Halbautomatische Faserdissektion zur Gewebeanalyse und Identifikation von mikrostrukturellen Biomarkern der weißen Substanz für die Prädiktion von Therapieergebnissen bei Katatonie

• Antragsteller: Professor Dr. Dusan Hirjak; Dr. Peter Neher
• Fachliche Zuordnung: Medizininformatik und medizinische Bioinformatik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 470518062

Die traktspezifische Analyse der Eigenschaften von Hirngewebe unter Verwendung der auf longitudinal diffusionsgewichteter Magnetresonanztomographie (dMRI) basierenden Traktometrie ermöglicht die nichtinvasive Charakterisierung pathologischer Veränderungen und erleichtert die Erforschung der gemeinsamen Entwicklung von psychischen Störungen sowie die Beziehung ihrer klinischen Manifestationen zu unterschiedlichen anatomischen Strukturen . Insbesondere bei weniger prominenten Faserbündeln erfordert die traktspezifische Analyse die manuelle Extraktion der Faserbündel aus einem riesigen Traktographieergebnis (Traktogramm) des gesamten Gehirns, was eine zeitaufwendige und schwer zu reproduzierende Aufgabe ist. Daher hat dieses interdisziplinäre Projekt zwei Hauptziele: Erstens werden wir diesen Prozess erleichtern, indem wir eine neue Methode zur halbautomatischen Extraktion von Faserbündeln durch aktives Lernen entwickeln und implementieren. Indem wir unterstützende Algorithmen für maschinelles Lernen „on the fly“ trainieren, die auf die jeweilige Analysepipeline sowie auf die Ziel-Fasern zugeschnitten sind, wird diese mühsame und fehleranfällige Aufgabe rationalisieren und beschleunigen und die Reproduzierbarkeit und Robustheit des Extraktionsprozesses wird erhöht. Zweitens werden wir die entwickelte Methode in einer longitudinalen Studie an 100 Patienten mit Katatonie gemäß ICD-11 anwenden und validieren. Das klinische Ziel besteht darin, robuste bildbasierte Biomarker für das Therapieergebnis zu erzugen, die auf Faserbahnen der weißen Substanz basieren die der Katatonie zugrunde liegen, sowie ein tiefgreifendes Verständnis der (patho-) physiologisch relevanten Mechanismen zu entwickeln, die für die Weiterentwicklung präzisionsmedizinisch fundierter Behandlungsoptionen für Katatonie unerlässlich sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen