Innovative, spieltheoretisch-basierte Technologien zur Rehabilitation von Patienten mit Gehirnschädigungen

• Antragsteller: Professor Dr. Claus Christian Hilgetag
• Fachliche Zuordnung: Kognitive und systemische Humanneurowissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 569178576

Computergestützte Modelle von Interaktionen in Gehirnnetzwerken wurden bereits zur Einschätzung des Rehabilitationsverlaufs und der Prognose des chronischen Zustands nach Schlaganfällen eingesetzt, fanden jedoch bislang nur begrenzt Anwendung bei der Entwicklung konkreter Rehabilitationsstrategien. Unsere Teams haben kürzlich einen innovativen kausalen Ansatz aus der Spieltheorie etabliert – die Multi-Perturbations Shapley-Wert-Analyse (MSA) – um Schlüsselregionen im Kortex und in der weißen Substanz zu identifizieren, deren Beitrag zu motorischen und Aufmerksamkeitsdefiziten zu quantifizieren und die Mechanismen von Gehirn-Verhaltens-Interaktionen detailliert zu charakterisieren. Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung einer MSA-basierten Methodik und einer entsprechenden App, welche Schlüsselregionen und Interaktionen identifiziert, die kognitive Beeinträchtigungen verursachen, und deren Vorhersagen genutzt werden können, um personalisierte Rehabilitationsmaßnahmen durch nicht-invasive Gehirnstimulation zu planen und zu verbessern. Dazu verfolgen wir drei zentrale Ziele: Erstens, in einer Kohorte von Schlaganfallspatienten (n=70) erfassen wir mit Hilfe von Neuro-Bildgebung, Papier-und-Bleistift-Tests und computergestützten kognitiven Assessments ein mehrdimensionales Profil von Gehirn-Verhaltens-Interaktionen. Zweitens, wir wenden MSA-basierte Algorithmen an, um entscheidende Hirnregionen und Interaktionen zu identifizieren, die den beobachteten Defiziten zugrunde liegen und untersuchen mittels Computermodellierung, wie deren Modulation zu einer Funktionsverbesserung beitragen kann. Drittens, in einer Subkohorte von Patienten (n=30) und gesunden Kontrollpersonen (n=30) validieren wir die MSA-Vorhersagen mittels EEG-überwachter, nicht-invasiver Gehirnstimulation und nutzen die Ergebnisse zur weiteren Optimierung des Tools. Das Projekt wird gemeinsam von Monica Toba (Partnerin 1, Universitätskrankenhaus Amiens, Koordination; Expertise: Neuropsychologie, Neuroimaging und kognitive Anatomie), Claus C. Hilgetag (Partner 2, Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf; Expertise: computergestützte Gehirnmodellierung von Gehirn-Verhaltens-Beziehungen) und Antoni Valero-Cabré (Partner 3, CNRS & ICM Paris; Expertise: nicht-invasive Hirnstimulation zur kognitiven Diagnostik und Therapie) durchgeführt. Die Partner bringen komplementäre Fachkompetenzen ein und haben bereits langjährige gemeinsame Vorarbeiten geleistet, welche die Machbarkeit dieses innovativen Ansatzes belegen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Monica Toba; Professor Dr. Antoni Valero-Cabré, Ph.D.