'Connectome' basierte Modellierung zur Erforschung von skalenübergreifenden Prozessen beim Schlaganfall

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Christian Gerloff; Professorin Dr. Petra Ritter
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 347469655

Der Schlaganfall stellt ein verheerendes Krankheitsbild mit großer sozioökonomischer Bedeutung dar. Obwohl sich Therapien und Rehabilitationsmöglichkeiten permanent verbessern, können sie bisher nur unzureichend die individuelle Verschiedenheit jedes einzelnen Schlaganfalls berücksichtigen und die Behandlungserfolge sind noch immer unzureichend. Multimodales Neuroimaging erlaubt die individuelle Beurteilung und kann so prinzipiell zur Grundlage personalisierter Therapien und Rehabilitationsmaßnahmen werden. Wir wollen eine open-source Modellierungsumgebung schaffen, die Gesamthirn-Simulationen aus neuroradiologischen Patientendaten, also den individuellen Connectomes generiert, analysiert und für die personalisierte klinische Anwendung nutzt. Wir wenden die von uns entwickelte open-source Simulationsplattform The Virtual Brain (TVB) auf eine große Kohorte von Schlaganfallpatienten an. Unsere Gehirnmodelle repräsentieren die veränderte Konnektivität und Funktion bei Schlaganfallpatienten. TVB soll in Zukunft bei Schlaganfallpatienten Vorhersagen zum Effekt von Interventionen ermöglichen (z.B. Akuttherapie, Rehabilitation). Individuell zugeschnittene Therapien und die individuelle Abschätzung der Prognose werden so möglich. Erreichen wollen wir dieses Ziel, indem wir mit den personalisierten Gehirnmodellen Mechanismen unterhalb des Auflösungsvermögens nichtinvasiver bildgebender Verfahren identifizieren. Zielsetzung. Wir wollen zeigen, dass TVB in der Lage ist, mikroskopische Prozesse beim Schlaganfall zu identifizieren, die als Prädiktoren des Therapieerfolges zu wirkungsvollen klinischen Kennwerten werden können. Unsere spezifischen Ziele sind: 1) Virtualisation von Gehirnen bei Patienten mit akutem und chronischem ischämischen Schlaganfall, um veränderte biophysikalische Parameter als mechanistische Korrelate fokaler Läsionen zu entdecken; 2) Identifikation verbesserter Biomarker der Rekonvaleszenz auf Grundlage der biophysikalischen Parameter; 3) Validierung der neurophysiologischen Bedeutung der gefolgerten Biomarker durch die gezielte Applikation von Doppelpuls- transkranieller Magnetstimulation an ausgewählten Netzwerkknoten und -verbindungen; Aufbau eines interaktiven Tools zum Datenaustausch mit standardisierter Pipeline zur Datenprozessierung, das Daten sammeln kann und die Aussagekraft klinischer Studien mit TVB vergrößert. Bedeutung. Wir betrachten den Schlaganfall als eine Störung der Informationsverarbeitung und der funktionellen Architektur des Gehirns. Simulationen des vollständigen Gehirns sollen es ermöglichen, neue Maßstäbe im Monitoring von Interventionen beim Schlaganfall auf funktionellem und individuellem Patientenniveau zu setzen und damit potentiell die Entwicklung neuer Therapien zu unterstützen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2041: Computational Connectomics