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Jena - Rochester

Deutsch - US-amerikanische Kooperation in Computational Neuroscience

"Auf hochdimensionale Daten skalierbare Analyse funktioneller Konnektivität im menschlichen Gehirn"

Die Quantifizierung von gerichtetem Informationstransfer zwischen interagierenden Hirnregionen stellt aktuell eine der größten methodischen Herausforderungen in der neurowissenschaftlichen Forschung dar. Ein grundlegendes Problem besteht dabei in der Betrachtung von funktioneller und effektiver Konnektivität in hochdimensionalen Systemen. Ein zum jetzigen Zeitpunkt üblicher Ansatz ist, hochdimensionale Systeme zuerst in niederdimensionale zu überführen (z. B. mittels Hauptkomponentenanalyse oder Independent Component Analysis), woraufhin Interaktionen zwischen abgeleiteten Komponenten identifiziert werden. Der Nachteil dieses Vorgehens besteht darin, dass Interaktionen im reduzierten System nur schwer in den ursprünglichen, hochdimensionalen Raum übertragen werden können, womit wiederum Interaktionen im originalen Netzwerk nicht adäquat identifiziert werden.

Zielstellung des Projektes ist es, methodische Ansätze zu entwickeln, die sich auch auf hochdimensionale Daten skalieren lassen. Damit soll ein weiterer Schritt in Richtung einer Gesamtdarstellung von effektiver Konnektivität im menschlichen Gehirn gegangen werden. Eine solche Darstellung wäre insbesondere bei der Einschätzung von Effekten therapeutischer Interventionen oder dem Verständnis von Krankheitsverläufen von großer Bedeutung. Desweitern soll die entwickelte Methodik in einer klinisch relevanten Pilotstudie angewendet werden. In dieser wird untersucht, inwieweit Effekte einer antiretroviralen Therapie bei Patienten mit HIV-assoziierter kognitiver Beeinträchtigung mit Änderungen der effektiven Konnektivität korrelieren. Neben der klinischen Bedeutung und dem erwiesenen lebensverlängernden Effekt einer antiretroviralen Therapie, stellt die Untersuchung von gerichteten Interaktionen vor und nach Therapie ein geeignetes klinisches Modell für die Erprobung der im Projekt entwickelten Methoden dar. Obwohl sich die Studie auf eine Population von HIV infizierten Personen konzentriert, ist die Methodik auch auf andere Erkrankungen des zentralen Nervensystems (z. B. Morbus Alzheimer, vaskuläre Demenz, psychiatrische Erkrankungen) anwendbar.

 


An dieser Kooperation sind folgende Wissenschaftler beteiligt:

  • Lutz Leistritz, Institut für Medizinische Statistik, Informatik und Dokumentation,
    Universitätsklinikum Jena, Friedrich-Schiller-Universität Jena
  • Axel W. E. Wismueller, Department of Imaging Sciences, Department of
    Biomedical Engineering, University of Rochester Medical Center,
    Rochester, New York, USA
  • Giovanni Schifitto, Madalina Tivarius, University of Rochester Medical Center, New York, USA

 

Deutscher Koordinator:

Dr. Lutz Leistritz
Institut für Medizinische Statistik,
Informatik und Dokumentation
Universitätsklinikum Jena
Bachstr. 18
07743 Jena

Tel.: +49-(0)3641-9-34053
E-mail: Lutz.Leistritz@mti.uni-jena.de      

 

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