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Meta-Analyse für die Neurowissenschaft

3D-Atlas der Gehirnfunktionen

| Autor / Redakteur: Tobias Schlößer* / Christian Lüttmann

Der Hippocampus, ist eine der in besonders viele Funktionen involvierten Regionen des Gehirns. In diesem bildausschnitt ist seine Struktur sichtbar gemacht mit dem in Jülich und Düsseldorf entwickelten Verfahren PLI (Polarized Light Imaging).
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Der Hippocampus, ist eine der in besonders viele Funktionen involvierten Regionen des Gehirns. In diesem bildausschnitt ist seine Struktur sichtbar gemacht mit dem in Jülich und Düsseldorf entwickelten Verfahren PLI (Polarized Light Imaging). (Bild: Forschungszentrum Jülich / Markus Axer)

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Wie das Gehirn die beeindruckende Vielfalt unseres Denkens, Fühlens und Handelns hervorbringt, wird seit Jahren mit bildgebenden Verfahren wie der funktionellen Magnetresonanztomographie erforscht. Dennoch ist es schwierig, die genauen Funktionen einzelner Hirnregionen zweifelsfrei zu identifizieren. Hilfe könnte eine umfassende Meta-Analyse der gewaltigen Datenmengen aus vergangenen Studien bringen, sagen Jülicher und Düsseldorfer Neurowissenschaftler. Sie wollen durch eine übergreifende Studie Zusammenhänge aufdecken, die in den Einzelstudien verborgen blieben, und so eine Funktionskarte des menschlichen Gehirns erstellen.

Jülich – Mit der in den 1990ern entwickelten funktionellen Magnetresonanztomographie können Wissenschaftler die Gehirnaktivität eines Probanden verfolgen, während dieser im MRT-Scanner eine Aufgabe ausführt oder auf Reize reagiert. Bis heute ist das Verfahren in tausenden Studien eingesetzt worden, um den Sitz der unterschiedlichsten Verhaltensfunktionen im Gehirn zu bestimmen.

Trotz allem hat es sich als schwierig erwiesen, auf diese Weise die genauen Aufgaben und komplexe Zusammenarbeit der bekannten anatomischen Areale und Netzwerke zu verstehen. Wo wird Sprache im Gehirn verarbeitet? Wo speichert das Gehirn Erinnerungen? Zwar wurden für Regionen wie etwa den Hippocampus zahlreiche unterschiedliche Funktionen beschrieben, in die die Region eingebunden zu sein scheint. Doch bis jetzt ergeben die vielen Einzelergebnisse kein klares Bild, heißt es in einer Pressemeldung.

Das Human Brain Project

Im internationalen Human Brain Project wollen unter anderem Jülicher und Düsseldorfer Hirnforscher dazu beitragen, die verschiedenen Ebenen der Hirnorganisation miteinander zu verknüpfen und die Gehirnfunktionen besser einzelnen Regionen zuzuordnen. Ziel der rund 500 beteiligten Wissenschaftler aus 19 europäischen Nationen ist es, das gesammelte Wissen der Hirnforschung zu systematisieren, um damit das bisher umfassendste Modell des Gehirns zu erstellen.

Die Arbeit der Bildgebungsexperten wird unter anderem in den Human-Brain-Project-Atlas eingehen, den bislang umfangreichsten 3D-Atlas des Gehirns. Das Projekt stellt ihn Neurowissenschaftlern, Neuropsychologen und Ärzten weltweit zur Verfügung. Der interaktive Atlas wird über viele Größenskalen zoombar sein und zahlreiche Aspekte der Gehirnorganisation reflektieren, von der genetischen Ebene, den Zellen und Netzwerken bis hinauf zu der Ebene des Verhaltens. Eine überarbeitete und wesentlich erweiterte Version soll in Kürze zugänglich gemacht werden.

Vom Hirnareal zum Verhalten

Der besondere Ansatz des Human Brain Projects, das von den Jülicher und Düsseldorfer Forschern vorangetrieben wird, liegt in der Umkehrung der bisherigen Praxis: Statt mit vordefinierten Verhaltensfunktionen zu beginnen, zum Beispiel dem Erkennen von Gesichtern, und diese Funktionen dann Gehirnregionen zuzuordnen, möchten die Forscher den Weg andersherum gehen. Sie wollen zunächst eine anatomisch definierte Hirnregion auswählen. Mithilfe einer statistischen Auswertung von Einzelstudien suchen sie dann nach möglichen Verhaltensfunktionen, die diesem speziellen Hirnareal zu eigen sind.

Möglich wird ein solcher „bottom up“-Ansatz durch seit Kurzem etablierte Datenbanken für neurowissenschaftliche Bildgebungsstudien, in denen die gewonnenen Daten aus tausenden Studien verfügbar gemacht werden und weiter analysiert werden können. Meta-Analysen dieses Datenreichtums könnten „Kernfunktionen“ der Areale enthüllen, die in den einzelnen Studien nicht sichtbar werden, so argumentieren die Forscher.

Ein ganzheitliches Bild

Mithilfe des neuen Ansatzes könnte der Datenschatz vergangener Studien die Basis für eine zukünftige „funktionelle Karte“ und ein tieferes, skalenübergreifendes Verständnis des Gehirns liefern. „Neurowissenschaftler und Ärzte in haben den letzten Jahrzehnten versucht, Konzepte wie das Erinnerungsvermögen auf Hirnregionen und Netzwerke zu beziehen – aber es hat sich noch kein klares Bild ergeben“, sagt Dr. Sarah Genon vom Forschungszentrum Jülich und Uniklinikum Düsseldorf.

Mit einer Metaanalyse wie beim Human Brain Projekt lasse sich aber die „konzeptionelle Lücke“ zwischen Hirndaten und Verhaltensdaten schließen. „Wir können verschiedene Verhaltensprofile von Hirnregionen und Netzwerken erstellen und so aus einer großen Sammlung von Gehirn-Verhalten-Daten auf das ganze Bild schließen“ erklärt die Forscherin.

Orginalpublikation: Sarah Genon, Andrew Reid, Robert Langner, Katrin Amunts and Simon B. Eickhoff: How to characterize the function of a brain region.. Trends in Cognitive Sciences,Volume 22, Issue 4, p350–364, April 2018 , DOI: 10.1016/j.tics.2018.01.010

* Tobias Schlößer:Forschungszentrum Jülich, 52428 Jülich

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