Ein Griff zur Teetasse – schon sind wir mittendrin in der Forschung. Wie schafft es unser Gehirn, die Tasse zu finden, unabhängig von Beleuchtung, Farbe, Größe und davon, ob der Tisch, auf dem sie steht, aufgeräumt ist? Selbst wenn die Tasse fast von der Kanne verdeckt ist, bereitet es uns keine Schwierigkeit, sie auszumachen. Ohne auch nur einen Gedanken daran zu verschwenden, koordiniert unser Denkorgan den Arm, und zielgenau greifen die Finger nach dem Gefäß. “Welch ungeheure Leistung dahintersteckt, entdeckte die Wissenschaft erst, als einige Forscher versuchten, Apparate zu konstruieren, die das auch können”, erzählt Christoph von der Malsburg und stellt seine Teetasse auf den mit Manuskripten übersäten Tisch.
Wie funktioniert das Sehen? Diese Frage treibt den Professor für Neuroinformatik an der Universität Bochum seit Jahrzehnten um. Dabei will er nicht nur das menschliche Denken begreifen, sondern seine Erkenntnisse auch technisch umsetzen. In seinem Labor an der Bochumer Ruhruniversität steht ein Roboterarm, dem er und seine Mitarbeiter beibringen, Objekte selbständig zu erkennen und zu greifen. “Der Nachbau ist ein gutes erzieherisches Mittel”, erklärt der Professor mit der freundlichen, ruhigen Stimme. Da merke man erst, wo die Probleme lägen und was die richtigen Fragestellungen seien.
Um zu illustrieren, was er damit meint, erzählt er von Marvin Minsky. Minsky hat heute eine Doppelprofessur am Massachusetts Institute of Technology inne und gilt als einer der ganz Großen in der Wissenschaft von der künstlichen Intelligenz. In den fünfziger Jahren forderte der Guru zwei Studenten – gewissermaßen per Semesterarbeit – dazu auf, das Sehen zu erforschen. “Für so einfach wurde das damals gehalten”, schüttelt von der Malsburg den Kopf. Dabei sei noch längst nicht verstanden, wie das Gehirn die Informationen verarbeitet, die das Auge liefert. Die Blauäugigkeit der Forscher vor 40 Jahren amüsiert den hochgewachsenen schlanken 57jährigen sichtlich. Ein typisches Lächeln umspielt seine Mundwinkel.
Es wirkt spöttisch, und paßt so gar nicht zu seinem sonstigen verbindlichen Auftreten.
Wissenschaftler wollte von der Malsburg schon immer werden. Mit 13 Jahren stolperte er über alte Schulbücher seiner Oma. Die begeisterten ihn so, daß er beschloß, Physik zu studieren. Als 16jähriger begann er, sich für das Gehirn zu interessieren. Nach seiner Doktorarbeit in Kernphysik machte er sein Hobby zum Beruf und ging als Stipendiat ans Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen. “Ich glaubte damals, nur aufschreiben zu müssen, was ich weiß, um berühmt zu werden”, schildert er seinen Überschwang. “Es dauerte lange, bis ich merkte, daß andere meine Ideen schon vorgestellt hatten.”
Über das Sehen habe er viel aus Büchern von Filmemachern gelernt. “Da stehen Sachen über Augenbewegungen drin, von der die Wissenschaft nichts wußte.” Wie erfassen Menschen eine Szene? Wohin blicken sie zuerst? Auch von der Malerei läßt sich profitieren, zum Beispiel beim perspektivischen Sehen oder bei den Farben.
Vor 20 Jahren drohte von der Malsburg, im akademischen Mittelbau zu versauern. Sein Gebiet führte damals ein Schattendasein, der Bochumer redet vom “neuronalen Winter”. Weltweit arbeiteten gerade mal ein paar Dutzend Wissenschaftler an diesen Dingen. Mitte der achtziger Jahre änderte sich das schlagartig. Ursache waren nicht nur zwei bahnbrechende Arbeiten aus den USA, sondern auch das klägliche Versagen der Informatiker, künstliche Intelligenz zu erschaffen. Glaubten die meisten von ihnen zunächst, sie bräuchten nur einen leistungsfähigen Computer geschickt zu programmieren, um eine denkende Maschine zu kreieren, so besannen sich nun viele auf die Natur und begannen, den Geheimnissen des Gehirns nachzuspüren.
