Das Sprach-Konnektom von Gehirntumorpatient*innen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Lucius Fekonja; Professor Dr. Thomas Picht; Professorin Dr. Petra Ritter
• Fachliche Zuordnung: Klinische Neurologie; Neurochirurgie und Neuroradiologie ; Experimentelle und theoretische Netzwerk-Neurowissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 455227709

Unser zentrales Ziel ist, Hirnvernetzung bei Patienten mit Tumoren im Sprachbereich zu untersuchen, um die Auswirkungen des Tumors auf die netzwerkbezogene Kognition zu erfassen. Die Beeinträchtigung der Sprachfunktion wirkt sich besonders nachteilig und negativ auf die Lebensqualität des Patienten aus. Darüber hinaus ist der genaue Einfluss von Hirntumoren auf die Sprachfunktion aufgrund der Variabilität der individuellen Sprachnetzwerke und des Potenzials des Gehirns zur funktionellen Reorganisation bisher schwer vorherzusagen. Ein Konnektom-Ansatz auf der Grundlage der fortgeschrittenen Neurobildgebung bietet neue Möglichkeiten für präzise personalisierte Analysen. Wir werden The Virtual Brain nutzen, um die Auswirkungen von Hirntumoren auf die individuelle Netzwerkfunktion zu modellieren und virtuelle Operationen durchführen, um die Auswirkungen der Operation vorherzusagen. Dazu werden wir hirnspezifische biophysikalische Hirnnetzwerk-Modelle (HNMs) berechnen, um deren Beziehung zur Kognition zu untersuchen. Darüber hinaus werden wir künstliche neuronale Netze (KNNs) verwenden, um die Beziehung zwischen Netzwerkelementen und Kognition zu erfassen. Durch die Modellierung der Hub-Konnektivität, die unter Verwendung von KNNs berechnet wird, werden wir in der Lage sein, die Sprachleistung von Hirntumorpatienten vor und nach der Operation vorherzusagen. Dieses Projekt kombiniert komplementäre Expertisen eines interdisziplinären Forschungsteams, um eine Grundlagentechnologie zu schaffen, die die Verbindungen zwischen Gehirnarchitekturen auf Makro- und Mikroebene in Bezug auf ihre Funktion im Gehirn definiert. Unsere Ziele sind i) der Aufbau eines mehrskaligen KNN-basierten Modells für Sprachhirntumor-Patienten (Gliom WHO Grad II - IV), das verschiedene Analysemethoden, neuropsychologische Tests, fortgeschrittene bildgebende Verfahren und longitudinale, prä- und postoperative Bewertungen neben anderen neuroonkologischen Indikatoren wie dem Tumorgrad integriert, Histologie und Läsionsvolumen bei der Diagnose ii) tumorinduzierte Veränderungen in Bezug auf das Konnektom über verschiedene Zeitskalen zu untersuchen, iii) die Netzwerk-Auswirkungen von Hirntumoren und Neurochirurgie auf die Sprache zu simulieren und iv) einen offen zugänglichen Online-Datensatz mit qualitativ hochwertigen neuropsychologischen und bildgebenden Daten von 150 Patienten mit intrinsischen Hirntumoren prä- und postoperativ und 150 gesunden Probanden zu erstellen. Dieses Projekt geht weit über die gegenwärtigen Methoden der Hirntumoranalyse hinaus. Das Projekt stellt ein großes Potenzial dar, um die Auswirkungen von Hirntumoren und deren Behandlung auf individuelle neuronale Netzwerke und die daraus resultierende Sprachfunktion besser zu verstehen. Durch die Weiterentwicklung von prädiktiven Modellen in der Hirntumorchirurgie wird dieses translationale Projekt Pionierarbeit an der Schnittstelle von klinischer, experimenteller und theoretischer Forschung leisten.

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