Tim Vogels: Der ISTA-Forscher, der die Energie des Denkens entschlüsseln soll

Drei Millionen US-Dollar fließen an den Neurowissenschaftler Tim Vogels vom Institute of Science and Technology Austria (ISTA). Mit dem Geld soll er herausfinden, wie das Gehirn seine Energie verteilt und warum dieser Haushalt bei Krankheiten aus dem Gleichgewicht gerät. Die Förderung ist Teil eines größeren internationalen Projekts zur Gehirnforschung, dessen Gesamtvolumen 80 Millionen US-Dollar beträgt.

Finanziert wird das Vorhaben von der Simons Foundation mit Sitz in New York.

An dem Vorhaben beteiligen sich 26 Forschende, die aus den USA, Österreich, Großbritannien und Norwegen stammen. Die Laufzeit ist auf zehn Jahre angelegt – ein Zeitraum, in dem noch kein fertiges Produkt oder marktreifes Ergebnis zu erwarten ist, sondern Grundlagenarbeit an Computermodellen.

Wie Vogels die Energie des Gehirns modelliert

Das menschliche Gehirn verbraucht rund 20 Watt Energie und beansprucht damit etwa ein Fünftel der gesamten Körperenergie, obwohl es nur einen Bruchteil des Körpergewichts ausmacht. Genau an dieser Stelle setzt Vogels an: Seine Gruppe am ISTA entwickelt Computermodelle, die den Energiestoffwechsel in den Mitochondrien der Zellen mit der tatsächlichen Aktivität von Nervenzellen verknüpfen.

Im Zentrum der Arbeit steht die Frage, wie Nervennetzwerke auf Phasen reagieren, in denen zu wenig oder zu viel Energie zur Verfügung steht. Vogels modelliert dafür die Energiekosten unterschiedlicher Gehirnzustände wie Lernen, Denken, Ruhen und Träumen.

Zusammen mit Gruppen an der Stanford University, dem Allen Institute und der Universität Oslo soll daraus ein Modell größerer Neuronennetzwerke entstehen, das zeigt, wie Energieverfügbarkeit das Lernen beeinflusst.

Eine Theorie, die vor der Förderung bereits stand

Vogels ist kein Neueinsteiger in diesem Feld. Er hat bereits eine Theorie entwickelt, wie sogenannte inhibitorische Verbindungen im Gehirn lernen, also jene Nervenzellen, die die Aktivität anderer Zellen bremsen.

Jüngst hat er zudem vorgeschlagen, dass Neuronen überschüssige Energie gezielt durch eine Erhöhung ihrer eigenen Aktivität abbauen, um sich vor schädlichen Nebenprodukten eines zu langsamen Stoffwechsels zu schützen. Diese Idee bildet nun einen Ausgangspunkt für die neuen Modelle, die im Rahmen des Projekts entstehen sollen.

Warum der Energiehaushalt für Krankheiten relevant ist

Die Energieverfügbarkeit im Gehirn ist kein konstanter Wert. Sie schwankt bei chronischen Erkrankungen wie Diabetes, bei Sauerstoffmangel oder während einer Schwangerschaft. Das Team will deshalb auch untersuchen, wie Neuronen und Glia-Zellen auf kurzfristige Veränderungen der Energiemetaboliten reagieren.

Zusätzlich wurden nach der Stimulation höhere Glutamatwerte im dorsolateralen präfrontalen Kortex gemessen. Solche Befunde liefern einen Hinweis darauf, warum Energieprozesse im Gehirn auch für neurologische Erkrankungen bedeutsam sein könnten – in Deutschland sind etwa rund 220.000 Menschen von Parkinson betroffen.

Was als Nächstes kommt

Für Leser bedeutet das Projekt zunächst Geduld: Ein marktreifes Ergebnis oder eine neue Therapie ist in den kommenden Jahren nicht zu erwarten. Stattdessen entstehen Computermodelle, die Grundlagenwissen liefern sollen, auf dem andere Forschungsgruppen später aufbauen können. Ob daraus eines Tages neue Ansätze für Krankheiten mit gestörtem Energiehaushalt im Gehirn hervorgehen, wird sich erst im Verlauf der Zusammenarbeit zeigen.

Bild: Symbolbild, KI-erzeugt.