Entwicklung, Validierung und Anwendung von Verfahren zur Bestimmung der Konnektivität zwischen Hirnstrukturen

• Applicants: Professor Dr.-Ing. Jens Haueisen; Dr. Burkhard Maess
• Subject Area: Medical Physics, Biomedical Technology
• Term: from 2011 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 196030326

Die Bestimmung der Konnektivität zwischen Hirnstrukturen ist von fundamentaler Bedeutung für das Verstehen von Hirnprozessen. Ziel dieses Paketantrages, bestehend aus zwei Teilanträgen, ist es daher, die Zeitverläufe neuronaler Aktivierungen mit höchstmöglicher Genauigkeit zu rekonstruieren, um dann funktionelle Konnektivitätsmaße zu berechnen. Da zeitlich hochaufgelöste EEG- und MEG-Signale eine Überlagerung von Beiträgen verschiedener Hirnareale darstellen, ist die Anwendung sogenannter Quellrekonstruktionsmethoden erforderlich. Dazu werden im Teilantrag 1 adjungierte Finite-Elemente-Methoden (FEM) unter Verwendung numerisch-adaptiver Gittergenerierung entwickelt. Neue inverse Methoden werden erarbeitet, die auf der FEM-Hierarchie aufbauen. In systematischen Computersimulationsstudien werden dann Konnektivitätsmaße auf der Basis der hochgenau über die FEM-Verfahren rekonstruierten Aktivierungszeitverläufe evaluiert. Die Anwendbarkeit und der Nutzen der Verfahren werden mit Hilfe von Computersimulationen, sowie anhand klinischer Daten (multifokale Epilepsie) demonstriert. Der Inhalt des Teilantrags 2 besteht in der weitergehenden quantitativen und qualitativen Evaluierung der Verfahren. Dabei wird zunächst die tatsächliche Genauigkeit der entwickelten Konnektivitätsmaße sowie der Nutzen der hochgenauen FEM-Modellierung mittels physikalischer Phantommodelle untersucht. In einem zweiten Schritt werden die Methoden auf die sprachverarbeitenden Gehirnnetzwerke von Kindern und Erwachsenen angewendet. Dieser Nachweis der praktischen Anwendbarkeit ist eine entscheidende Voraussetzung für die Akzeptanz und Integration der in diesem Paketantrag entwickelten Methoden.

• DFG Programme: Research Grants