Navigation und Service

Konnektivität


Die Arbeitsgruppe „Konnektivität“ beschäftigt sich mit der Bedeutung der Faserbahnen für die Struktur und Architektur von Oberfläche und Kortex des Gehirns. Ein besonderer Schwerpunkt ist die Veränderung der Oberflächen- und Faserbahnanatomie im höheren Lebensalter.



Um die Anatomie der Faserbahnen und deren Bedeutung für die strukturelle Konnektivität des Gehirns zu untersuchen, nutzen wir verschiedene Betrachtungsebenen, von der Ebene großer Faserbündel bis hin zur feinen Aufzweigung dieser Bündel in einzelne Nervenfasern in der Hirnrinde. Zur Analyse dieser verschiedenen Ebenen nutzen wir eine Kombination aus in-vivo und post-mortem Techniken. Ein besonderer Fokus liegt auf der Untersuchung der Konnektivität im hinter der Zentralregion liegenden Teil des Gehirns (Parietal- und Okzipitallappen), um zu verstehen, über welche Wege Informationen aus verschiedenen Regionen des visuellen Systems in die multimodale Scheitellappenregion gelangen und von dort in den Stirnlappen weiter transportiert werden. Um die Effekte von Einflussfaktoren aus Umwelt und Genetik auf die Konnektivität zu untersuchen, werden Daten großer bevölkerungsbezogener Kohortenstudien mit Tausenden Probanden einbezogen, an denen die Arbeitsgruppe mitwirkt (1000Gehirne; Nationale Kohorte) .
Der in unserer Arbeitsgruppe verfolgte kombinierte Ansatz zur Untersuchung der Konnektivität erlaubt es, die Anatomie der Faserbahnen des menschlichen Gehirns auf verschiedenen Skalen zu untersuchen. Die Ergebnisse finden Eingang in den im INM-1 erstellten multimodalen Hirnatlas (AG Architektonik und Hirnfunktion).

Schwerpunkt Faserbahn-Anatomie

Bild Faserbahn Anatomie

Zur Untersuchung der großen Faserbahnen nutzen wir neueste Diffusionsbildgebung in einem großen Probandenkollektiv (1000Gehirne-Studie), die besonders gute Auflösung der sich in der weißen Substanz kreuzenden Faserbündel ermöglicht. Zur Rekonstruktion der Faserbahnen aus diesen high-angular resolution diffusion imaging (HARDI) Daten werden insbesondere Algorithmen verwendet, die ohne die Annahmen der klassischen Diffusionstensor-Bildgebung auskommen, z.B. constrained spherical deconvolution. Neben der Faserbahnrekonstruktion dienen diese Daten zudem der Extraktion quantitativer Parameter entlang der Bahnen, mit deren Hilfe Veränderungen der Mikrostruktur der weißen Substanz im Alterungsprozess untersucht werden können.
Da die Auflösung der Diffusionsbildgebung in-vivo begrenzt ist, werden zusätzlich Faserbahn-Rekonstruktionen aus hochauflösender Diffusionsbildgebung post-mortem genutzt (Kooperation Dr. Alard Roebroeck; Brain Imaging Center, Universiteit Maastricht, Niederlande)

Schwerpunkt Oberflächenstruktur

Bild Oberflächen Struktur

Die großen Faserbahnen beginnen bzw. enden an selektiven Stellen der Hirnrinde. Abhängig von der Länge der Faserbahnen, die nah oder weiter entfernt liegende Hirnregionen miteinander verbinden, involvieren sie eher die außen auf den Windungen oder in der Tiefe der Furchen liegenden Bereiche der Hirnrinde. Um diesen Zusammenhang zu verstehen, nutzen wir Oberflächenrekonstruktionen des Gehirns zur Analyse der Stärke der Faltung (Arbeitsgruppe Rezeptoren), um diese mit Daten zur strukturellen und funktionellen Konnektivität, insbesondere im resting-state, zu kombinieren. Hierbei wollen wir verstehen, wie sich diese Parameter in Abhängigkeit von genetischen (AG Genomic Imaging) und Umweltfaktoren (Kooperation Prof. Dr. Susanne Moebus; Zentrum für Urbane Epidemiologie, Universität Duisburg-Essen) im Alterungsprozess verändern (1000Gehirne-Studie; Nationale Kohorte)

Schwerpunkt Kortikale Fasern

Um die Aufzweigungen der Faserbündel bis in die Hirnrinde hinein verfolgen zu können, bedarf es einer deutlich höheren Auflösung bis in den Mikrometerbereich, als dies derzeit mit Verfahren der MRT-Bildgebung möglich ist. Hierfür nutzen wir Faserkarten, die mittels 3D Polarisationsbildgebung (AG Faserarchitektur: Polarized Light Imaging) erstellt werden. Die Verteilung der Nervenfasern in den Schichten der Hirnrinde und deren Übertritt von der weißen Substanz in die Hirnrinde hinein lassen sich hierdurch untersuchen. Wir interessieren uns zum einen für die Einmündungs- bzw. Austrittsstellen der großen und kleinen Faserbündel, wie U-Fasern, sowie die Unterteilung der Hirnrinde des Scheitel- und Hinterhauptslappens in Areale basierend auf der Verteilung radial und tangential verlaufender Fasern in den Schichten der Hirnrinde (Kooperation mit der Arbeitsgruppe Rezeptoren).