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Nicht-Gaußsche-Diffusionbildgebung in der Entwicklung und Alterung

Nicht-Gaußsche-Diffusionbildgebung in der Entwicklung und Alterung

Die weiße Substanz spielt eine wichtige Rolle bei der Informationsübertragung zwischen den verschiedenen Regionen der grauen Substanz. Diffusions-Tensor-Imaging (DTI) hat sich zu einem unverzichtbaren Werkzeug in der Hirnforschung entwickelt. Unter anderem hat DTI die Analyse der weißen Substanz-Konnektivität und Mikrostrukturveränderungen während der gesamten Lebensdauer ermöglicht. DTI verbesserte außerdem unser Verständnis der Verbindungen zwischen Struktur und Funktion in Reifung und Alterung. Zahlreiche Studien haben ermöglicht die Hirnreifungs- und Alterungs-Muster (Kochunov et al. , Neurobiol . Ageing , 2012) zu bestimmen. Es wurde gezeigt, dass kognitive Veränderungen in der frühen Reifung mit Veränderungen der Gehirn-Integrität verbunden sind. Es gibt auch Hinweise dafür, dass die Veränderungen der Hirnmikrostruktur im späteren Alter mit kognitiven Defiziten korreliert. Methodisch basiert die Mehrzahl der Studien auf der Tensor Direktionalität und der fraktionierten Anisotropie, wobei die letztere als allgemeiner Integritäts-Index der Mikrostruktur von weißer Substanz betrachtet wird. In letzter Zeit haben fortgeschrittene nicht-Gaußsche-Diffusionsverfahren (z.B. Grinberg et al., Neuroimage, 2011) ein zunehmendes Interesse hervorgerufen. Darauf basierend entwickelten wir das neuartige Werkzeug (mit Abkürzung „nGD – MRT für “nicht-Gaußsche-Diffusions-MRT) das mehrere Methoden (Diffusions-Kurtosis-Bildgebung , bi- exponentielle Tensoranalyse, gestreckte Exponentialfunktion, Gamma-Verteilungsfunktion, etc.) beinhaltet und eine genauere Analyse des diffusionsgewichteten Signals im Vergleich zu DTI ermöglicht. Jedoch haben bisher nur sehr wenige Arbeiten die Korrelationen zwischen Alter, Hirnfunktion, genetischer Veranlagung und den Metriken der nicht-Gaußschen-Diffusion untersucht. Das Ziel dieser Studie ist eine Anwendung des nGD - MRI -Tools im Rahmen des anspruchsvollen Projekts "1000 Brains " (ein Konsortium von deutschen Institutionen geleitet vom Forschungszentrum Jülich) um detailliertere Informationen der Diffusionsmechanismen und der darunterliegenden Mikrostruktur zu gewinnen. Im Rahmen von "1000 Brains " werden nGD - MRT- Diffusionsdaten von 1000 Probanden, zusammen mit herkömmlichen MRT, fMRT, genetischen Daten und kognitiven Leistungstests, analysiert. Wir vermuten, dass die neuen Biomarker auf Basis von nGD - MRT zur Untersuchung des Übergangs zwischen der Reifung und dem altersbedingten Rückgang erheblich beitragen werden, ebenso wie zur Festlegung der Zusammenhänge von mikrostrukturellen Veränderungen mit a) der Stärke der genetischen Prädisposition und b) der kognitiven Funktionen. Korrelationen zwischen struktureller und funktioneller Konnektivität werden untersucht. Erhaltene Informationen sollten unser Verständnis des Alterungsprozesses des Gehirns verbessern und einen Beitrag zur Entwicklung von bioneurologischen Modellen, einschließlich genetischer Faktoren und Risikoschätzer von neurodegenerativen Prozessen und dem geistigen Rückgang, leisten.

Non-Gaussian diffusion metrics in development

Zusatzinformationen

Ansprechpartner

Prof. Dr. N. J. Shah (Teamleader)

Priv.-Doz. Dr. Grinberg


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