscher die Zellen auf Elektroden-Arrays und senden ihnen Signale und Befehle als Sequenzen elektrischer Pulse. Diese Signale verändern die Art, wie Ionen in die Neuronen hinein- und hinausfließen, und können einige Zellen dazu veranlassen, ein elektrisches Signal abzufeuern. Die umgebende Silizium-Architektur kann diese Signale erkennen und Algorithmen verwenden, um sie in nutzbare Informationen umzuwandeln.
Der gängigste Biocomputing-Ansatz züchtet Neuronen als dreidimensionale Cluster, sogenannte Organoide. Die Zusammensetzung dieser Hirnzell-Gemeinschaften variiert, je nachdem, wie sich die Stammzellen differenzieren, fasst aber typischerweise Neuronen mit den Zellen zusammen, die sie unterstützen (Astrozyten, Oligodendrozyten).
Braille-Buchstaben "lesen"
Ende August berichteten Benjamin Ward-Cherrier und seine Kollegen von der Universität Bristol von der Verwendung menschlicher Gehirnorganoide mit jeweils etwa 10.000 Neuronen, um Braille-Buchstaben zu "erkennen". Sie nutzten zunächst einen Roboter mit einem taktilen Sensor, um die Buchstaben zu lesen.
Dafür wandelten die Buchstaben in Muster elektrischer Pulse um, die sie durch eine Reihe von acht Elektroden neben der Oberfläche des Organoids sendeten. Diese Elektroden zeichnen die kollektive Aktivität vieler benachbarter Neuronen auf.
Die Forscher wollten herausfinden, ob die Muster der signalgebenden, "feuernden" Neuronen im Organoid je nach Stimulationsmuster unterschiedlich waren und ob ihre Reaktionen konsistent waren.
Pong "spielen"
Die Ergebnisse zeigten, dass ein einzelnes Organoid, wenn es elektrische Pulse erhielt, die bestimmten Buchstaben entsprachen, im Durchschnitt in 61 Prozent der Fälle charakteristische konsistente Antworten gab. Wenn die Antworten von drei Organoiden kombiniert wurden, stieg dieser Wert auf 83 Prozent.
Die Organoide konnten also eine einfache Verarbeitungsaufgabe ausführen: Zwischen Eingaben unterscheiden und sie identifizieren.
Mit einer anderen Trainingsmethode gelang es Cortical Labs, einem Unternehmen mit Sitz in Melbourne, sogar, im Labor gezüchtete Hirnzellen dazu zu bringen, das Computerspiel Pong aus den 1970er Jahren zu "spielen". Doch nicht nur ihre Trainingsmethode differiert von der ihrer Kollegen in Bristol: Anstatt mit Organoiden zu arbeiten, entschieden sie sich dafür, Netzwerke von Zellen in Petrischalen zu züchten.
Fünftausend Dollar Monatsmiete
Weil die Ein- und Ausgaben aus elektrischen Signalen bestehen, ist es einfach, Zugriff auf die Organoide über das Web anzubieten. So steht der Braille-lesende Roboter in Ward-Cherriers Labor in Bristol, doch die Gehirnzellen werden beim Unternehmen FinalSpark im Schweizerischen Vevey gezüchtet und sind dort auch untergebracht.
Wie Nature berichtet, erhalten ausgewählte akademische Gruppen, wie die von Ward-Cherrier, kostenlosen Zugang zu FinalSpark-Organoiden, und viele Teams haben sich dafür angemeldet.
Ein Team an der University of Michigan testet beispielsweise verschiedene Arten von Stimulationen, um zu sehen, wie sich die Zellverbände verhalten. Forscher an der Freien Universität Berlin konzentrieren sich darauf, wie Werkzeuge des maschinellen Lernens die Informationen aus neuronalen Reaktionsmustern am besten extrahieren können.
Private Unternehmen können gegen monatliche Gebühren von 5.000 US-Dollar auch einen exklusiven Online-Zugang zu einem Organoid-System bekommen. Und viele tun das. Anders als bei der Arbeit akademischer Gruppen weiß FinalSpark allerdings nicht, wofür zahlende Kunden die Organoide verwenden.
