Wie das Gehirn aus Lichtreizen Bildeindrücke konstruiert

1,55 Mio. Euro für Deutsch-Israelisches Kooperationsprojekt
RUB-Neurowissenschaftler koordiniert Forschungsvorhaben auf deutscher Seite

Wie konstruiert unser Gehirn aus den mannigfaltigen Lichtreizen, die auf das Auge treffen, ein robustes Bild? Bei diesem komplexen Ablauf sind weit verzweigte Netzwerke von Nervenzellen im Einsatz, deren Zusammenwirken Forscher aus Deutschland und Israel in einem neuen Kooperationsprojekt ergründen.

Seite ist Dr. Dirk Jancke (RUB-Institut für Neuroinformatik). Die Forscher setzen dabei in Kombination mit der funktionellen Magnetresonanztomographie ein neuartiges bildgebendes Verfahren ein, das es dank Licht emittierender Farbstoffe erlaubt, Gehirnaktivität mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung zu verfolgen. Das Projekt wird ab Januar 2012 vom Bundesforschungsministerium (BMBF) und der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) mit rund 1,55 Mio. Euro gefördert.

Kombination zweier bildgebender Techniken soll neue Aufschlüsse geben
Im Gehirn werden komplexe Informationsinhalte nicht durch einzelne Nervenzellen repräsentiert, sondern durch ihr Zusammenwirken in weitverzweigten Netzwerken. Um diese weitreichenden Dynamiken abbilden und verstehen zu können, kombinieren die Forscher zwei bildgebende Verfahren und Computersimulationen. Die Arbeitsgruppe um Dr. Jancke gehört zu den weltweit führenden in der neuen optischen Technik VSDI („Voltage-Sensitive Dye Imaging“). Dank fluoreszierender, elektrisch sensibler Farbstoffe lässt sich damit die Gehirnaktivität in hoher raum-zeitlicher Auflösung abbilden. Die neue Technik wird kombiniert mit der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT), die bereits routinemäßig in der medizinischen Diagnostik genutzt wird. „Sie hat allerdings den Nachteil einer relativ geringen raum-zeitlichen Auflösung“, erklärt Dr. Jancke. „Einzigartig für unser Projekt ist, dass wir die beiden unterschiedlichen bildgebenden Methoden mit exakt gleichen Stimulationsprotokollen einsetzen und damit die Ergebnisse erstmals direkt vergleichen können.“ Computer-Simulationen der gewonnenen Daten sollen helfen, Modellvorstellungen darüber zu entwickeln, wie aus Lichtreizen im Gehirn robuste Bildeindrücke entstehen.

Grundlagen für Diagnostik und Mensch-Maschine-Interaktion
Aus ihren Ergebnissen hoffen die Wissenschaftler Modellvorstellungen über die Funktionsweise unseres Gehirns auf verschiedenen raum-zeitlichen Skalen entwickeln zu können. Damit wollen sie die Grundlage schaffen für neue medizinische Diagnoseverfahren, Mensch-Maschine Interaktionen und intelligente Bildanalysesysteme.

Deutsch-israelische Zusammenarbeit
Am Projekt mit dem Titel „Decoding visual content and perception from neuronal population activity in visual cortex: VSDI, fMRI and computational modeling” sind neben der Arbeitsgruppe von Dr. Dirk Jancke Forschergruppen der Bar-Ilan University (Dr. Slovin, Koordination Israel) und des Weizmann Institute of Science (Prof. Ullman) aus Israel sowie das Bernstein Center for Computational Neuroscience (Prof. Haynes), Berlin, beteiligt. Das Projekt wird für fünf Jahre durch das BMBF und die Deutsche Forschergemeinschaft (DFG) gefördert. Mit der Einrichtung des Programms Deutsch-Israelische Projektkooperation (DIP) wurde eine Kooperationssäule zwischen Israel und Deutschland errichtet, um interdisziplinäre Spitzenforschung beider Länder zu fördern.

Link to original press release:
http://aktuell.ruhr-uni-bochum.de/pm2012/pm00016.html.de (deutsch)

PD Dr. Dirk Jancke

Institut für Neuroinformatik NB2/27
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