Binnen kurzem schossen Institute aus dem Boden. Aus den wenigen Forschern wurden an die 4000. Von der Malsburg kam mit Veröffentlichungen groß raus, die nicht mehr ganz druckfrisch waren, aber erst durch die Hausse dieser Forschungsrichtung anerkannt wurden: 1988 erhielt er – bereits 46 Jahre alt – den Ruf auf eine Professur in Los Angeles, zwei Jahre danach folgte Bochum. “Ohne den Aufschwung der Neuroinformatik hätte es auch anders kommen können”, räumt er ein. Seine Karriere sei zu einem guten Teil Glücksache gewesen.
Heute ist er vielbeschäftigt. In den deutschen Semesterferien fliegt er in die USA, um in Los Angeles zu lehren. Seiner Frau gefalle es dort sowieso besser, und Kinder haben die Malsburgs nicht. Für Urlaub bleibe ihm indes keine Zeit – zumal er noch ein Computerprogramm zur Erkennung von Gesichtern über eine eigene Firma in Bochum und eine weitere in Kalifornien vertreibe.
Die Software, die auf den Bildern einer Videokamera Personen identifiziert, kaufen vor allem Banken, die damit den Zugang zu ihren Rechenzentren kontrollieren. “50 Installationen haben wir inzwischen draußen”, sagt Wolfgang Konen, Mitarbeiter in von der Malsburgs Bochumer Zentrum für Neuroinformatik GmbH. Eine Version der Software hilft auch bei der Verbrecherjagd: Aus dem Polizeiarchiv sucht “Phantomas” jene Bilder heraus, die einer Phantomzeichnung am ähnlichsten sind. Die Kriminalpolizei von Dortmund, Warschau und im kalifornischen Santa Ana ist gerade dabei, das Programm unter Praxisbedingungen zu testen.
Die Bochumer Software sortiert die Grauwerte Zehntausender von Bildpunkten, die die Videokamera liefert, zunächst in ähnlicher Weise, wie die sogenannten einfachen Zellen der menschlichen Großhirnrinde etwa Signale vom Auge bearbeiten: Diese Zellen sind jeweils nur von einem kleinen Bereich der Netzhaut erregbar und sprechen vor allem auf Lichtstreifen in einer bestimmten Richtung an.
Analog konzentriert sich das Bochumer Programm auf mehrere festgelegte Stellen im Gesicht. An diesen Erkennungspunkten analysiert es die Helligkeit und spürt Kanten auf. Diese Daten erstellt der Computer für jedes Gesicht, das er registriert, und speichert sie ab. Erfaßt die Videokamera einen neuen Kopf, so sucht der Rechner seine Datenbank auf Übereinstimmungen durch. Findet er dabei ein Gesicht mit vielen Ähnlichkeiten meldet er: “Person erkannt”.
Stolz erzählt von der Malsburg, seine Software habe in den USA einen Wettbewerb in automatischer Gesichtserkennung gewonnen, wobei sich sogar das berühmte Massachusetts Institute of Technology geschlagen geben mußte. Ausgeschrieben wurde die Konkurrenz vom Militär, vom Army Research Laboratory, das den Teilnehmern dann digitalisierte Fotos zuspielte. Die Programme sollten erkennen, ob Personen mehrfach auftauchten. Bei den 3800 Portraits, die die Bochumer Software zu durchstöbern hatte, lag die Fehlerquote unter fünf Prozent. Selbst als dieselbe Person einmal von vorne und einmal im Profil abgelichtet war, lag von der Malsburgs Software meist richtig. Gegenwärtig arbeitet der Professor mit seinem Team daran, die Software so weiter zu entwickeln, daß die meisten Menschen auch dann erkannt werden, wenn sie vor laufender Videokamera durch eine Tür gehen.
Um mir das zu demonstrieren, stellt sich von der Malsburg als Versuchskaninchen zur Verfügung. Als er das erste Mal zur Tür hereinkommt, mag sich die Software nicht festlegen und meldet: “Person nicht erkannt”. Im zweiten Anlauf klappt es. Mich hingegen verwechselt der Computer mit einem Mitarbeiter am Lehrstuhl. Auch beim zweiten Versuch irrt der Rechner: Diesmal tippt er auf einen anderen Institutsangehörigen.
Der 57jährige zeigt sich von dem Mißerfolg nicht im mindesten beeindruckt. “In zehn Jahren wird die technische Welt sehen können”, prophezeit er fröhlich. “Und die Nase wird vorne haben, wer über die größten Datenbanken für Beispiele verfügt.”
Als Neuroinformatiker setzt der Bochumer darauf, daß Computer wie Gehirne lernen. Dazu bauen Programme Netze virtueller Neuronen auf, die die Information in ähnlicher Weise aufnehmen und speichern wie die Nervenzellen in unserem Kopf. Bisher brauchen die Elektronenhirne noch sehr viele Beispiele, um sich etwas zu merken oder gar Schlüsse zu ziehen. Menschen reicht hingegen häufig ein Einzelfall. “Wessen Freund von einem Tiger gefressen wurde, der weiß ein für allemal, daß die Raubkatze gefährlich ist”, meint der Professor und hat wieder sein spöttisch wirkendes Lächeln auf den Lippen.
