Selbstorganisation des visuellen Systems bei Sehbahnabnormalitäten

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Hoffmann
• Fachliche Zuordnung: Augenheilkunde
• Förderung: Förderung seit 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 149341228

Kongenitale Fehlbildungen des Chiasma opticum verursachen einen großflächig abnormalen Eingang in den visuellen Kortex. Dies macht sie zu einem wertvollen Schlüssel zum Verständnis der Abläufe, die der Entwicklung und Plastizität der menschlichen Sehbahn zugrunde liegen, und ermöglicht somit einen wesentlichen Beitrag zu den grundlegenden Neurowissenschaften sowie zu klinischen Anwendungen. In unseren bisherigen Arbeiten haben wir die entscheidende Bedeutung des visuellen Kortex identifiziert in Hinblick auf (a) plastische Mechanismen, die den abnormalen Eingang der visuellen Funktion verfügbar machen, sowie (b) Abnormalitäten der visuellen Reifung. Bemerkenswerterweise scheint ein potenzieller kortikaler MRT-Biomarker für letztere amblyopie-ähnlichen Prozesse über Chiasma-Anomalien hinaus verallgemeinerbar zu sein, wie unsere Begleitforschung zur Achromatopsie in einem unabhängigen DFG-Projekt zeigt. Basierend auf diesen Grundlagen zielt das vorgeschlagene Projekt darauf ab, Entwicklungsmechanismen im menschlichen visuellen Gehirn bezüglich Funktion, Konnektivität und Anatomie zu entschlüsseln. Wir verwenden dazu einen interdisziplinären Ansatz aus Augenheilkunde, Psychophysik, anatomischer/diffusionsgewichteter/funktioneller MRT (a/d/fMRT) höchsten Standards, sowie neuro-computationeller/Deep-Learning Ansätze. Konkret untersuchen wir (1) Reorganisationen von Aufmerksamkeitsmodulation mit 7T fMRT, (2) intrakortikale Konnektivität und Feinstruktur mit 7T a/dMRT und (3) Veränderungen der visuellen Reifung mit Deep-Learning-basierten Analysen von aMRT-Daten mit dem Ziel einer individualisierten Diagnostik. Um einen signifikanten, neurowissenschaftlich und klinisch bedeutsamen Beitrag zum Verständnis der Entwicklung der Sehbahn bei angeborenen Sehstörungen zu leisten, erweitern wir unsere Untersuchungen über die bisherige Zielgruppe (Chiasma-Anomalien) hinaus, auf Gruppen mit angeborener Zapfendysfunktion (Achromatopsie) sowie früher Blindheit. Diese Einbeziehung unserer verwandten, aber bisher unabhängigen Forschungsaktivitäten, ebnet den Weg für die größere Allgemeingültigkeit unserer Erkenntnisse. Dies wird durch den Einsatz von a/d/fMRT höchsten Standards unterstützt, den unsere bewährte Expertise, unsere enge Zusammenarbeit mit führenden Gruppen auf diesem Gebiet und die kürzlich erfolgte Erweiterung der lokalen Infrastruktur durch den neuartigen 7T-Connectome-MRT-Scanner ermöglicht (Siemens 7T Terra.X Impulse Edition). Wir erwarten, dass dieser integrierte Ansatz funktioneller und struktureller Analysen angeborener Sehbahnstörungen wichtige Einblicke in die neuronale Entwicklung, Reifung und Reorganisation eröffnet, mit nachhaltigen Einfluss auf unser Verständnis des menschlichen Sehystems sowie auf die Entwicklung neuartiger diagnostischer und therapeutischer Ansätze.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen