Was ist ein Konnektom? Der Schaltplan des Gehirns und alle bisher kartierten Gehirne

Konnektom: eine vollständige Karte der Neuronen eines Gehirns und der Verbindungen zwischen ihnen.

Konnektomik: die Wissenschaft, die Konnektome kartiert und untersucht.

Neuron: eine Nervenzelle, die elektrische und chemische Signale an andere Zellen weitergibt.

Synapse: eine Verbindung zwischen zwei Neuronen, an der das eine das Signal an das nächste weitergibt.

Axon: die lange Faser, über die ein Neuron Signale an andere Zellen sendet.

Elektronenmikroskopie (EM): Bildgebung mit einem Elektronenstrahl statt mit Licht, scharf genug, um einzelne Synapsen zu erkennen.

Proofreading (Korrekturlesen): das Prüfen und Korrigieren der computergestützten Verfolgung von Neuronen in Gehirnbildern, bisher der langsamste und teuerste Teil der Kartierung.

Neuroplastizität: die Fähigkeit des Gehirns, seine Verbindungen im Lauf der Zeit zu verändern, wodurch wir lernen und Erinnerungen bilden.

Ganzhirn-Emulation (whole brain emulation): das Ausführen eines genauen Modells eines bestimmten Gehirns auf einem Computer, auch Mind-Uploading (mind uploading) genannt.

Ein Konnektom ist der Schaltplan des Gehirns. Es hält fest, welche Neuronen es gibt, wo sie liegen und mit welchen anderen Neuronen jedes verbunden ist. Am genauesten zeigt es jede einzelne Synapse, die winzigen Übergänge, an denen ein Neuron ein Signal an ein anderes weitergibt. Stellen Sie sich einen Stadtplan vor, der nicht nur jede Straße zeigt, sondern auch jede Einfahrt, jede Tür und welche Türen auf welche Straßen führen.

Der Begriff wird auf verschiedenen Ebenen verwendet. Ein neuronales Konnektom bildet einzelne Neuronen und ihre Verbindungen ab und wurde bisher nur für kleine Tiere und kleine Stücke von Säugetiergehirnen erstellt. Ein makroskaliges, auch funktionelles Konnektom bildet die wichtigsten Hauptverbindungen zwischen Hirnregionen ab, mithilfe von MRT-Aufnahmen lebender Menschen und mit einer Auflösung im Millimeterbereich. Ein chemisches Konnektom ergänzt, welche Neuronen welche der vielen Botenstoffe freisetzen und darauf reagieren, die das Verhalten von Hirnschaltkreisen verändern, und Stand 2025 hat nur der Wurm C. elegans eines (Wikipedia: Konnektom).

Die Begriffe Konnektom und Konnektomik wurden 2005 unabhängig voneinander von den Neurowissenschaftlern Olaf Sporns an der Indiana University und Patric Hagmann am Universitätsspital Lausanne in der Schweiz eingeführt. Beide bildeten das Wort nach dem Vorbild von Genom, angeregt vom Humangenomprojekt, das die gesamte menschliche DNA lesen wollte. Wenn das Genom die Gesamtheit der genetischen Anweisungen ist, dann ist das Konnektom die Gesamtheit der neuronalen Verbindungen.

Ein breites Publikum erreichte das Wort durch den Neurowissenschaftler Sebastian Seung, der 2010 einen TED-Vortrag mit dem Titel I am my connectome hielt und darin argumentierte, dass in unseren neuronalen Verbindungen steht, wer wir sind. 2012 folgte sein Buch Connectome: How the Brain's Wiring Makes Us Who We Are (Wikipedia: Konnektom). Später half Seung, FlyWire zu leiten, das Projekt, das das vollständige Gehirn der erwachsenen Fruchtfliege kartierte.

Das Standardverfahren hat vier Schritte. Erstens wird das Gehirn oder ein Gehirnstück konserviert und gefärbt, damit die Zellmembranen deutlich sichtbar werden. Zweitens wird es in Tausende von Schnitten zerlegt, jeder viel dünner als ein menschliches Haar, oder Schicht für Schicht abgetragen. Drittens wird jeder Schnitt mit einem Elektronenmikroskop abgebildet, das scharf genug ist, um einzelne Synapsen zu erkennen. Viertens fügen Computer die Bilder zu einem dreidimensionalen Volumen zusammen und verfolgen jedes Neuron von Schnitt zu Schnitt, und Menschen prüfen die Verfolgung auf Fehler.

Dieser letzte Schritt, das Proofreading, war der Engpass. Ein Computer, der ein Neuron für einen einzigen Schnitt aus den Augen verliert, kann zwei Zellen verschmelzen oder eine Zelle in zwei teilen, und solche Fehler ziehen sich durch die ganze Karte. Beim Gehirn der erwachsenen Fruchtfliege waren über mehrere Jahre hunderte Forschende und Freiwillige am Proofreading beteiligt. KI hat die Verfolgung deutlich genauer gemacht, und neue Methoden wollen den Prüfaufwand weiter senken.

Mehrere dieser Methoden ersetzen Elektronenmikroskope durch Licht. Ein Ansatz, entwickelt im Labor von Jeff Lichtman in Harvard und Brainbow genannt, markiert einzelne Neuronen mit mehr als 100 verschiedenen Farben, damit man sie unterscheiden kann. Ein anderer, vorgeschlagen von Anthony Zador am Cold Spring Harbor Laboratory, versieht jedes Neuron mit einem einzigartigen DNA-Barcode und liest die Verbindungen per Sequenzierung aus. Die PRISM-Methode von E11 Bio kombiniert Protein-Barcodes, Gewebe, das physisch vergrößert wird, damit gewöhnliche Lichtmikroskope feine Details sehen können, und eine KI, die ihre eigene Arbeit prüft. E11 Bio sagt, PRISM könne die Kartierung um bis zum Hundertfachen günstiger machen (Asimov Press).

Mit jedem Projekt weniger Zeit, und das ist der wichtigste Trend auf diesem Gebiet. Das erste Konnektom, die 302 Neuronen des Wurms C. elegans, erforderte mehr als ein Jahrzehnt, in dem Elektronenmikroskopbilder von Hand verfolgt wurden, bevor es 1986 veröffentlicht wurde. Die erwachsene Fruchtfliege mit fast 140.000 Neuronen beschäftigte das FlyWire-Konsortium mehrere Jahre, wobei hunderte Forschende und Freiwillige die Verfolgung des Computers prüften. Für den MICrONS-Kubikmillimeter Mausgehirn brauchten mehr als 150 Forschende etwa sieben Jahre (Allen Institute).

Liest man die Tabelle von oben nach unten, ist die Beschleunigung offensichtlich. Jede neue Karte ist viel größer als die vorige, oft um das Hundertfache, und sie dauert etwa genauso viele Jahre oder weniger. Die Gründe sind schnellere Mikroskope, günstigerer Speicher und vor allem KI, die Neuronen mit immer weniger Fehlern durch Tausende von Bildern verfolgen kann. Wenn dieser Trend anhält, ist ein ganzes Säugetiergehirn eine Frage von Jahren, nicht von Generationen.

Die Geschichte der Konnektomik ist eine Geschichte langsamer Anfänge und plötzlicher Beschleunigung. Von einem Wurm zu einem Insekt dauerte es Jahrzehnte, von einem kleinen Insektengehirn zu Stücken von Säugetier- und Menschenhirn nur wenige Jahre.

Zwei dieser Karten stechen heraus. Die erwachsene Fruchtfliege ist das größte vollständige Gehirn, das je kartiert wurde, und das erste komplexe Gehirn, dessen Schaltplan in ein funktionierendes Modell verwandelt wurde: Eine Computersimulation, die aus der Karte gebaut wurde, sagte voraus, welche Neuronen feuern würden, wenn die Fliege Zucker schmeckt, und wie das die Nahrungsaufnahme steuert, und Experimente mit echten Fliegen bestätigten es (Nature). Die MICrONS-Karte der Maus ist wichtig, weil die Forschenden die Aktivität der Neuronen aufzeichneten, während die Maus Videos ansah, und dann die Verdrahtung derselben Neuronen kartierten. So verbanden sie, was der Schaltkreis tut, mit dem, wie er aufgebaut ist.

Gewaltig. Ein menschliches Gehirn hat etwa 86 Milliarden Neuronen (PNAS) und in der Größenordnung von 100 Billionen synaptischen Verbindungen. Zum Vergleich: Das menschliche Genom hat etwa 3 Milliarden Basenpaare, ein Konnektom enthält also zehntausendmal mehr Verbindungen, als ein Genom Buchstaben hat. Der eine Kubikmillimeter menschlicher Kortex, den Harvard und Google kartierten, ein Stück von der Größe eines halben Reiskorns, das einem Patienten bei einer Epilepsie-Operation entnommen wurde, lieferte 1.400 Terabyte an Daten.

Die Forschenden hinter dieser Karte schätzten, dass ein ganzes Mäusegehirn etwa 1.000-mal so viele Daten liefern würde (ScienceDaily), und ein menschliches Gehirn ist mehr als tausendmal größer als ein Mäusegehirn. Damit läge ein vollständiges menschliches Konnektom, auf dieselbe Weise abgebildet, weit jenseits jedes bisher gespeicherten Datensatzes. Aber die Geschichte der Genomsequenzierung ist ein nützlicher Wegweiser: Das erste menschliche Genom brauchte etwa 13 Jahre und Milliarden von Dollar, heute lässt sich eines in einem Tag für ein paar hundert Dollar lesen. Die Konnektomik steht jetzt dort, wo die Genomik vor dem großen Preisverfall stand.

