Trimodale Bildgebung humaner Hirnnetzwerke mittels simultaner PET/MR/EEG

• Antragsteller: Professor Dr. Niels Focke; Professor Dr. Christian Jean La Fougère; Professor Dr. Bernd Pichler
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403462768

In den letzten zwei Dekaden ist es mit Daten-basierten Methoden gelungen, räumlich und zeitlich distinkte funktionelle Netzwerke des menschlichen Gehirns zu identifizieren, die selbst im scheinbaren Ruhezustand ‚aktiv‘ sind. Viele dieser Ruhe-Netzwerke (RSN) sind interindividuell bemerkenswert ähnlich und sind mit pathologischen Veränderungen z.B. bei Epilepsie und Demenzen in Zusammenhang gebracht worden. Allerdings ist die physiologische Funktion dieser RSN bisher nur teilweise verstanden. Die überwiegende Mehrheit der RSN Studien basiert auf dem s.g. BOLD Kontrast (blood oxygen level dependent) im fMRT, d.h. minimalen MRT-Signal-Fluktuationen, die durch hämodynamische Effekte entstehen. Daher erlaubt diese Methode nur indirekte Rückschlüsse auf neuronale Aktivität und hat eine begrenzte zeitliche Auflösung. Um die Neurobiologie der RSN besser zu charakterisieren, sind andere Bildgebungs-Modalitäten wichtig. EEG und MEG bilden direkte neuronale Aktivität mit hoher Zeitauflösung ab, sind aber in ihrer räumlichen Auflösung begrenzt. [18F]Fluordesoxyglukose (FDG)-PET kann den regionalen Glukose-Metabolismus des Gehirns abbilden, als Surrogat für den Energieverbrauch neuronaler Zellen. Die zeitliche Auflösung von FDG-PET ist jedoch sehr begrenzt, so dass in der klinischen Routine meist nur statische FDG-Karten verwendet werden.In dem hier beantragten Projekt werden wir simultane, dynamische [18F]FDG-PET/fMRT/EEG Daten bei 20 gesunden Probanden im Ruhezustand sowie während einer einfachen motorischen Aufgabe erheben. Wir werden die RSN mit Daten-basierten Methoden aus allen drei Modalitäten extrahieren und die räumlichen und zeitlichen Charakteristika analysieren und vergleichen. In einer rezenten Vorarbeit bei Ratten konnten wir zeigen, dass [18F]FDG-PET- und fMRT-basierte RSN nicht identisch sind und dass ein besseres Verständnis dieser fundamentalen Hirnphysiologie wichtig ist. In dem hier beantragten Projekt wollen wir diese Erkenntnisse in das humane System translatieren und, mit dem EEG als direkt neuronales Signal, eine weitere Bildgebungs-Dimension hinzufügen. Über intramurale Förderung konnten wir bereits die technischen Voraussetzungen für diese anspruchsvolle Studie schaffen und eine Pilot-Serie erheben. Neben den gesunden Probanden wollen wir in diesem Projekt auch Patienten mit fokaler Epilepsie mit dem gleichen Bildgebungs-Paradigma untersuchen und die bei Epilepsie beschriebenen RSN Veränderungen eingehend untersuchen. Im Speziellen soll der regional ‚Hypometabolismus‘ im [18F]FDG-PET, der in Relation zum epileptogenen Fokus steht, multi-modal charakterisiert werden. Die Ergebnisse unseres Vorhabens werden für das generelle Verständnis von Hirnnetzwerken aber auch für die Interpretation der einzelnen Modalitäten von hoher Relevanz sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen