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Physiologie und Bildgebung

Bernstein Kooperation für Computational Neuroscience (BCOL)

Gesamtziel des Verbundprojektes ist es, verschiedene Bildgebungsmodalitäten zu integrieren. Dazu werden die methodischen Grundlagen geschaffen, Daten verschiedener Bildgebungstechniken kompatibel zu machen. Die Methoden sollen dann tierexperimentell validiert werden.

Teilprojekt 1

In der modernen medizinischen Diagnostik werden Imaging-Techniken zunehmend häufiger eingesetzt. Sie bilden die präklinische Basis, um Struktur-Funktionszusammenhänge aufzuklären und Gehirnfunktionen besser zu verstehen. Jedoch erfüllen die einzelnen Techniken alleine nicht die Anforderungen, wie hohe räumlich-zeitliche Auflösung, Nicht-invasivität oder Darstellung des gesamten Gehirns in 3D. Daher stellen multimodale Imaging-Techniken und Geräte den nächsten logischen Entwicklungsschritt dar und haben sich teilweise schon als vorteilhaft erwiesen (MR/CT, PET/CT). Dieses Teilprojekt ist verantwortlich für die Realisierung der technischen Entwicklungen, um eine Integration der verschiedenen Messtechniken (ORIS, VSD und Ephys) im MR Scanner zu erreichen. Ferner ist es verantwortlich für die Validierung der in Studien zur Plastizität des Gehirns erreichten Ergebnisse über Chronifizierungsprozesse von Schmerzen in Tiermodellen.

Teilprojekt 2

Teilprojekt 2A entwickelt Methoden zur automatischen Vorverarbeitung, Segmentierung der MR-Daten sowie Registrierung der multimodalen Datensätze in ein dynamisches Referenzsystem. Teilprojekt 2B integriert fMRI-, ORIS- und Ephys-Daten in ein gemeinsames gewebespezifisches BOLD-Modell mit dem Ziel, die räumliche und zeitliche Interpretierbarkeit der fMRI-Daten zu erhöhen.

Teilprojekt 3

Es wird vermutet, dass kognitive Aspekte (z. B. Konzeptbildung) und affektive Aspekte des Lernens (z. B. Motivation) mit bestimmten neuronalen Aktivitäten in zwei verschiedenen Hirnstrukturen, Cortex und Corpus striatum, assoziiert sind. Ziel ist die Etablierung von multimodalen Registrierverfahren für neuronale Aktivität zur Aufklärung der genauen Rolle dieser beiden Strukturen und ihrer neuronalen Interaktion bei motivationsgesteuertem Lernen. Es werden optische und elektrophysiologische Multikanal-Ableitungen verwendet, um die Interaktion von Cortex und Striatum im sich verhaltenden Subjekt zu untersuchen und um neuronale Daten mit physiologischen Daten über hämodynamische Aktivitäten in Beziehung setzen zu können. Dabei sollen innerhalb des Verbundes erarbeitete Konzepte zur Interpretation multimodaler Imaging-Daten validiert. Darüber hinaus werden neue Einsichten in die neuronalen Mechanismen motivationsgesteuerten Lernens erwartet, die zur Verbesserung von Lernverfahren sowie von therapeutischen Maßnahmen bei Lernschwächen verwendet werden können.