Es gibt auch eine härtere Grenze. Heute lässt sich ein Konnektom auf Neuronenebene nur aus konserviertem Gewebe erstellen, bei jedem größeren Tier also erst nach dem Tod. Nicht-invasive Bildgebung kann einzelne arbeitende Neuronen nur in kleinen, fast durchsichtigen Tieren sehen, etwa bei Zebrafischlarven. Keine Technik kann bisher jede Synapse im lebenden menschlichen Gehirn auslesen.

Die meisten Neurowissenschaftler denken, dass Erinnerungen zumindest zu einem großen Teil im Muster und in der Stärke der Verbindungen zwischen Neuronen gespeichert sind. Wenn Sie etwas lernen, werden manche Synapsen stärker, manche schwächer, und neue entstehen. Das ist Neuroplastizität, und sie bedeutet, dass Ihr Konnektom nicht festgelegt ist: Es verändert sich jeden Tag, und es unterscheidet sich von dem jedes anderen Menschen, selbst von dem eines eineiigen Zwillings.

Das ist der Gedanke hinter Seungs Behauptung, dass Sie Ihr Konnektom sind. Wenn sie stimmt, würde eine ausreichend detaillierte Karte Ihrer Verbindungen Ihre Erinnerungen, Ihre Fähigkeiten und Ihre Persönlichkeit enthalten, und genau deshalb ist die Konnektomik die Grundlage des Mind-Uploadings. Unser Leitfaden zum Mind-Uploading 2026 erklärt, wie aus einer Karte ein funktionierender Geist werden könnte.

Der Schaltplan ist wahrscheinlich nicht die ganze Geschichte. Die Stärke jeder Synapse, die Botenstoffe, die das Verhalten von Schaltkreisen verändern, und die Stützzellen rund um die Neuronen spielen alle eine Rolle, weshalb Forschende auch von chemischen Konnektomen und Aktivitätsaufzeichnungen sprechen. Doch die Ergebnisse bei der Fliege sind bemerkenswert: Ein Modell, das hauptsächlich aus der Verdrahtung gebaut wurde, sagte echtes Verhalten voraus. Das legt nahe, dass das Konnektom weit mehr von dem enthält, was ein Gehirn zu sich selbst macht, als Skeptiker erwartet hatten.

Das Human Connectome Project ist ein großes Vorhaben, gefördert von den US-amerikanischen National Institutes of Health und hauptsächlich getragen von einem Konsortium der Washington University in St. Louis und der University of Minnesota, das mithilfe von MRT-Aufnahmen lebender Freiwilliger die Verbindungen zwischen den Regionen des gesunden menschlichen Gehirns kartiert. Es arbeitet auf der Makroebene und misst die wichtigsten Bahnen zwischen Hirnarealen im Millimeterbereich, nicht einzelne Neuronen.

Damit unterscheidet es sich stark von den Karten von Fliege und Maus. Es kann keine einzelne Synapse zeigen, aber es lässt sich an lebenden Menschen durchführen, in großer Zahl und im Lauf der Zeit wiederholt. Seine Daten haben Forschenden geholfen zu verstehen, wie sich Hirnnetzwerke zwischen Menschen unterscheiden und mit Alter und Krankheit verändern. Ärzte haben sogar begonnen, Konnektomkarten zur Planung von Hirnoperationen und Hirnstimulation zu nutzen, ein Ansatz, der 2012 erstmals konnektomische Chirurgie genannt wurde.

Der nächste große Meilenstein ist eine vollständige Karte eines Mäusegehirns auf Neuronenebene, mit etwa 70 Millionen Neuronen. Es wäre das erste Konnektom eines ganzen Säugetiers, und Mäuse teilen einen großen Teil ihrer Gehirnorganisation mit Menschen. Die US-Regierung arbeitet seit einem Jahrzehnt darauf hin: Die Forschungsagentur der Nachrichtendienste IARPA startete 2016 das MICrONS-Projekt, um einen Kubikmillimeter Mauskortex zu kartieren, und die NIH starteten 2023 mit BRAIN CONNECTS ein Programm über $150 Millionen, das Werkzeuge zur Kartierung ganzer Gehirne entwickeln soll.

