Das menschliche Gehirn zu verstehen, ist eines der ambitioniertesten Vorhaben der modernen Wissenschaft. Kein anderes Organ ist so komplex. Nach heutigem Stand besteht es aus etwa 86 Milliarden Nervenzellen, auch Neuronen genannt. Diese Zellen sind über unzählige Kontaktstellen, sogenannte Synapsen, miteinander verbunden, an denen Informationen weitergegeben werden. Gerade weil dieses Netzwerk so dicht, so fein und so unübersichtlich ist, lässt es sich bis heute nur in Teilen vermessen.

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Forscher beginnen deshalb oft mit einfacheren Organismen. Kleine Lebewesen wie Würmer, Fische oder Insekten bieten die Chance, ein Nervensystem nahezu vollständig zu erfassen. Genau hier setzt nun ein Projekt an, das in der Hirnforschung für Aufmerksamkeit sorgt.

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Fruchtfliegengehirn digitalisiert: Erstmals steuert ein emuliertes Gehirn einen virtuellen Körper

Wissenschaftler des auf Gehirnemulation spezialisierten Unternehmens Eon Systems PBC haben nach eigenen Angaben erstmals das Gehirn einer Fruchtfliege in eine digitale Umgebung übertragen. Öffentlich machte das Projekt der Wissenschaftler Alexander D. Wissner-Gross am Samstag auf der Plattform X.

Der Anspruch dahinter ist groß. Es gehe, so stellen es die Beteiligten dar, nicht bloß um eine Computersimulation, in der Verhalten programmiert oder künstlich imitiert wird. Vielmehr sei eine digitale Kopie eines biologischen Gehirns entstanden, die in einem simulierten Körper arbeitet.

Bereits 2024 hatte das Team um den leitenden Wissenschaftler Philip Shiu in der Fachzeitschrift „Nature“ ein Modell des vollständigen Gehirns einer erwachsenen Fruchtfliege vorgestellt. In der Studie heißt es, das Bewegungsverhalten des Insekts habe sich damit mit einer Genauigkeit von 95 Prozent vorhersagen lassen. Nun folgt der nächste Schritt: Das Modell soll nicht mehr nur Verhalten vorhersagen, sondern in einer digitalen Umgebung selbst wirksam werden.

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Wie das funktionieren soll, erklärt das Unternehmen mit dem sogenannten Connectome, also einer vollständigen Karte aller Verbindungen im Gehirn. Man kann es sich als Schaltplan des Nervensystems vorstellen. Nach Angaben des Unternehmens umfasst dieses Netzwerk bei der Fruchtfliege mehr als 125.000 Neuronen und rund 50 Millionen synaptische Verbindungen. Rekonstruiert wurde es mithilfe von Elektronenmikroskopie, also durch extrem hochauflösende Aufnahmen von Gewebe.

In der neuen Studie wurde dieses Gehirnmodell mit einem digital simulierten Körper gekoppelt. Eon Systems nutzte dafür die MuJoCo-Engine, eine Plattform, mit der sich Bewegungen in virtuellen Umgebungen realistisch berechnen lassen. Dadurch entsteht ein geschlossener Regelkreis: Die digitale Fliege nimmt Reize aus ihrer Umgebung auf, das emulierte Gehirn verarbeitet sie, daraus gehen Bewegungsbefehle hervor, und der virtuelle Körper setzt sie um.

Gehirnemulation ohne KI-Training: Verhalten entsteht offenbar von selbst

Bemerkenswert ist aus Sicht der Forscher vor allem, dass dieses Verhalten nicht eigens antrainiert worden sei. Die digitale Fruchtfliege habe also keine Trainingsdaten erhalten und ihr Verhalten nicht durch maschinelles Lernen erworben. Solche Verfahren sind in der Künstlichen Intelligenz sonst üblich: Systeme werden mit großen Datenmengen gefüttert, bis sie ein gewünschtes Muster zeigen.

Hier aber soll Verhalten nicht gelernt, sondern aus der biologischen Struktur selbst hervorgehen. Wissner-Gross sagt, es handle sich „nicht um eine Animation“ und auch nicht um eine Künstliche Intelligenz, die biologische Prozesse bloß nachahme. Stattdessen bewege ein „Neuron für Neuron aus realen Daten verdrahtetes“ Gehirn einen simulierten Körper. Verhaltensweisen wie Gehen, Putzen oder Nahrungssuche seien dem System nicht vorgegeben worden, sondern aus den neuronalen Schaltkreisen selbst entstanden.

Nach Angaben der Autoren erreicht das emulierte System dabei eine Verhaltensgenauigkeit von 91 Prozent. Diese Einschätzung stütze sich allein auf das Connectome, also auf die Verschaltung der Nervenzellen, auf die Stärke ihrer Verbindungen sowie auf die Zuordnung aktivierender und hemmender Signale. Zusätzliche Lernalgorithmen oder eine manuelle Feinabstimmung seien nicht nötig gewesen.

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Noch allerdings ist der Abstand zum Menschen enorm. Das Gehirn einer Fruchtfliege enthält etwa 140.000 Neuronen, das menschliche rund 86 Milliarden. Dazwischen liegen nicht nur Größenordnungen, sondern Welten.

Deshalb ist der nächste Schritt zunächst deutlich bescheidener, aber immer noch gewaltig: Künftig soll derselbe Vorgang bei einer Maus gelingen. Deren Gehirn umfasst rund 70 Millionen Neuronen und ist damit ungleich komplexer als das einer Fruchtfliege. Der Weg zum digitalisierten menschlichen Gehirn bleibt damit lang. Doch aus Sicht der Forscher markiert schon die Fruchtfliege einen Schritt, der vor wenigen Jahren noch weit außerhalb des Vorstellbaren lag.