Computergehirn statt Siliziumchip
Das Start-up Neurorium entwickelt biologische Rechner aus neuronalen Organoiden
Organoide, also aus Stammzellen gezüchtete Miniorgane, dienten bisher dazu, Wirkstoffe oder Kosmetika ohne Tierversuche direkt an menschlichen Zellen zu erproben. Neurorium setzt auf Gehirn-Organoide als Computer und erzielt bereits beachtliche Erfolge. Vorteil: Gehirn-Computer benötigen nur minimale Energiezufuhr.
„Nein, nein!“, winkt Mohsen Sadeghi, Mitgründer und Entwicklungsleiter von Neurorium ab. „Wir brauchen keine Zellspender.“ Das Angebot, seinem Start-up für dessen Computer aus der Petrischale ein paar eigene Gehirnzellen abzugeben, war auch nicht ganz ernst gemeint.
In den Computern von Neurorium übernehmen sogenannte Organoide das Rechnen. Sie werden aus menschlichen Stammzellen (induced pluripotent stem cells; IPSC) gezüchtet. Organoide sind agglomerierte Herz-, Nieren-, Haut- oder auch Gehirnzellen, mit denen die medizinische Forschung sowie Pharma- oder Kosmetikhersteller neue Wirkstoffe ohne den Umweg über Tierversuche direkt an menschlichem Gewebe erproben. Organoide für eine „Post-Silicon-Intelligence“, um KI von Siliziumchips und energiehungrigen Rechenzentren zu entkoppeln – das ist neu. Doch das Berliner Team kann dabei auf etablierte Lösungen und intrinsisch motivierte Netzwerker:innen zugreifen.
„Neuronale Zellen in solchen Organoiden beginnen nach einigen Wochen von selbst, sich zu vernetzen und zu kommunizieren“, berichtet Sadeghi. Diese Kommunikation in Form schwacher elektrischer Signale lasse sich mit entsprechenden Elektroden detektieren und umgekehrt auch mit elektrischen Signalen anregen.
Dafür nutzt sein Team haarfeine, mit Mikroelektroden-Arrays bestückte Nadeln, die es in die intelligenten Zellklumpen einführt. Solche Elektroden sind auch zentraler Bestandteil von Cochlea-Implantaten für Gehörlose, wo sie in elektrische Signale gewandelte Töne und Sprache in die Schnecke einspeisen, die sie direkt ans Gehirn überträgt.
Sadeghi experimentierte als Leiter einer Forschungsgruppe an der Freien Universität Berlin bereits mit lebenden neuronalen Zellen, als ein entscheidender Kontakt zustande kam: „Das Schweizer Unternehmen FinalSpark forschte in die gleiche Richtung und hatte Gehirn-Organoide.
Wir konnten sie online mit Signalen anregen und direkt verfolgen, wie sie reagieren“, berichtet der Gründer. Damit war es möglich, systematisch zu erforschen, wie die aus etwa 100.000 Zellen bestehenden neuronalen Netzwerke auf Anregung reagieren und durch gezielte Anregung zu bestimmten Reaktionen animierbar sind. Wie blutige Laien, die es an das zigtausendknöpfige Mischpult eines Tonstudios verschlagen hat, begann das Team per Trial and Error zu erkunden, wie die Zellen reagieren. Dabei hilft ihnen die Technologie, auf die ihre Forschung hinausläuft: künstliche Intelligenz. Diese kann auch in schwachen, von der Eigenkommunikation der Zellen gestörten Signalen Muster identifizieren, wo menschliche Beobachtende nur Chaos sehen.
Nach und nach lernt das Team um Sadeghi, wie das Computergehirn auf welche Art von Dateneingabe reagiert. So können sich die Zellen offenbar die Anordnung von Bildpixeln merken und sie wiedergeben. Videos auf der Neurorium-Webseite zeigen, wozu das Team die redseligen, aus mittlerweile 800.000 Zellen bestehenden neuronalen Netzwerke schon anregen kann. Bleibt die 2023 begonnene Lernkurve so steil, könnte das Computing aus der Petrischale bald komplexe Algorithmen bewältigen und seinen zentralen Vorteil ausspielen: Ein Rechner mit Millionen neuronalen Zellen braucht nur 0,2 Milliwatt Energie. „Das menschliche Gehirn arbeitet mit 20 Watt“, erklärt Sadeghi. „Es bewältigt damit so komplexe Aufgaben, mit denen heutige KI-Modelle nur schwer mithalten können.“ Er ist sich sicher, dass die Neurorium-Technologie für spezifische Aufgaben in der Navigation oder Logistik schon bald echten Mehrwert bringen kann.
Allerdings gibt es einen Haken: Die Gehirn-Organoide leben kaum ein Jahr. Noch ist unklar, ob und wie sie das antrainierte Wissen weitergeben können. Um ihr Leben zu verlängern, könnte es sinnvoll sein, sie per Laser statt mit den invasiven Elektroden-Arrays anzuregen. Das ist in der Optogenetik, einem anderen Zweig der Gehirnforschung, schon etabliert. Das Team könnte also auch hier auf eine erprobte Lösung setzen. Gleiches gilt für ihre Gründung an sich. Sadeghi, Geschäftsführerin Elly Keramati und ihr wachsendes Team planen, sich im FUBIC (Business and Innovation Center next to Freie Universität Berlin Campus) in direkter Nachbarschaft zur FU Berlin niederzulassen. „Dort gibt es passende Labors und Büroräume, eine Community, in der wir schon viele Kontakte haben, und dank der FU-Nähe Zugang zu hervorragenden Fachleuten“, sagt Sadeghi. Sie könnten helfen, die „Post-Silicon-Intelligence“ zu etablieren – und so den massiven Energiebedarf von KI zu zügeln.
Peter Trechow für Potenzial
Neurorium | Organoid Intelligence & Biological Computing