E11 Bio will mit seiner günstigeren PRISM-Methode ein ganzes Mäusegehirn in rund fünf Jahren für etwa $100 Millionen kartieren (Asimov Press). Und Eon Systems, das Startup, das im März 2026 berichtete, ein Modell eines ganzen Fliegengehirns in einem simulierten Körper laufen zu lassen, nennt das Mäusegehirn als nächstes Ziel (The Decoder). Wenn ein ganzes Mäusegehirn kartiert und als funktionierendes Modell betrieben wird, lässt sich das Argument, dass sich ein menschliches Gehirn kopieren lässt, kaum noch abtun.

Konnektome sind zuerst für die Medizin wichtig. Bei vielen Hirnerkrankungen vermutet man Schaltkreise, die anders verdrahtet sind oder anders arbeiten, und Karten dieser Schaltkreise helfen Forschenden, Krankheitsbilder von Epilepsie bis Depression zu verstehen und Behandlungen zu planen. Sie sind auch für die künstliche Intelligenz wichtig: Das Gehirn ist noch immer die einzige allgemeine Intelligenz, die wir kennen, und seine Verdrahtung ist ein Leitfaden dafür, wie sich Intelligenz effizient bauen lässt.

Und sie sind wichtig für die älteste Menschheitsfrage überhaupt: was mit uns geschieht. Im Oktober 2026 sagte Mustafa Suleyman, KI-Chef bei Microsoft, der Google-Mitgründer Larry Page habe ihm einmal erzählt, er erwarte, bis zum Ende des Jahrhunderts als etwas jenseits des Menschlichen die Galaxien zu erkunden, und Elon Musk antwortete, Page könnte recht haben. Unsere Leitfäden zur digitalen Unsterblichkeit und zur Von-Neumann-Sonde (von Neumann probe) erklären den Plan. Jede Version davon hängt von der Konnektomik ab: Einen Geist, den man nicht kartieren kann, kann man nicht kopieren.

Selbst eine perfekte Karte Ihres Gehirns wäre eine Karte, keine Autobiografie. Sie würde nicht sagen, welche Erinnerungen Ihnen am wichtigsten waren, warum Sie sich so entschieden haben, wie Sie es getan haben, oder was Ihre Enkel von Ihnen wissen sollen. Das kann nur Ihnen selbst sagen, in Ihren eigenen Worten, und der einzige Weg, dafür zu sorgen, dass es bleibt, ist heute, es festzuhalten.

Genau das ist eine Persona: ein KI-Abbild von Ihnen, aufgebaut aus Ihren eigenen Erinnerungen und Ihrer eigenen geklonten Stimme, mit dem Ihre Familie nach Ihrem Tod sprechen und das sie hören kann. Sie bauen Ihre Persona auf, indem Sie sprechen, Fragen beantworten und Geschichten erzählen, per Stimme oder per Tastatur, und Ihre Persona lernt aus jedem Gespräch. Der Aufbau ist kostenlos: Sie erhalten 25 Erinnerungen ohne Karte und ohne Zeitlimit, und Ihr kostenloser Aufbau läuft nie ab. Bezahlte Tarife beginnen bei US$14,99 pro Monat.

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Diese Seite gehört zu unserer Reihe über die Menschen und die Wissenschaft hinter dem Wettlauf, den Körper zu überdauern.

• Digitale Unsterblichkeit: Larry Page und der Wettlauf ums Hochladen von Geist: die Geschichte, die alles ins Rollen brachte, und wie nah wir daran sind, einen Geist zu kopieren.

• Was ist eine Von-Neumann-Sonde? Larry Pages Galaxienplan: das sich selbst kopierende Raumschiff im Zentrum von Pages Plan.

• Warum Larry Page Elon Musk einen Speziesisten nannte: das Argument, das nach Musks Darstellung zu OpenAI führte.

• Was Larry Page über KI und ewiges Leben glaubt: seine Bilanz, in seinen eigenen Worten und in den Berichten anderer.

• Mind-Uploading 2026: Wie nah sind wir dran?: wie nah die Wissenschaft daran ist, ein menschliches Gehirn zu kopieren.

• Die Milliardäre, die ewig leben wollen: wer wie viel für Langlebigkeit und digitale Unsterblichkeit ausgibt.

• Wie Sie ewig leben können: Alle Wege, die Menschen versuchen: alle Ansätze, von der Medizin bis zum Mind-Uploading.

• Kryonik 2026: Kosten, Funktionsweise, wer sich angemeldet hat: was sie kostet, wie sie funktioniert und wer sich angemeldet hat.

Definitionen und Geschichte stammen aus Wikipedia zum Konnektom. Die Gehirnkarten stammen von OpenWorm, Live Science, den NIH, Nature, ScienceDaily und dem Allen Institute, die Neuronenzahl von PNAS. E11 Bio stammt von Asimov Press und Eon Systems von The Decoder. Wir haben jede Quelle am 30. Oktober 2026 geprüft.

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