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Institut für Neurowissenschaften und Medizin
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Faserbahnarchitektur

Die Arbeitsgruppe “Faserbahnarchitektur” entwickelt die 3D Polarized Light Imaging (3D-PLI) Technologie, um die strukturelle Konnektivität und Faserbahnarchitektur in post mortem Gehirnen in mikroskopischer Auflösung zu untersuchen.

HippocampusSagittaler Schnitt durch den menschlichen Hippocampus. Die Fasern sind entsprechend ihrer räumlichen Orientierung farbkodiert.
Copyright: INM-1, Forschungszentrum Jülich

3D-PLI misst die Doppelbrechung von myelinisierten Nervenfasern mithilfe von Polarisationsmikroskopie. Damit lassen sich Kontraste einzelner Nervenfasern und deren Trakte erzeugen und ihr räumlicher Verlauf bestimmen. Zudem ist 3D-PLI durch seine Sensitivität auf Myelin gut geeignet, um pathologische Veränderungen der Faserbahnarchitektur des Gehirns zu adressieren.

Um die Konnektivitätsmuster des Gehirns über verschieden Skalen zu verstehen, etablieren wir Protokolle und Methoden, bei denen komplementäre Imaging-Verfahren innerhalb (inter)nationaler Kollaborationen jeweils auf dieselben Gewebeproben angewendet werden. Dazu zählen Diffusions MRT, 3D-PLI, Zwei-Photonen Fluoreszenz Mikroskopie, bildgebende Massenspektrometrie, und Röntgenstreuung.

Die Einführung von Geräten zum automatisierten Scannen kompletter Gehirne und von computergestützten Methoden zur Verarbeitung der riesigen Datensätze sind die Wegbereiter für neuroanatomische Studien von beispiellosem Ausmaß. 3D-PLI kombiniert Forschungsschwerpunkte in wahrhaft interdisziplinärer Weise: Polarisationsmikroskopie Technologien, moderne Signal- und Bildverarbeitungsalgorithmen, Big Data Analysen und innovative Simulationsansätze, alle basierend auf high-performance Computing.

Darstellung der Polarimetrieverfdahrens

Mikroskopie

Unsere Expertisen im Bereich der Mikroskopie sind Polarimetrie, Blockface Bildgebung, Hardwareentwicklung und Automation

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Bildverarbeitungs Pipeline: Dieser Workflow beschreibt die verschiedenen Schritte, Computer und Ausgabe-Bilder des 3D-PLI Workflow.

Signal- & Bildverarbeitung

Die Schwerpunkte unserer Signal- & Bildverarbeitung sind Biophysikalische Signalinterpretation, Bildsegmentierung, 3D-Rekonstruktion, Machine learning und Visualisierung

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Nervenfasermodell und Simulationsmethoden für "3D-Polarized Light Imaging" (3D-PLI)

Theorie & Simulation

Im Bereich Theorie & Simulation verwenden wir vor allem Ansätze aus den Gebieten Modeling, Theoretische Optik und Rechnergestützte Elektrodynamik

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Projekte und Kollaborationen

Öffentlichkeitsarbeit und Lehraktivitäten

Abschlussarbeiten

Preise und Auszeichnungen

2019Menzel, M.; „Helmholtz Doktorandenpreis 2019” im Forschungsbereich „Schlüsseltechnologien” verliehen von der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren für herausragende Leistungen während der Promotion, Berlin, Deutschland
Menzel, M.; Borchers-Plakette der RWTH Aachen verliehen für Dissertationen mit Auszeichnung, Aachen, Deutschland
2018Schlömer, P., „InnovationPlus” Preis für die Initiierung einer Kooperation mit hohem Innovationspotenzial, gefördert durch den “Innovationsfonds der Helmholtz-Zentren”, Jülich, Deutschland
2017Wiese, H., Preis verliehen durch den “Verein zur Förderung von Mathematik und Naturwissenschaften e.V. der Bergischen Universität Wuppertal“ für herausragende Dissertation, Wuppertal, Deutschland
Hänel, C., Demiralp, A.C., Axer, M., Gräßel, D., Hentschel, B., Kuhlen, T.W.; ehrenvolle Auszeichnung für das beste ‘short paper’; “Interactive Level-of-Detail Visualization of 3D Polarized Light Imaging Data Using Spherical Harmonics“, EuroVis, Spanien
2016Schubert, N.; BVM Preis 2016 für den besten wissenschaftlichen Vortrag: "Visualization of Vector Fields Derived from 3D Polarized Light Imaging", Bildverarbeitung für die Medizin (BVM), Berlin, Deutschland
2015Menzel, M.; JARA Best Master 2015: "Simulation and Modeling for the Reconstruction of Nerve Fibers in the Brain by 3D Polarized Light Imaging", Aachen, Deutschland
2014Menzel, M.; Posterpreis in der Kategorie "Computational Neuroscience": "Simulation and Modeling for the Reconstruction of Nerve Fibers in the Brain by 3D Polarized Light Imaging", NeuroVisionen 10, Jülich, Deutschland
2013Dohmen, M.; Preis verliehen durch den “Verein zur Förderung von Mathematik und Naturwissenschaften e.V. der Bergischen Universität Wuppertal“ für herausragende Dissertation, Wuppertal, Deutschland

