Mesoskopische Detektion und Verfolgung der Nervenbahnen im menschlichen Gehirn

• Antragsteller: Professor Dr. Valerij Kiselev, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 151062073

Das Ziel des vorgeschlagenen Projektes ist eine Kombination der Tracktographie mit der biophysikalischen Modellierung der zellulären Struktur des Marklagers zu entwickeln. Tracktographie schließt Methoden zur Bestimmung von neuronalen Fasern im Gehirn mittels diffusionsgewichteter Magnetresonanztomographie (dMRT) ein. Sie ist die Methode der Wahl zur Beantwortung grundlegender Fragen in der Neurologie, weitere klinische Anwendungen werden in professionellen Kreisen intensiv diskutiert. Nach den grundlegenden, gegen Jahrhundertbeginn veröffentlichten Arbeiten wurde eine breite Palette von Tracktographie - Methoden entwickelt. Allerdings wurden alle für die Praxis relevanten Methoden nach dem lokalen Paradigma erstellt, nach dem die Fasern aus einer bestimmten Ursprungsregion wachsen, wobei hier das Wachstum an der Faserspitze stattfindet. Im Jahr 2009 haben wir ein alternatives Paradigma der globalen Faserrekonstruktion für Praxisanwendungen implementiert. Diese Methode setzt voraus, dass die rekonstruierten Fasern simultan im ganzen Volumen des Marklagers aus kleinen Linienelementen zusammengesetzt werden. Dies hilft die Kreuzungsregionen aufzulösen. Unsere Methode wurde in zahlreichen Anwendungen erfolgreich getestet. Ein weiterer Ausgangspunkt dieses Projektes ist die biophysikalische Modellierung. Diese wird gerade im dMRT-Fachkreis populär, sie verlangt aber nach der Lösung des sehr schwierigen inversen Problems. Die Zentralhypothese dieses Projektes ist, dass die Tracktographie und die biophysikalische Modellierung sich in einem kombinierten Algorithmus gegenseitig regularisieren, was die Ergebnisse wesentlich verbessert. Die dabei gewonnene Information wird die maximale, theoretisch erreichbare Informationsmenge bei gegebenen Messdaten annähern. Erste in-vivo Anwendungen der Methode werden im Projektrahmen durchgeführt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen