Transkript: Künstliche Intelligenz, Viren gegen Bakterien und Kultur bei Tieren

Transkript zum Mitlesen:

Neuromorphe Prozessoren, Viren, die für Antibiotika einspringen, und Kultur bei Kohlmeisen!

Hallo und herzlich Willkommen zur minus ersten Folge von „Expedition in die Forschung“, unserem neuen Podcast!

Minus erste Folge, weil das hier noch keine vollständige Folge ist, sondern so eine Art Vorgeschmack.

Wenn es richtig los geht, dann besuchen wir Forschende in ihren Instituten – also vermutlich hauptsächlich digital und remote – und sprechen mit Ihnen über die Forschung, Hintergründe und so weiter. Im Hauptteil einer Folge erzählen wir Euch dann jeweils eine dieser spannenden Geschichten.

Heute wollen wir aber von Euch wissen, wohin die Entdeckungsreise denn gehen soll!

In den letzten Tagen habe ich angefangen kleine YouTube „Shorts“ zu drehen, und Videos, die ich auch auf Social Media geteilt habe. Und in jedem dieser Videos habe ich ein Thema vorgestellt. Bzw. eine Pressemitteilung herausgesucht, die ich dann vorgestellt habe.

Und für das Video heute, bzw. für die minus erste Folge unseres Podcasts, habe ich mir die drei wahrscheinlich spannendsten davon ausgesucht, und dann könnt ihr entscheiden, welches Thema davon Euch am besten gefällt.

Ich bin übrigens Dennis und das ist mein Kumpel Bart.

Hallo!

Wir sind beide Neurowissenschaftler und reden aber auch sonst gerne über Wissenschaft im Allgemeinen.

Dann kommen wir mal zu den drei Themen für heute, die ganz frisch aus den Pressestellen der Unis kommen, aber noch nicht ganz von uns durchrecherchiert sind, Dennis.

Aber vielleicht könnt Ihr uns sagen welches Euer Lieblingsthema ist, das wir dann in mehr Tiefe behandeln.

Ja, dann fang ich mal an! Diese Mitteilung kam von der TU Graz und es geht um Künstliche Intelligenz!

Die derzeit führende Geschmacksrichtung von künstlicher Intelligenz sind die „neuronalen Netzwerke“. Die heißen so, weil die Idee, die dahintersteckt – nämlich viele einzelne Prozessoren miteinander zu verschalten – vom Gehirn abgeguckt ist. Da sind ja auch viele Hirnzellen miteinander verschaltet.

Aber, obwohl die Idee vom Gehirn abgeguckt ist, reicht die Leistung der künstlichen neuronalen Netzwerke noch lange nicht an die des Gehirns heran. Verglichen mit dem menschlichen Gehirn sind die benötigten Computer gigantisch groß, super lahm, und brauchen sehr viel Energie. Das menschliche Gehirn dagegen verbraucht nur 20 Watt in einer Sekunde, in der es eine Billionen Rechenoperationen durchführt. Und die Energie, die das Gehirn am Tag verbraucht entspricht etwa einem Mittagessen.

Aber Forscher und Forscherinnen sind ja schlau. Deshalb suchen sie jetzt noch mehr Prinzipien vom Gehirn auf die neuronalen Netzwerke zu übertragen. Das finde ich persönlich besonders spannend!

Und da hat man sich angeschaut, wie Neuronen untereinander Informationen austauschen. Und Neurone benutzen dafür „Aktionspotentiale“. Das sind winzige elektrische Spannungsspitzen, oder auch „Spikes“, die sich die Zellmembran entlang bewegen.

Und das effiziente daran ist, dass nicht nur die Spikes selbst Information tragen, sondern auch die Pausen dazwischen. Also – wie bei Menschen – ein Neuron kann nicht nicht-kommunizieren – sagt also auch dann viel, wenn es keine Energie verbraucht. Beim klassischen Computer ist das anders.

So, und die TU Graz meldet jetzt, dass Professor Wolfgang Maass und sein Mitarbeiter Christoph Stöckl gezeigt hätten, dass sich eine Hardware entwickeln ließe, die das gleiche Prinzip anwendet. Diese „neuromorphen“ Prozessoren wären fast so leistungsfähig wie herkömmliche Technik, aber viel energiesparender.

Und das wäre natürlich super!

Damit können wir mehr BitCoins mappen.

Ja, ganz genau, BitCoins, darum gehts.

Ja, ich habe immer schon gedacht, so, wenn die – also, bei ganz vielen Sachen irgendwie bei neuronalen Netzwerken, dass die da eigentlich noch viel mehr vom Gehirn übernehmen könnten.

Die Evolution passt das Leben ständig an. Einige Coronaviren können unserem Immunsystem jetzt entgehen, andere nicht. Das ist biologischer Alltag und an sich gar nicht spannend.

