Clinical Connectomics: Ein Netzwerkansatz zur tiefen Hirnstimulation

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Fred Henrik Hamker; Professorin Dr. Andrea Kühn; Professorin Dr. Petra Ritter
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und theoretische Netzwerk-Neurowissenschaften ; Klinische Neurologie; Neurochirurgie und Neuroradiologie ; Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 347325977

In diesem Projekt planen wir - zum ersten Mal - zwei rechnergestützte Modellierungsansätze auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Skalen zu kombinieren, um die Hirnaktivität bei Parkinson-Patienten mit und ohne Tiefe Hirnstimulation (DBS) zu simulieren. Übergeordnetes Ziel ist es, mit dieser methodischen Entwicklung verfeinerte und genauere Vorhersagen von veränderten Netzwerkinteraktionen bei Morbus Parkinson zu erreichen und eine In-Silico-Vorhersage von Neuromodulationstherapien wie der DBS zu ermöglichen. Durch die Co-Simulation des Gehirns mit zwei verschiedenen Simulatoren, The Virtual Brain (TVB) und ANNarchy, erfassen wir sowohl die Interaktionen zwischen dem Netzwerk des ganzen Gehirns als auch die detaillierten funktionellen Schaltkreis-Interaktionen des Basalganglien-Netzwerks. Beide Beschreibungsebenen der Hirndynamik interagieren und beeinflussen sich gegenseitig. Die in dieser Zusammenarbeit entwickelten multi-Skalen Modelle werden durch patientenspezifische multimodale Daten ergänzt, die die Magnetenzephalographie (MEG), lokale Feldpotentiale (LFPs) und die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRI) umfassen. Modellinduzierte Parameter und Zustandsvariablen werden zur Vorhersage klinischer Symptomveränderungen bei PD-Patienten verwendet. Wir werden unsere multi-Skalen Modelle durch Kreuzvalidierung validieren. Die entwickelte Software wird quelloffen sein und es anderen Benutzern ermöglichen, multi-Skalen Hirn-Co-Simulationen mit der TVB-ANNarchy-Toolbox durchzuführen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2041: Computational Connectomics