1. Dezember 2001

Günther Zeck

Am Max-Planck-Institut (MPI) für Biochemie in Martinsried wurde vor kurzem erst mal ein neuronales Netz aus Nervenzellen auf einen Halbleiterchip realisiert. Die Klärung der grundlegenden Fragen des Zellen-Chip-Interfacing ermöglicht langfristig vielleicht bioelektrische Neurocomputer oder mikroelektronische Neuroprothesen. Über die Probleme auf dem Weg zu deren Realisierung sprachen wir mit einem Mitglied dieser Forschungsgruppe - dem aus Siebenbürgen stammenden, ehemaligem Brukenthalschüler - Günther Zeck.

Zunächst einige biographische Daten: Wo und wann sind Sie geboren? Wann sind Sie aus Siebenbürgen ausgesiedelt? Nennen Sie uns einige Stationen aus Ihrem schulischen und akademischen Werdegang?

Ich stamme aus Urwegen im Unterwald, wo ich aufwuchs und bis zur neunten Klasse in die Ortsschule ging. Danach kam ich für knapp drei Jahre nach Hermannstadt ans Brukenthallyzeum. Das Abitur machte ich jedoch nicht da, sondern in Starnberg bei München. Zum anschließenden Physikstudium blieb ich in München an der Technischen Universität. Zur Diplom- und Doktorarbeit in Biophysik wechselte ich ins nahe gelegene Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried bei München.

Welches sind - in einfachen Worten erklärt - ihre Forschungsergebnisse, die einen "Durchbruch in der Biophysik" bedeuten?

Während meiner Doktorarbeit konnte ich in der Forschungsgruppe von Professor Dr. Peter Fromherz erstmals ein Netzwerk von lebenden Nervenzellen mit einem Halbleiterchip verbinden. Jeder von uns verwendet, bewusst und unbewusst, täglich eine Vielzahl von Nervenzellen, zum Beispiel beim Lesen dieser Zeilen. Und beim Schreiben und Senden von E-Mails sind im Computer viele Halbleiterchips aktiv. Eine direkte Verbindung dieser Elemente, ohne jedoch Langzeitstörungen hervorzurufen, war bis vor kurzem nicht möglich. Ob diese Verbindung, das Interfacing, einen "Durchbruch in der Biophysik" bedeutet, wird sich jedoch noch zeigen.

Seit wann beschäftigen Sie sich mit dieser Thematik? Wo liegen die Probleme bei der Realisierung bioelektrischer Neuro-Visionen?

Wie erwähnt kam ich gegen Ende meines Studiums, vor etwa fünf Jahren, zur Gruppe von Professor Fromherz, der auf diesem Gebiet seit mehr als zehn Jahren forscht. Es gab eine Reihe von interessanten, kniffligen Fragestellungen. Zum Beispiel versuchten wir, um eine gute Signalübertragung zu erreichen, die Nervenzellen ganz nahe an den Halbleiterchip, der als Signalsensor dient, zu koppeln. Wir mussten jedoch lernen, dass die Nervenzellen sich langfristig nicht allzu eng ankoppeln lassen. Ein weiteres Problem stellte das Überleben der Zellen auf der unnatürlichen Halbleiteroberfläche dar, welches jetzt jedoch gelöst ist.
Auf dem Weg zu Neuro-Visionen, sagen wir Neuroprothesen sind jedoch noch sehr viele , wissenschaftlich sehr spannende, Fragen zu klären. Wir haben erst die Kopplung von zwei Nervenzellen mit dem Chip verstanden. Unser Hirn hat hingegen Milliarden Nervenzellen.

Sie haben erst mal auf einem Siliziumchip ein neuronales Netz aus lebenden Schneckennervenzellen realisiert. Stresst dieser Erfolg die Tür zur Neuro-Elektronik auf?

Das weiß ich nicht. Vielleicht gelingt es in Zukunft eine Gedächtnisleistung mit Nervenzellen zu programmieren. Ich bin heute beim Stichwort "Neurocomputer" noch sehr skeptisch.

Die Frankfurter Rundschau spricht von einem qualitativen Sprung auf dem Gebiet der Neurobiologie. Welche praktische Anwendungen eröffnet dieser "Quantensprung in unserer bisherigen Forschung" (Süddeutsche Zeitung)?

Es wird in Zukunft möglich sein, die Verbindung zwischen wenigen Zellen über einen langen Zeitraum zu untersuchen. Man muss dazu die Nervenzellen nicht mehr anstechen, eine Methode, die seit den Froschschenkelexperimenten von L.Galvani angewendet wird. Wenn einzelne Zellen über Metallelektroden kontaktiert werden, überleben sie nur einige Stunden. Mit den Halbleiterchips können Signale über einen längeren Zeitraum ausgelöst und gemessen werden.

Worin besteht die Kunst des Interfacings zwischen lebender Nervenzelle und der Transistorzelle des Halbleiterchips?

Die Verbindung, das Interfacing, zwischen einer Zelle und einem Transistor, dem elektronischen Messsensor der elektrischen Zellaktivität, ist für kurze Zeit vor zehn Jahren Professor Fromherz und seinen damaligen Doktoranten gelungen. Leben die Zellen jedoch auf dem Chip, wandern sie von den Messsensoren weg. Der experimentelle Trick bestand nun darin, die Zellkörper in mikroskopischen Polymerkäfigen einzufangen. Gleichzeitig wird jedoch den Nervenfortsätzen Raum gegeben aus dem Käfig auszuwachsen und sich mit anderen Nervenzellen zu einem Netzwerk zu verbinden.

Was hat Sie dazu motiviert und welches waren die Umstände, die Sie zur derzeitigen Forschungstätigkeit geführt haben?

Ich denke, jeder Mensch stellt sich "interessante" Fragen, zum Beispiel, wie kommt es, dass wir Dinge erkennen? Wie schafft unser Gehirn die Trennung von Objekten in unserem Gesichtsfeld? Oder wie viel mehr staunen wir über unser gutes (oder schlechtes) Erinnerungsvermögen! Nun, wenn man diese Fragen konsequent zu Ende denkt - Physiker neigen dazu reduktionistisch zu denken - kommt man auf die Nervenzellen und deren Netzwerk. Die Kommunikation in einem Netzwerk kann man meines Erachtens in Zukunft mit Halbleiterchips verfolgen.

Welche Rolle spielt Ihre Herkunft bei der Forschertätigkeit (hat beispielsweise die Brukenthalschule, die Familie usw. maßgeblich zu seiner Entwicklung als Forscher beigetragen oder weniger oder überhaupt nicht)

Primär spielt die Herkunft bei Naturwissenschaftlern keine Rolle. Es gibt in der westlichen Welt in jedem Forschungslabor sehr gute ausländische Wissenschaftler, in den USA wird die Forschung wahrscheinlich zur Hälfte von "importierten" Wissenschaftlern gemacht.
Da Sie jedoch die Brukenthalschule ansprechen, muss ich natürlich erwähnen, dass deren Ausbildung im naturwissenschaftlichen Bereich ausgezeichnet war und ist.
Ich erinnere mich an die freiwilligen experimentellen Nachmittage Ende der achtziger Jahre in Physik und Chemie, wo man erste Elektronik- oder Galvanikversuche machen konnte! Übrigens meine ich auch in Urwegen von meinen Eltern und Lehrern schon sehr gut erzogen worden zu sein

Haben Sie noch Kontakt zu Siebenbürgern? Sind Sie verheiratet? Pflegen Sie noch Kontakte nach Siebenbürgen/Rumänien?

Nun, meine Frau stammt auch aus Siebenbürgen und wir sind mindestens einmal pro Jahr in Hermannstadt. Dann wollen wir von unseren früheren Professoren wissen, was es denn neues am Bruk gibt. Ob sie neue Lehrbücher schreiben oder übersetzen? Oder ob sie Interesse an Unterrichtshilfen/Zeitschriften aus Deutschland haben? Eine weitere Kontaktschiene pflege ich über den "Evangelischen Freundeskreis Siebenbürgen", der zur Zeit die Evangelische Akademie in Neppendorf unterstützt. Im Freundeskreis sind viele engagierte Menschen, die mit Einsatz die moderne Entwicklung Siebenbürgens begleiten.

Welches sind Ihre Zukunftspläne/Zukunftsvisionen ?

Mit der Kopplung weniger Nervenzellen, übrigens Zellen einer Schlammschnecke, und einem Halbleiterchip ist erst die Basis für weitere Experimente gelegt. Ich möchte in Zukunft etwas über komplexere Nervenareale lernen, ab nächstem Jahr wahrscheinlich in einem Labor im Ausland.

Ob wir jedoch das Erkennen einer roten Rose je beschreiben können, weiß ich nicht. Die Neugierde ist allerdings ein guter Forschungsantrieb.

Wo findet man weiterführende Infos zu Ihrer Forschungstätigkeit im Internet?

Den wissenschaftlich interessierten Lesern sende ich die englischsprachige Publikation per E-Mail gerne zu. Weitere Informationen gibt es auf der abteilungseigenen Homepage - zur Zeit leider nur in englischer Version. Das erste Bild auf der Homepage zeigt ein neuronales Netz auf einem Halbleiterchip. Sehr gut sind die Käfige um jede Zelle zu erkennen, bestehend aus sechs Säulen. Das Bild kann, unter Nennung der Adresse in Medien verwendet werden.

Vielen Dank für das Gespräch.

Link: www.urweger.de

Schlagwörter: Interview, Wissenschaft, Brukenthalschule

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