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25.02.2015, 15:30 Uhr

Klasse für Naturwissenschaften und Medizin, 564. Sitzung

Prof.'in Dr. Katrin Amunts, Jülich: Brain Mapping; Prof. Dr. Rainer Goebel, Maastricht: Entschlüsselung neuronaler Aktivitätsmuster in Echtzeit: Von der Grundlagenforschung zu therapeutischen Anwendungen der funktionellen MRT

Brain Mapping
Prof.'in Dr. Katrin Amunts, Jülich

Das menschliche Gehirn ist eines der komplexesten Systeme – es umfasst verschiedene räumliche und zeitliche Skalen und reicht von den Genen über einzelne Zellen und ihre Schaltkreise, die zelluläre und molekulare Architektur bis hin zu Hirnarealen und großen Netzwerken, die für kognitive Prozesse, wie z.B. Sprache, bedeutend sind. 
Hirnatlanten sind unverzichtbare Werkzeuge im Bereich des „Mappings“ kognitiver Funktionen –  sie ermöglichen die Analyse von Struktur-Funktionsbeziehungen in einem gemeinsamen räumlichen Referenzsystem und sind Basis dafür, die unterschiedliche Modalitäten miteinander in Beziehung zu setzen. Zytoarchitektonische Karten des in Jülich und Düsseldorf entwickelten JuBrain – Atlas erlauben es beispielsweise, Areale und Netzwerke zu identifizieren, die bei Neuroimaging-Untersuchungen während einer bestimmten Sprachaufgabe aktiviert wurden oder Genexpression sowie Rezeptorkonzentrationen in Hirnarealen zu bestimmen. Als Wahrscheinlichkeitskarten berücksichtigen sie die inter-individuelle Variabilität der Areale in Bezug auf ihre Größe und Lage. Variabilität findet sich auf ganz unterschiedlichen Ebenen der Hirnorganisation und ist selbst Gegenstand von Forschung.
Mit dem „Big Brain“ gibt es erstmals einen Hirnatlas auf mikroskopischer Ebene. Damit können anatomische und funktionelle Befunde auf der Ebene von Schichten und Unterschichten der Hirnrinde räumlich korrekt aufeinander abgebildet werden. Ergänzt wird dieser Ansatz durch 3D-PLI (Polarized Light Imaging); dieses Verfahren zeigt selbst dünne Faserbündel und einzelne Nervenfasern in ihrem räumlichen Verlauf und erlaubt die Identifizierung neuer anatomischer Strukturen. Technologischer Fortschritt im Bereich der Bildanalyse, Softwareentwicklung, Visualisierung und Rechenleistung ermöglichen es, von der makroskopischen bis auf die zelluläre Ebene hinein zu „zoomen“. Sie erfordern die Einbeziehung moderner ICT und eröffnen neue Wege, sich der Entschlüsselung des Gehirns zu nähern. 

Professorin Dr. Katrin Amunts studierte Medizin und Biophysik am Pirogov-Institut in Moskau und promovierte 1990. Sie arbeitete als wissenschaftliche Mitarbeiterin am Fraunhofer Institut IPK in Berlin und anschließend am Cécile und Oskar Vogt-Institut für Hirnforschung der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf. 1999 wechselte sie als Arbeitsgruppenleiterin zum Forschungszentrum Jülich in das Institut für Medizin. 2004 erhielt sie den Ruf auf eine C3-Professur für „Strukturell-Funktionelles Brain Mapping“ an der Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie des Universitätsklinikums der RWTH Aachen und leitete in Jülich eine entsprechende Arbeitsgruppe, die von 2004 bis 2006 zusätzlich durch die Helmholtz-Gemeinschaft gefördert wurde. 2009 wurde Katrin Amunts W3-Professorin und Leiterin der Sektion „Strukturell-Funktionelles Brain Mapping“ an der Klinik für Psychiatrie, Psychotherapie und Psychosomatik, Universitätsklinikum Aachen, RWTH Aachen. Gleichzeitig wurde sie Direktorin des Instituts für Neurowissenschaften und Medizin, INM-1 (Strukturelle und funktionelle Organisation des Gehirns), Forschungszentrum Jülich und hat diese Stelle bis heute inne. 2013 erhielt sie einen Ruf auf eine Professur für Hirnforschung an der Heinrich-Heine-Universität und wurde Direktorin des C. und O. Vogt-Instituts für Hirnforschung. 
Seit 2012 ist Katrin Amunts Mitglied des Deutschen Ethikrats. Sie ist außerdem Sprecherin des Programms “Decoding the Human Brain” in der Helmholtz-Gemeinschaft. Im europäischen FET-Flagship „The Human Brain Project“ leitet sie den Bereich Strategic Human Brain Data und ist Mitglied des Board of Directors.
Katrin Amunts befasst sich mit der strukturellen und funktionellen Organisation des Gehirns. Sie arbeitet an der Entwicklung eines multimodalen Hirnmodells mithilfe moderner ICT. Gemeinsam mit ihren Kollegen hat sie einen zytoarchitektonischen Hirnatlas, JuBrain, entwickelt, der, probabilistische Hirnkarten der wissenschaftlichen Öffentlichkeit frei zugänglich macht.

