Synergistische EEG und durch maschinelles Lernen verbesserte Niedrigdosis-PET zur objektiven Diagnostik des Sprachverstehens bei Cochlea Implantat Nutzern

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Georg Berding; Professor Dr. Andreas Büchner; Privatdozent Dr. Florian Büther; Professor Dr. Jörg Lücke; Professorin Dr. Pascale Sandmann
• Fachliche Zuordnung: Biomedizinische Systemtechnik ; Hals-Nasen-Ohrenheilkunde, Phoniatrie und Audiologie ; Medizinische Physik, Biomedizinische Technik ; Nuklearmedizin, Strahlentherapie, Strahlenbiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 471410050

Die beantragte Förderung soll verwendet werden um grundlegende methodische Verbesserungen funktioneller Studien des auditorischen Systems mittels PET/EEG (Positronenemissionstomographie / Elektroenzephalographie) und Erklärungen für variable Sprachverstehensleistungen nach Cochlea Implantation zu erreichen. Zur Verbesserung von O-15-Wasser PET Aktivierungsstudien des Hörsystems soll die minimal ohne Beeinträchtigung der diagnostischen Aussagekraft verwendbare Radioaktivitätsmenge bestimmt werden. Hierfür wird ein Programm eingesetzt werden, welches aufgrund gemessener PET Studien Datensätze mit reduzierter Zahl von Koinzidenzen erzeugt, die Untersuchungen mit niedrigeren Radioaktivitätsmengen simulieren. Die hohe Sensitivität moderner PET Geräte legt nahe, dass Untersuchungen mit deutlich niedrigeren Aktivitätsmengen als bislang üblich möglich sind. Zusätzlich sollen die low-count Studien durch Machine learning Verfahren auf Sinogramebene entrauscht werden. Dabei soll eine statistische Modellierung der Daten ohne umfängliche, gut kontrollierte Daten zum Training (evidence lower bound as learning objective, ELBO) erfolgen und mit Deep neuronal networks (DNN) kombiniert werden. Die PET Daten (mit/ohne Reduktion bzw. Entrauschung) werden mittels Statistical parametric mapping (SPM) analysiert und verglichen. Zur Validierung werden zusätzlich Daten mit und ohne Reduktion bzw. Entrauschung auf der Grundlage eines simulierten Hirnphantoms (XCAT) erzeugt und verglichen. Neben der Evidenz für eine deutlich reduzierbare Strahlenexposition soll die geplante Studie die Darstellbarkeit der zentralen Hörbahn im Hirnstamm/Thalamus mit modernen hochauflösenden PET Geräten belegen. Zur automatisierten anatomischen Abgrenzung soll hierfür ein Volume of interest (VOI) Template auditorischer Regionen in Hirnstamm und Thalamus (e.g. Inferior colliculus) auf der Grundlage von histomorphometrischen und MRT Daten generiert werden. Durch den multimodalen Ansatz wird die zentrale Verarbeitung von Sprache mit hoher räumlicher (PET) und zeitlicher Auflösung (EEG) objektiv gemessen. Spezifisch sollen unter Stimulation mit einer Satzdiskriminierungsaufgabe späte auditorisch evozierte Potentiale (N400) gemessen und räumlich im Kontext der bei der Sprachverarbeitung (im PET) aktivierten Regionen eingeordnet werden. Dies soll ein besseres Verständnis der Ressourcenaufteilung und Strategien der Sprachverarbeitung bei CI Nutzern mit unterschiedlicher Sprachverstehensleistung ermöglichen. Als ein wesentlicher Faktor für die Sprachverstehensleistungen von CI Nutzern soll der Einfluss von Störgeräusch auf das Sprachverstehen und die kortikale Aktivierung während der Sprachverarbeitung untersucht werden. Durch all dies sollen objektive Verfahren zur Evaluation und Optimierung der auditorischen Rehabilitation nach Cochlea Implantation entwickelt werden. Der Nachweis der Reduzierbarkeit der Strahlenbelastung sollte den Einsatz von PET auch in anderen Bereichen fördern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Thomas Lenarz; Professor Dr. Tobias Ludwig Ross