Aber Viren sind ja nicht die einzigen Lebewesen, die uns schaden können. Es auch noch Bakterien. Und nicht selten bekämpfen wir die mit Antibiotika.

Doch Wissenschaftler schlagen immer wieder Alarm, wenn wir zu viele Antibiotika einsetzen. Denn Antibiotika können sogenannte Resistenzen hervorrufen.

Wie entsteht eine solche Resistenz? Man nimmt sein Antibiotikum nicht zuende – ganz gefährlich! – oder wir setzen es zum Beispiel in der Viehzucht ein und verwenden es durchgehend. Dabei können sich sogenannte resistente Stämme bilden, eben solche Bakterien, die nicht weiter mit Antibiotika bekämpft werden können.

Besonders gefährlich ist dies in Krankenhäusern. Ihr habt alle schon einmal von multiresistenten Bakterien gehört. Diese Bakterien reagieren auf eine Vielzahl von Antibiotika nicht mehr.

Hin und wieder haben wir noch ein funktionierendes Antibiotikum im Hintergrund, aber was ist, wenn das mal nicht mehr der Fall ist?

In solchen Fällen brauchen wir etwas Besseres. Und was wäre besser als der Feind unseres Feindes: Viren.

Viele Viren greifen nämlich Bakterien an, und werden als Bakteriophagen bezeichnet. Also als „Bakterienfressende“! In Wirklichkeit, können die garnix fressen, die Viren, aber die können Bakterien kaputt machen.

Das Gute an Bakteriophagen ist: sie sind sehr und greifen nur das Bakterium an, und nicht uns. Das Schlechte an ihnen ist: sie sind sehr spezifisch und greifen nur ein einziges Bakterium an, und nicht viele.

Wissenschaftler*Innen vom InfectoGnostics Forschungscampus Jena und der Firma PhagoMed haben nun einen Viren-Cocktail entwickelt, der über 100 Arten von Staphylokokkus-Bakterien angreift. Staphylokokken kennt ihr von Eurer normalen Halsentzündung, die aber auch mal eine fiese Seitenstrangangina werden kann.

Dazu kreuzten Sie verschiedene Viren und selektierten jene aus, die besonders wirksam gegen die Staphylokokkenbakterien waren.

Ja, dazu möchte ich noch was sagen. Und zwar habe ich ja diese kurzen Videos vorher gemacht und ich hatte mich da vertan und versehentlich gesagt, dass alle die Stämme, die die getestet hätten multiresistente Stämme gewesen wären. Das stimmt aber so nicht, die haben 110 Stämme getestet, davon waren 43% multiresistente Stämme. Gewirkt hat dieser Virencocktail gegen über 100, genau 101, Stämme insgesamt. Da waren also mit Sicherheit auch multiresistent Stämme bei. Aber ich denke das macht auch keinen großen Unterschied, weil es ja die Resistenz gegen Antibiotika hat ja nichts damit zu tun, ob die jetzt gegen diese Viren resistent sind, oder nicht

Aber würdest Du denn so einen Viren-Cocktail zu Dir nehmen?

Ja, also, ich würde mal sagen, würde ich jetzt im Krankenhaus liegen und hätte so einen multiresistenten Stamm und kein Antibiotikum hilft dagegen, dann würde ich auf jeden Fall schon sagen: ja klar, hau rein. Ich meine, die Bakteriophagen tun Menschen ja nichts. Das ist ja gleichzeitig das Gute und das Schlechte daran, dass die so spezifisch sind, diese Bakteriophagen.

Auf jeden Fall zeichnet sich damit eine neue Art der Bakteriellen Bekämpfung ab.

Ja, auf jeden Fall, und ich glaube das wäre auch viel erfolgversprechender, weil man die glaube ich besser anpassen kann an neue Bakterienstämme.

In der dritten und letzten Meldung für heute geht es nicht um Bakterienkulturen, sondern um Kohlmeisenkultur!

Damit meine ich nicht, dass wir jetzt Kohlmeisen in der Petrischale züchten, sondern, dass Kohlmeisen tatsächlich so eine Art Kultur schaffen können.

Wie nämlich eine Reihe Säugetiere und andere Vogelarten, sind auch Kohlmeisen dazu in der Lage, sozial zu lernen. Das heißt, sie können von ihren Artgenossen innerhalb der Gruppe Verhaltensweisen übernehmen. Und auch da Jungtiere diese Verhaltensweisen übernehmen, wird das also immer direkt auch gleich an die nächste Generation weitergegeben. Wir haben also eine Art kulturelle Tradition geschaffen, dadurch.

Jetzt haben sich Lucy Aplin und ihr Team am Max-Planck-Institut für Verhaltensbiologie die große Frage gestellt: wenn sich so ein Verhalten in einer Gruppe etabliert hat, können die Tiere dieses Verhalten dann auch noch ändern?

Und der Versuch ging so. Wir haben also eine Art „Rätselbox“, so nennen die das – nicht im Paper wahrscheinlich, aber definitiv in der Pressemitteilung haben sie das so genannt – und die kann automatisch erfassen, wie lange ein Vogel jeweils braucht, um da Futter aus der Box zu kriegen. Also, die müssen so eine Art Rätsel lösen und am Ende kriegen die Futter. Und die Box erfasst, welche Vogel braucht wie lange, um an das Futter zu kommen.

Dann haben sie ein paar Kohlmeisen genommen und denen einen etwas umständlichen Lösungsweg beigebracht, bzw. antrainiert, mit dem sie also dann diese Box gelöst haben. Die waren also langsamer als optimal gewesen wäre. Und die haben die auf verschiedene Gruppen von Kohlmeisen verteilt. Und dann haben diese Kohlmeisen, jeweils den anderen Gruppenmitgliedern diese Technik beigebracht, also diese komplizierte Technik, die Rätselbox zu lösen.

Sie hatten also insgesamt 18 von diesen Gruppen und dann haben sie 9 von diesen Gruppen genauso gelassen wie sie waren, die konnten also weiterhin ihr Futter aus dieser Box holen; über einen Monat hinweg hat man dann beobachtet, was da passiert. Und bei der zweiten Hälfte, also den anderen 9 Gruppen haben sie über die Zeit hinweg immer wieder neue Wildfänge zu den Gruppen hinzugetan. Also es gab immer wieder neue Mitglieder in diesen Gruppen.

Und das Ergebnis war, dass eigentlich alle Gruppen über die Zeit hinweg Erfindungen gemacht haben, bzw. auf effizientere Lösungen gekommen sind.

Aber, die Vögel in den Gruppen mit den Neuzugängen aus der Wildnis, haben die effizientere Lösung eher für die ganze Gruppe übernommen. Und zwar haben die Alteingesessenen die neue Lösung zwar erfunden, aber es waren die Neulinge, die dann eher die effizientere Lösung auch wirklich die ganze Zeit eingesetzt haben. Die Älteren sind auch immer wieder zu der älteren, komplizierten Methode zurück gegangen.

Und für die Gruppe hieß das dann, dass die im Mittel schneller an das Futter drangekommen sind. Und zwar die Gruppen, wo da regelmäßig neue Kohlmeisen dazugekommen sind.

Zeichnet sich damit bei den Kohlmeisen eine Art Bestätigungs-Bias ab? Also, dass bereits vorhandene Lösungen immer wieder verwendet werden, obwohl es inzwischen bessere Lösungen gibt? Ähnlich wie bei Menschen, die zu alten Meinungen zurückkehren, statt neue zu übernehmen?

Äh, ich weiß nicht ob das jetzt … also es scheint so zu sein, dass diese Kohlmeisen, weiterhin auch gerne die alte Methode weiterbenutzen und nicht automatisch die neue übernehmen. Für die neuen Kohlmeisen ist es dann so, dass sie die neue Methode übernehmen, weil das wahrscheinlich das erste ist, was sie beigebracht bekommen, oder weil es effizienter ist. Wahrscheinlich, weil sie keine Vorerfahrung haben, können sie da die Wahl treffen, schätze ich.

Wie das jetzt mit menschlichem Verhalten zu vergleichen ist, ist halt schwierig zu sagen, finde ich immer.

Naja, es ist halt immer spannend zu sehen, ob Tiere ein ähnliches Verhalten zu Menschen zeigen, und ob unter Umständen all dieses komplexe menschliche Verhalten sich auf einfache organismische Strukturen zurückführen lässt.

Das waren also die drei Meldungen für heute:

1. Neuromorphe Prozessoren

2. Viren statt Antibiotika

3. Progressive Kohlmeisen

Wir haben für jedes dieser Themen hilfreiche Links in den Show Notes und der Videobeschreibung untergebracht, die ihre am besten auf Euren Lieblings-Sozialen-Netzwerken teilen könnt. Und wenn ihr uns tagt wissen wir direkt, was Euch am besten gefallen hat!

Ja und auch in Zukunft werden die Podcast-Folgen mit solchen kurzen Meldungen beginnen, aber dann soll sich eben die Geschichte aus der Forschung anschließen.

Bis dahin, abonniert doch schon einmal den Podcast in der Podcast-Applikation Eures Vertrauens, und sagt all Euren Freunden und Bekannten Bescheid.

Ich bedanke mich fürs Zuhören, und wünsche einen schönen Tag

Tschö!