Entschlüsselung neuronaler Aktivitätsmuster in Echtzeit: Von der Grundlagenforschung zu therapeutischen Anwendungen der funktionellen MRT
Prof. Dr. Rainer Goebel, Maastricht

In den letzten Jahren sind zahlreiche Anwendungen ?mit funktioneller Magnet-Resonanz-Tomographie (fMRT) durchgeführt worden, die das Auslesen von mentalen Zuständen aus verteilten Aktivitätsmustern zum Ziel hatten („brain reading“). Das Auslesen von mentalen Repräsentationen ist aber nicht nur für die Grundlagenforschung von Bedeutung, sondern eröffnet auch neue Perspektiven für klinische Anwendungen, insbesondere wenn Aktivitätsmuster in Echtzeit ausgelesen werden. Wir haben in den letzten Jahren Echtzeit-fMRT Anwendungen entwickelt, die es erlauben einem Probanden seine eigene Hirnaktivität während einer laufenden Messung zu zeigen. In darauf basierten fMRT Neurofeedback-Studien lernen Probanden darüber hinaus ihre eigene Hirnaktivität zu modulieren. Es wurde dadurch zum Beispiel Patienten mit Depressionen ermöglicht, ihre Symptome selbst zu reduzieren. Basierend auf ähnlichen Prinzipien haben wir kürzlich?eine Gehirn-Computer-Schnittstelle entwickelt, die es Patienten ermöglicht mit Angehörigen zu kommunizieren, selbst wenn die Patienten keine motorische Kontrolle ihres Körpers besitzen und daher “Gefangene ihres eigenen Körpers” sind (locked-in syndrome). Darüber hinaus dringen wir mit neuen Hochfeld-MRT Geräten in die innere Struktur des Kortex vor, dass es uns zunehmend erlaubt den repräsentationalen Code des Gehirns auf der Ebene von kortikalen Kolumnen und kortikalen Layern zu entschlüsseln.

Professor Dr. Rainer Goebel studierte Kognitive Psychologie und Informatik an der Universität Marburg (1983-1988). Er promovierte (Dr. rer. nat.) bei Prof. Dirk Vorberg an der TU Braunschweig (1989-1994, Prädikat: cum laude). 1993 erhielt er den Heinz Maier-Leibnitz-Preis in Kognitionswissenschaften vom deutschen Minister für Bildung und Forschung für eine Veröffentlichung zum „Bindungsproblem“. 1994 erhielt er den Heinz-Billing-Preis der Max-Planck-Gesellschaft für die Entwicklung eines Softwarepakets zur Erstellung und Simulation neuronaler Netzwerkmodelle. Von 1995-1999 arbeitete er in Frankfurt/Main als Post-Doc am Max-Planck-Institut für Hirnforschung in der Abteilung Neurophysiologie (Direktor: Prof. Wolf Singer). Im Jahr1997/1998 war er Fellow am Wissenschaftskolleg zu Berlin. Seit Januar 2000 ist Rainer Goebel Professor für Kognitive Neurowissenschaften an der Universität Maastricht in den Niederlanden. Von 2001-2008 war er Fellow und Vorstandsmitglied des F.C. Donders Centers in Nijmegen. Er ist Gründungsdirektor des Maastricht Brain Imaging Zentrums (M-BIC) und war die treibende wissenschaftliche Kraft hinter dem kürzlich eingeweihten Hochfeld-MRT Zentrums „Scannexus“, das über 3, 7 und 9.4 Tesla Scanner für humane Neuro-Bildgebungsstudien verfügt. Darüber hinaus ist er seit 2008 Leiter der Gruppe für Modellierung und Neuro-Bildgebung am niederländischen Institut für Neurowissenschaften in Amsterdam. Im Jahr 2007 wurde er zum Vorsitzenden der Organisation für Human Brain Mapping gewählt. Rainer Goebel erwarb zahlreiche Fördermittel einschließlich eines Advanced Grant des Europäischen Forschungsrates (ERC) sowie einen Grant im Rahmen des europäischen Human Brain Projekts. Mit seinem Team hat er wichtige wissenschaftliche Beiträge in inhaltlichen, theoretischen und methodischen Aspekten der kognitiven Neurowissenschaften und funktionellen Bildgebung erbracht. Darüber hinaus gründete er die Firma Brain Innovation BV, die unter seiner Führung kommerzielle und freie Software zur Analyse und Visualisierung von Bildgebungsdaten entwickelt, sowie Software für die therapeutische Anwendung von Echtzeit-fMRT. Im Jahre 2014 wurde Rainer Goebel in die königliche niederländische Akademie der Künste und Wissenschaften aufgenommen.