Die funktionelle Neurobildgebung zeigt das Gehirn in Aktion.
Die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) erfasst dabei kleine Veränderungen der Sauerstoffsättigung im Blut, die der neuronalen Aktivität folgen. Das lässt uns dem Gehirn dabei zusehen, wie es sieht, hört, denkt oder Bewegungen plant. Bei 3 und 7 Tesla nutzen wir diese Technik, um zu untersuchen, wie das Gehirn organisiert ist, wie sich diese Organisation zwischen Menschen unterscheidet und wie sie sich bei Erkrankungen verändert. Unsere Arbeit zielt auch darauf ab, die fMRT zu einem quantitativen Werkzeug zu machen, dessen Messungen verlässlich genug sind, um sowohl die Grundlagenforschung als auch klinische Entscheidungen zu tragen.
Unsere Themenbereiche
Jeder Punkt der Netzhaut projiziert auf eine genau definierte Stelle der Sehrinde. Die Kartierung populationsbezogener rezeptiver Felder (pRF) rekonstruiert diese Projektion aus fMRT-Daten: Für jedes kortikale Voxel wird geschätzt, welcher Bereich des Gesichtsfelds eine Antwort auslöst und wie stark. So entsteht eine individuelle Karte der Sehrindenorganisation, die innerhalb weniger Minuten nichtinvasiv im Scanner gemessen wird.
Unsere Gruppe entwickelt die Methoden, die diese Karten verlässlich machen. Sowohl bei 3 Tesla als auch bei 7 Tesla können Entscheidungen bei Stimulusauswahl oder Auswertung die resultierenden Karten deutlich verändern. Wir setzen dazu an mehreren Stellen an. Wir entwerfen und testen Stimulusparadigmen, die das Gesichtsfeld vollständiger abdecken. Wir quantifizieren, wie reproduzierbar pRF-Schätzungen innerhalb einer Sitzung und zwischen Sitzungen sind, damit klinische Fragestellungen auf einem soliden Fundament aufbauen können. Und wir stellen den entstehenden Arbeitsablauf als offene, containerisierte Pipeline zur Verfügung, sodass andere Gruppen ohne versteckte Parameter damit arbeiten können.
Das Anliegen ist klar. Soll pRF-Mapping zu einem quantitativen Werkzeug für die Sehforschung werden und den Weg in die Augenärztliche Klinik finden, müssen die erhaltenen Ergebnisse korrekt und zuverlässig sein.
Wenn ein Teil der Netzhaut ausfällt, fehlt dem entsprechenden Bereich der Sehrinde der Input. Zellen, die zuvor auf diesen Gesichtsfeldabschnitt reagierten, bekommen keine Reize, während benachbartes kortikales Gewebe sogar neue Aufgaben übernehmen kann. Klassische augenärztliche Untersuchungen messen das Auge, doch sie sind darauf angewiesen, dass die Patientinnen und Patienten aktiv angeben, was sie sehen, und sie zeigen nicht, wie sich das Gehirn dahinter umorganisiert hat. Die Kartierung populationsbezogener rezeptiver Felder (pRF) kann das.
Gemeinsam mit der Universitätsklinik für Augenheilkunde der Medizinischen Universität Wien nutzt unsere Gruppe die pRF-Kartierung als objektive kortikale Auslese bei Patientinnen und Patienten mit Netzhaut- und Makulaerkrankungen. Wir haben unter anderem den Morbus Stargardt, die altersbedingte Makuladegeneration mit geographischer Atrophie sowie die Retinitis pigmentosa untersucht. Das kortikale Skotom, das wir rekonstruieren, folgt der retinalen Läsion eng, und wir haben gezeigt, wie Stimulus- und Analysewahl die Messung bei eingeschränktem Sehen prägen.
Das ist wichtig, denn viele neue Therapien, von Gentherapien über Netzhautimplantate bis zu pharmakologischen Ansätzen bei der Makuladegeneration, zielen darauf ab, den visuellen Reiz wiederherzustellen. Ob das Gehirn diesen wiederhergestellten Input nutzen kann, ist eine eigene Frage, die heutige klinische Verfahren nur unzureichend beantworten. Indem die pRF-Kartierung die Hirnrinde selbst vermisst, liefert sie einen ergänzenden Biomarker: Sie fragt nicht nur, was das Auge wieder sieht, sondern was das Gehirn tatsächlich empfängt.