Die Kartierung der Fruchtfliege

Fruchtfliegen gehören zu den eher unscheinbaren Tieren. Würde ihr Auftreten einem nicht schmerzlich ins Gedächtnis rufen, dass man mit dem Müllrunterbringen zu lange gewartet hat, dächte wohl niemand groß an die kleinen Tierchen. Sehr intensiv beschäftigen sich allerdings Neurobiologen mit den Insekten – genauer: mit ihrem Nervenkostüm. Über 100.000 Neuronen sind im mohnsamengroßen Hirn von Drosophila melanogaster, der Schwarzbäuchigen Taufliege, wie die Art korrekt heißt, am Wirken. Zählt man das übrige zentrale Nervensystem hinzu, sind es über 166.000. Forscher des US-amerikanischen Howard Hughes Medical Institute haben Anfang September nun erstmals eine vollständige Kartierung des Nervensystems eines männlichen Exemplars der Gattung vorgestellt.

Damit liegen nun komplette sogenannte Konnektome sowohl für männliche als auch für weibliche Fruchtfliegen vor, denn die Kartographie für das Nervensystem weiblicher Exemplare wurde bereits 2024 erarbeitet. »Es ist das erste Mal, dass wir beide Geschlechter eines Tieres mit komplexem Sozialverhalten vergleichen können«, sagte Gerry Rubin, einer der Leiter der Forschungsgruppe, die an dem nun vorgestellten Datensatz gearbeitet hat, bei der Veröffentlichung des Preprints vor knapp einem Jahr. Männliche und weibliche Fruchtfliegen wiesen demnach vielerlei Unterschiede, zum Beispiel beim Aggressions- und Fortpflanzungsverhalten, auf; die beiden Konnektome erlaubten nun, sehr einfach die einzelnen Nervenverbindungen zu isolieren, die diese Differenzen steuern. Bisher musste bei der neurologischen Verhaltensforschung jeder »Nervenschaltkreis« einzeln betrachtet und untersucht werden. Die Konnektome »lassen uns im Prinzip in einem Rutsch vom Auge bis zum Bein gehen«, meinte Greg Jefferis, ebenfalls leitendes Teammitglied.

Die Erstellung von Konnektomen ist extrem aufwendig. Gegenüber dem Fachportal Ars Technica beschrieb Forschungsleiter Rubin den Prozess: Demnach wird das Nervengewebe aus dem winzigen Fliegenkörper herausseziert und in eine große Zahl gleichmäßiger Scheiben zerschnitten. Somit wird das hochkomplexe dreidimensionale Zell­gebilde in annähernd zweidimensionale Teile zerlegt, die sich deutlich einfacher erfassen lassen. Diese Scheiben werden mit einem Elektronen­mikroskop zu Bilddaten verarbeitet. Mit Hilfe spezialisierter KI‑gestützter Programme können aus diesen Daten nicht nur die Verbindungen zwischen den Neuronen, sondern auch ihre räumliche Verteilung rekonstruiert werden. Neben dem spezifischen neurologischen Erkenntniswert für die Fruchtfliege ist für die Forschung dabei der methodologische Fortschritt besonders bedeutsam. »Unsere Perspektive ist, dass wir (das Konnektom von, jW) Drosophila mit einem Team von 50 Leuten geschafft haben«, so Rubin gegenüber Ars Technica. »Unsere Hoffnung ist, dass, wenn jemand sich an einer Maus versucht, auch ein Team von 50 Leuten gebraucht wird, obwohl tausendfach mehr Neuronen vorliegen.«

Auch der Technologiekonzern Google ist an dem Verfahren interessiert und tritt über seinen Zweig Google Research als maßgeblicher Forschungspartner auf. Überhaupt war es Googles Mitteilung zur Veröffentlichung des Datensatzes, die dem Projekt eine überdurchschnittlich breite öffentliche Aufmerksamkeit eingebracht hat. Aus unternehmerischer Sicht ist es zweifelsohne gute Werbung für die Fähigkeiten der eigenen Softwareentwicklungsabteilung. Google stellte unter anderem einen Algorithmus bereit, der die Verbindungen zwischen den Neuronen rekonstruierte.

Dass Google aus den neurologischen Erkenntnissen direkt Kapital schlagen könnte, ist eher unwahrscheinlich. Nichtsdestoweniger dürfte es sich für den Konzern lohnen, nah an der Grundlagenforschung auf diesem Gebiet zu sein. »Brain-Computer Interfacing«, also die direkte Bedienung von Digitaltechnologie mittels Nervenströmen, gilt als ein zukunftsträchtiges Entwicklungsfeld, nach Meinung mancher Beobachter vom gleichen Maßstab wie generative KI. Im Westen gilt das Unternehmen Neuralink von Elon Musk als prominentester Branchenvertreter, aber auch die Volksrepublik China setzt Hoffnungen in die Technologie und hat im August 2025 einen Fünfjahresplan für die Entwicklung des Feldes aufgestellt. Die Bionet Group, eine US-amerikanische Forschungsgruppe, die sich mit dem Nervensystem der Fruchtfliege beschäftigt, wird wiederum von DARPA, dem Research-and-Development-Zweig des US-Verteidigungsministeriums, finanziert.

Vor dem Horror der Schlachtfelder kommt jedoch der Horror der sozialen Medien: Dort sorgte der veröffentlichte Datensatz mehrere Tage lang für Erheiterung. Nutzer kombinierten das virtuelle Fruchtfliegenhirnabbild mit KI-Anwendungen und modifizierten beispielsweise die Stimulation des Belohnungszentrums, um es einfache Programmanwendungen ausführen zu lassen. Videos zeigen virtuelle Simulationen der Fliege beim Spielen von Computerspielen, bei der Bedienung von Autosimulatoren oder auch beim Handeln mit Finanzprodukten. Wobei der Eindruck, eine Art virtuelles Duplikat des Bewusstseins der Fliege würde diese Tätigkeiten ausführen, verkürzt ist, wie Nelson Spruston, Vizepräsident des Campus, an dem der Datensatz erarbeitet wurde, gegenüber der New York Times sagte. Durch die Modifikation der Stärke und Art der Nervenverbindungen seien die Simulationen »substantiell verschieden von der echten Fliege«. Vielleicht auch besser so – sonst müsste man sich wohl existentielle Fragen darüber stellen, ob ein digitales Abbild des Nervenkostüms, inklusive jener das Gedächtnis ausmachenden Neuronenverbindungen, gleichbedeutend mit einer Kopie des Bewusstseins ist.