Neue Methode der statistischen Inferenz in der Magnetresonanztomographie (fMRI) entwickelt

Eines der Hauptziele der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRI) ist der Nachweis einer lokalen Aktivierung im menschlichen Gehirn. Mangelnde statistische Aussagekraft und teilweise ungenaue Resultate wurden jedoch in jüngster Zeit als großes Problem in dieser Hinsicht identifiziert.

Eine Gruppe von Wissenschaftler/-innen des Max-Planck-Instituts für biologische Kybernetik und des Universitätsklinikums Tübingen hat eine neue Software namens „LISA“ entwickelt, um dieses Problem zu lösen.

Die am weitesten verbreiteten statistischen Inferenzverfahren wurden vor mehr als 10 Jahren erfunden und sind nicht gut geeignet für die Verarbeitung modernster hochauflösender Neurobildgebungsdaten. Die MRT-Technologie hat sich in den letzten Jahren durch die Einführung von Ultra-Hochfeld-Scannern (>= 7 Tesla), die eine deutlich verbesserte räumliche Auflösung bieten, erheblich verbessert.

Standardalgorithmen waren jedoch nicht für die Verarbeitung so hochpräziser Daten ausgelegt, sodass einige der Hauptvorteile des Ultrahochfeld-Scans aufgrund unzureichender Software verloren gingen. Darüber hinaus zeigte eine kürzlich veröffentlichte Publikation von Eklund et al. (PNAS, 2016), dass einige der am weitesten verbreiteten statistischen Methoden zu teilweise falschen Ergebnissen führten.

Grund genug für unsere Wissenschaftler/-innen bessere Ansätze für die statistische Inferenz in der fMRT zu entwickeln. Unsere Wissenschaftlerin PD Dr. Gabriele Lohmann erklärt: „Es bedarf ausgefeilter mathematischer Methoden, um Neurobildgebungsdaten sinnvoll zu nutzen. Die farbigen „Blobs“, die oft in Artikeln über Magnetresonanztomographie abgebildet sind, werden mit komplizierten statistischen Verfahren berechnet und sind mit dem bloßen Auge nicht zu erkennen.“

Die Wissenschaftler/-innen führten nun eine neue Methode der statistischen Inferenz in der fMRI ein, die sie LISA (Local Indicators of Spatial Association) nennen. Sie ist von einem Konzept inspiriert, das sonst in geografischen Informationssystemen verwendet wird.

Abschließend hoffen die Wissenschaftler/-innen, dass LISA aufgrund seiner verbesserten Sensitivität und besseren räumlichen Spezifität bei der Entwicklung neuer und realistischerer Modelle der menschlichen Gehirnfunktion weiterhelfen wird.

Dr. Lohmann begründet das so: „In unseren ersten Tests haben wir festgestellt, dass unsere Methode viel sensitiver ist und Gehirnaktivität genauer erkennen kann als frühere Methoden. Und weiter: “Wir hoffen daher sehr, dass unsere Methode dazu beitragen wird, ein vollständigeres Bild der Gehirnfunktion zu ermöglichen. Wir gehen davon aus, dass in Zukunft die Erkenntnisse, die wir aus dieser Grundlagenforschung gewinnen, Patienten/-innen mit neurologischen Erkrankungen zugutekommen lassen können!“

Originalpublikation:
„LISA improves statistical analysis for fMRI“, Gabriele Lohmann, Johannes Stelzer, Eric Lacosse, Vinod J. Kumar, Karsten Mueller, Esther Kuehn, Wolfgang Grodd & Klaus Scheffler, Nature Communications 9:4014 (2018): https://www.nature.com/articles/s41467-018-06304-z

Interview mit Gabriele Lohmann: http://www.kyb.tuebingen.mpg.de/de/presse-aktuelles-und-veranstaltungen/meet-you…

PD. Dr. Gabriele Lohmann arbeitet am Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik im Magnetresonanzzentrum (MRZ) und am Universitätsklinikum Tübingen. Ihr Forschungsschwerpunkt ist die Entwicklung neuer mathematischer Methoden zur Analyse von Daten, die mittels MRT vom menschlichen Gehirn gewonnen werden. Ihr besonderes Interesse gilt Methoden der statischen Inferenz und der Entwicklung von Netzwerkmodellen.

Pressekontakt:
Beate Fülle
Leiterin Presse und Öffentlichkeitsarbeit
Tel.: 07071 601-777
E-Mail: presse-kyb@tuebingen.mpg.de

Bildunterschrift: Dieses Bild zeigt einen Vergleich von LISA gegen die gängigsten anderen Verfahren. Aktivierungen im menschlichen Gehirn, die mit LISA identifiziert wurden, sind besser reproduzierbar und damit verlässlicher.

Quellenangabe: Gabriele Lohmann/MPI für biologische Kybernetik (veröffentlicht in Nature Communications 9:4014 (2018) https://www.nature.com/articles/s41467-018-06304-z

Das Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik beschäftigt sich mit der Signal- und Informationsverarbeitung im Gehirn. Die Wissenschaftler/innen gehen der Frage nach, welche Signale und Prozesse notwendig sind, damit Menschen aus den vielfältigen Sinnesinformationen ein konsistentes Bild ihrer Umwelt und das dazu passende Verhalten erzeugen können. Mit unterschiedlichen Ansätzen und Methoden arbeiten unsere Forscher/innen aus drei Abteilungen und mehreren Forschungsgruppen an grundlegenden Fragen der Gehirnforschung.

Das Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik ist eine von 84 Forschungseinrichtungen, die die Max-Planck-Gesellschaft (MPG) im In- und Ausland unterhält und die alle Grundlagenforschung in den Natur-, Bio-, Geistes- und Sozialwissenschaften im Dienste der Allgemeinheit betreiben. Die MPG ist Deutschlands erfolgreichste Forschungsorganisation – seit ihrer Gründung 1948 finden sich alleine 18 Nobelpreisträger und Nobelpreisträgerinnen in den Reihen ihrer Wissenschaftler. Damit ist sie auf Augenhöhe mit den besten und angesehen¬sten Forschungsinstitutionen und Universitäten der Welt.
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Neurowissenschaften, Onkologie und Immunologie, Infektionsforschung und Vaskuläre Medizin mit Diabetes-Forschung sind Forschungsschwerpunkte in Tübingen. Das Universitätsklinikum ist in vier der sechs von der Bundesregierung initiierten Deutschen Zentren für Gesundheitsforschung verlässlicher Partner.

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Gabriele Lohmann, Johannes Stelzer, Eric Lacosse, Vinod J. Kumar, Karsten Mueller, Esther Kuehn, Wolfgang Grodd & Klaus Scheffler, LISA improves statistical analysis for fMRI, Nature Communications 9:4014 (2018): https://www.nature.com/articles/s41467-018-06304-z

http://www.kyb.mpg.de/de
http://www.medizin.uni-tuebingen.de
http://www.kyb.tuebingen.mpg.de/de/presse-aktuelles-und-veranstaltungen/meet-you…