Die Hirnforschung könnte schon viel weiter sein, wenn sie Theorien entwickle und die dann mit Experimenten zu belegen versuche, behauptet von der Malsburg. In der Physik habe dieser Ansatz zu durchschlagenden Erfolgen geführt. Doch die theoriefeindlichen Biologen, die die Hirnforschung beherrschen, ließen nur Experimente gelten. “Selbst wenn sie meine Modelle im Versuch nachweisen, zitieren sie mich meist nicht in ihren Veröffentlichungen”, redet sich der sonst eher zurückhaltende Wissenschaftler in Rage.
Um den schnöden Experimentatoren seine Ideen nahezubringen, scheut er vor plakativen Analogien nicht zurück. Gemeinsam mit seinem Kollegen David Willshaw beschrieb er in einer wissenschaftlichen Arbeit an Beispiel des Teehandels, wie sich beim Embryo die Neuronen des Auges mit dem Gehirn verschalten: Händler aus verschiedenen Regionen Indiens fahren nach Großbritannien, um die Mischung aus ihrer Heimatstadt zu verkaufen, die sie aus Teeblättern der umliegenden Plantagen zusammengemixt haben. Die Tees benachbarter Verkäufer unterscheiden sich daher relativ wenig. Auch die Kunden im Königreich entwickeln im Laufe der Zeit ein regionales Geschmacksmuster für bestimmte Teesorten. Jeder Teehändler sucht deshalb zuerst die Städte auf, in denen er seinen Tee am besten losschlagen kann. So bilden sich Geschäftsverbindungen zwischen Regionen in Indien und Großbritannien: Benachbarte Gebiete im Königreich beziehen ihren Tee von benachbarten Gebieten in Indien.
In analoger Weise – so die von der Malsburg/Willshawsche These – verknüpfen sich die Neuronen einer Netzhaut-Region vorzugsweise mit jenen Neuronen, die in einer bestimmten Gehirn-Region angesiedelt sind. Die Rolle der Teesorten übernehmen elektrische Impulse der Nervenzellen.
Daß es eines Tages gelingt, die großen Geheimnisse des Gehirns zu lüften, liegt für den Physiker auf der Hand: “Dann wird es uns furchtbar einfach vorkommen. Manche werden sogar enttäuscht sein, wie einfach.” Und er legt noch eins drauf: “Ich wüßte nicht, was uns davor retten sollte, daß denkende Maschinen kommen.”
In der Großhirnrinde gibt es mehr als zehn Milliarden Neuronen, von denen jede über 1000 bis 10000 Verbindungen zu anderen Neuronen – sogenannten Synapsen – verfügt. “Traut man jeder Synapse einen Rechenschritt pro Sekunde zu, ist unser Hirn zwar heute noch etwa tausendmal schneller als jeder Computer.”
Doch durch den rasanten Fortschritt der Computerindustrie sei dieser Vorsprung bereits in wenigen Jahren aufgeholt, glaubt der Neuroinformatiker. Wenn es so weit sei, würden wir Menschen “ganz fürchterlich von unserem Thron gestoßen”. Unser Selbstbewußtsein werde diese Entwicklung weit mehr erschüttern als die Einsicht, daß die Erde nicht der Mittelpunkt der Welt ist, meint der Professor.
Für Christoph von der Malsburg ist das Streben nach Erkenntnis die einzige Existenzberechtigung des Menschen – und dazu gehöre es eben auch, das Gehirn zu erforschen. Ein einzelner könne das freilich nicht schaffen. Aber Wissenschaft sei ja ein kollektiver Prozeß. Die zunehmende Personifizierung in der Wissenschaft ist ihm ein Dorn im Auge. Bei vielen Kollegen mache sich eine “Nobelitis” breit, bemängelt er. Jeder wolle so bedeutend wie Albert Einstein werden oder es wenigstens zum Nobelpreis bringen. Dabei habe selbst Einstein in vielfältiger Weise auf Vorarbeiten anderer gebaut.
Auch wenn seine Mitarbeiter ihm einen kollegialen Stil bestätigen – ganz losgelöst vom Entdecker und Urheber sieht der Bochumer den Fortschritt der Wissenschaft dann doch nicht: “Ich würde mich furchtbar ärgern, wenn jemand anderes ohne meine Teilhabe das Funktionieren des Gehirns entschlüsselt.”
Wolfgang Blum / Christoph von der Malsburg