Bilder Faserbahnarchitektur

Coronal section of a human brain measured with 3D Polarized Light Imaging (3D-PLI)
Coronal section of a vervet brain measured with 3D Polarized Light Imaging (3D-PLI)
Coronal section of a rat brain measured with 3D Polarized Light Imaging (3D-PLI)
Detail of a vervet coronal brain section measured with 3D Polarized Light Imaging (3D-PLI)
Lenticular fascicle in a human brain section measured with 3D Polarized Light Imaging (3D-PLI)
U-fibers in a human brain section measured with 3D Polarized Light Imaging (3D-PLI)
Cortical nerve fibers in a human brain section measured with 3D Polarized Light Imaging (3D-PLI)

Aktuelle Publikationen

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Journal Article
Teaching NeuroImages: In vivo visualization of Edinger comb and Wilson pencils
Neurology 92(14), e1663 () [10.1212/WNL.0000000000007252]  Download fulltext Files BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Journal Article
Ex vivo visualization of the trigeminal pathways in the human brainstem using 11.7T diffusion MRI combined with microscopy polarized light imaging
Brain structure & function 224(1), 159-170 () [10.1007/s00429-018-1767-1]  Download fulltext Files BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Journal Article
The hippocampus of birds in a view of evolutionary connectomics
Cortex 118, 165 () [10.1016/j.cortex.2018.09.025] OpenAccess  Download fulltext Files  Download fulltextFulltext by OpenAccess repository BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Journal Article
MEDUSA: A GPU-based tool to create realistic phantoms of the brain microstructure using tiny spheres
NeuroImage 193, 10-24 () [10.1016/j.neuroimage.2019.02.055] OpenAccess  Download fulltext Files  Download fulltextFulltext by OpenAccess repository BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Preprint
Diattenuation Imaging reveals different brain tissue properties
() OpenAccess  Download fulltext Files  Download fulltextFulltext Download fulltextFulltext by arXiv.org Download fulltextFulltext by OpenAccess repository BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Journal Article
Derivation of Fiber Orientations From Oblique Views Through Human Brain Sections in 3D-Polarized Light Imaging
Frontiers in neuroanatomy 12, 75 () [10.3389/fnana.2018.00075] OpenAccess  Download fulltext Files  Download fulltextFulltext by OpenAccess repository BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Journal Article
Rigid and non-rigid registration of polarized light imaging data for 3D reconstruction of the temporal lobe of the human brain at micrometer resolution
NeuroImage 181, 235-251 () [10.1016/j.neuroimage.2018.06.084] Embargoed OpenAccess  Download fulltext Files  Download fulltextFulltext by OpenAccess repository BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Journal Article
Improving the Realism of White Matter Numerical Phantoms: A Step toward a Better Understanding of the Influence of Structural Disorders in Diffusion MRI
Frontiers in physics 6, 12 () [10.3389/fphy.2018.00012] OpenAccess  Download fulltext Files  Download fulltextFulltext by OpenAccess repository BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Journal Article
Post-mortem inference of the human hippocampal connectivity and microstructure using ultra-high field diffusion MRI at 11.7 T
Brain structure & function 223(5), 2157–2179 () [10.1007/s00429-018-1617-1] OpenAccess  Download fulltext Files  Download fulltextFulltext by OpenAccess repository BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

Zusatzinformationen

PLI Logo

Leiter der Arbeitsgruppe

Dr. rer. nat. Markus Axer

Gebäude: 15.9, Raum: 3029

Institut für Neurowissenschaften und Medizin (INM-1)
Forschungszentrum Jülich
52425 Jülich

Telefon: +49 2461 61-6314
Fax: +49 2461 61-2820
E-Mail: m.axer@fz-juelich.de

Management

Stefanie Hennen

Gebäude: 15.9, Raum: 3021

+49 2461 61-2481
 +49 2461 61-3483
s.hennen@fz-juelich.de

Janine Hucko

Gebäude: 15.9, Raum: 3020

+49 2461 61-6443
+49 2461 61-3483
j.hucko@fz-juelich.de

Adresse

Institut für Neurowissenschaften und Medizin (INM-1)
Forschungszentrum Jülich
52425 Jülich

Gebäude: 15.9


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