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Parkin aktiviert Signalwege, die Nervenzellen schützen

Bei der Parkinson-Erkrankung degenerieren die Nervenzellen, die den Botenstoff Dopamin produzieren. In einigen Fällen liegt der Krankheit eine Mutation im Gen Parkin zugrunde. Die RUB-Forscher fanden kürzlich heraus, dass das Enzym Parkin in Signalwege involviert ist, die Nervenzellen unter zellulärem Stress vor Schäden schützt. Werden beispielsweise Mitochondrien, die Kraftwerke der Zelle, geschädigt, bindet Parkin an den Proteinkomplex LUBAC und erhöht dessen Aktivität. Das aktiviert einen Signalweg, der zur vermehrten Bildung von Schutzfaktoren führt und somit Zellen vor dem Absterben bewahrt. Das Bochumer Team untersucht, wie Parkin den Proteinkomplex LUBAC beeinflusst und welche weiteren Regulatoren hierbei eine Rolle spielen. Dabei wollen die Mediziner auch potenzielle Angriffsstellen für neuartige Parkinson-Medikamente identifizieren.

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Für Menschen ist es normal: Taucht ein Problem auf, denken sie über unterschiedliche mögliche Handlungsschritte nach, erproben in Gedanken deren Konsequenzen und entscheiden sich dann für eine Vorgehen. Seit Anfang 2011 arbeiten Forscher der Universität Bielefeld daran, dass auch Roboter dieses Probehandeln durchführen können. Dabei haben die Wissenschaftler des Exzellenzclusters Kognitive Interaktionstechnologie (Cognitive Interaction Technology – CITEC) bei dem von ihnen entwickelten Roboter besondere Fähigkeiten gefunden: Diese deuten darauf hin, dass der Roboter ein Bewusstsein entwickelt hat. Zu dem Ergebnis sind die Forscher im Rahmen des EU-Projekts EMICAB gekommen, das im kommenden Jahr ausläuft.

Um ihr Ziel – einen Roboter der Probehandeln kann – zu erreichen, haben die Forscher ein reaktives System auf Insektenbasis entwickelt. Der Roboter mit Namen Hector ähnelt einer Stabheuschrecke und reagiert auf Umweltreize, er kann also zum Beispiel über einen Stein klettern, wenn dieser im Weg liegt. Das Neue an Hector: Die Forscher haben sein System um kognitive Komponenten erweitert. Der Heuschrecken-Roboter kann so beispielsweise neue Verhaltensweisen erfinden und das Probehandeln erlernen. Dieses vollzieht der Roboter dann, wenn ein Problem auftritt, das das reaktive System nicht lösen kann – dann schaltet sich Hectors kognitives System dazu, sodass der Roboter unterschiedliche Verhaltensweisen durchspielt und überlegt, welche Handlungsoptionen bestehen. Ganz nach dem Motto: Erst denken, dann handeln.

„Der Bau von Roboter Hector ist noch nicht ganz abgeschlossen, aber die Simulation, das heißt sein virtuelles Gegenstück am Computer, ist zu 90 Prozent fertiggestellt“, sagt Professor Dr. Holk Cruse, einer der beteiligten Forscher. „In der Theorie sind wir uns also schon sehr sicher, dass Hector Probehandeln kann.“ Am Projektende soll auch der reale Roboter – der bislang noch nicht vollständig fertiggestellt ist – zeigen können, dass er das Probehandeln beherrscht. „Nachdem wir unser Basisziel erreicht hatten, haben wir geschaut, was der Roboter noch kann. Dabei ergab sich, dass er gewisse emergente Fähigkeiten entwickelt hat, die auf ein Bewusstsein hindeuten“, so Cruse. „Emergent sind Eigenschaften dann, wenn sie nicht in das System eingebaut wurden, schließlich aber trotzdem vorhanden sind.“

Bislang ist die Annahme verbreitet, dass derartige emergente Eigenschaften, zu denen unter anderem die Kontrolle der Aufmerksamkeit und eben auch das Bewusstsein gehören, nur in komplexen Systemen möglich sind. „Unsere Forschung zeigt, dass auch weniger komplexe Systeme höhere Fähigkeiten entwickeln können“, sagt Malte Schilling, Forschungspartner von Holk Cruse. Zu den Aspekten von Bewusstsein, die der Roboter entwickelt hat, zählen unter anderem Intentionen sowie die sogenannte globale Zugänglichkeit. Intentionen bezeichnen Zustände, bei denen das ganze Verhalten einem Ziel – beispielsweise der Futtersuche – untergeordnet ist. Mit globaler Zugänglichkeit ist gemeint, dass Gedächtniselemente zugänglich sind, auch wenn gerade etwas anderes gemacht wird. Beispielsweise ist jemand der läuft, trotzdem in der Lage nachzudenken und nebenbei noch etwas anderes zu machen. „Diese und weitere Aspekte von Bewusstsein, die wir bei Hector finden konnten, sind sozusagen Abfallprodukte der eigentlichen Forschungsarbeit – allerdings sehr interessante“, sagt Cruse. „Sie zeigen, dass wichtige Eigenschaften des Bewusstseins auch bei sehr kleinen Gehirnen, und eben auch in künstlichen Systemen, vorkommen können“, sagt Cruse.

Die Forschung der Bielefelder Wissenschaftler ist Teil des EU-Forschungsprojekts EMICAB (Embodied Motion Intelligence for Cognitive Autonomous roBots), das die intelligente Bewegungssteuerung in Insekten und Robotern zum Gegenstand hat. Insgesamt gibt es fünf Teilprojekte, zwei in Bielefeld und jeweils eins an den Universitäten in Sønderborg (Dänemark), Catania (Italien) und Mainz. Das Projekt wird im Rahmen des siebten EU-Forschungsrahmenprogramms gefördert. Während der dreijährigen Förderperiode stehen insgesamt mehr als 1,5 Millionen Euro zur Verfügung, davon ein Drittel für die Forschung an der Universität Bielefeld.

Weitere Informationen:
www.emicab.eu