Nachwuchsgruppen Bildgebende Verfahren

 

Öffentliche Bekanntmachung:	2006
Förderzeitraum:	2007 - 2012
Gesamtvolumen:	20 Mio. EUR
Vorhabenzahl:	11

1. Ziele des Förderschwerpunktes

Bildgebende Verfahren sind zu einer Schlüsseltechnologie in der modernen Biomedizin geworden. Zu der rasanten Entwicklung haben insbesondere die immer leistungsfähiger werdenden Großgeräte wie Magnetresonanztomographen (MRT) und Positronenemissionstomographie (PET) sowie die kontinuierliche Weiter- und Neuentwicklung von Datenanalysemethoden beigetragen. Klinische Anwendungsfelder ergeben sich durch die verbesserten Darstellungsmöglichkeiten von Organen des menschlichen Körpers, durch den Einsatz der funktionellen Bildgebung in den Neurowissenschaften und nicht zuletzt durch die Analyse von Tiermodellen für menschliche Erkrankungen.
Mit dieser Entwicklung geht ein steigender Bedarf nach qualifiziertem wissenschaftlichem Personal in leitenden Funktionen einher. Mit der Fördermaßnahme  „Nachwuchsgruppen Bildgebende Verfahren“ werden daher Nachwuchswissenschaftler und -wissenschaftlerinnen in ihrer wissenschaftlichen Karriere so unterstützt, dass sie ein eigenständiges Forschungsprofil im Bereich der nicht-invasiven bildgebenden Verfahren entwickeln und sich damit eine verbesserte Karriereperspektive eröffnen können.

2. Stand der Fördermaßnahme

Die Fördermaßnahme "Nachwuchsgruppen Bildgebende Verfahren" wurde am 12.05.2006 bekannt gemacht. Zum Stichtag 31.10.2006 lagen 66 Anträge mit einem beantragten Fördervolumen von etwa 88 Millionen € vor. Ein Großteil der Anträge kam aus den Gebieten Neurowissenschaften (35) und Herz-Kreislauf (14) und deckte gleichermaßen methodische wie klinische Fragestellungen ab. Elf Anträge waren von exzellenter Qualität und erhielten daher eine eindeutige Förderempfehlung. Die Förderung der Nachwuchsgruppen läuft seit Mitte 2007. Insgesamt wurden 11.3 Millionen Euro für 5 Jahre beantragt. Besonders erfolgreichen Gruppen kann nach 3 Jahren eine weitere Doktorandenstelle sowie eine Laufzeitverlängerung um ein weiteres Jahr bewilligt werden.

3. Geförderte Vorhaben

a) Kurzbeschreibungen der laufenden Vorhaben

Multimodale funktionelle Bildgebung akustischer Wahrnehmung

Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg Neurologische Klinik Im Neuenheimer Feld 400 69120 Heidelberg

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Dr. Alexander Gutschalk 06221 567505 01EV0712 1.018.530 EUR 01.02.2008 - 31.01.2013

In alltäglichen Umgebungen ist es oftmals unmöglich, mehrere akustische Ströme gleichzeitig zu verfolgen, da nicht alle Ströme gleichzeitig die Ebene bewusster Wahrnehmung erreichen. Die neuronalen Grundlagen bewusster akustischer Wahrnehmung sollen entschlüsselt und Störungen akustischer Wahrnehmung, die bei Läsionen des Hörkortex und supramodaler Kortexareale auftreten, funktionell und phänomenologisch unterschieden werden. Gesunde Probanden und Patienten mit fokalen Großhirnläsionen werden mittels funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT), Magnetenzephalographie (MEG) und Elektroenzephalographie (EEG) untersucht. In einem Teilprojekt wird die kombinierte Anwendungen dieser Techniken evaluiert, um die Anwendung der multimodalen funktionellen Bildgebung als Standardwerkzeug zu verbessern. Langfristiges Ziel der klinischen Untersuchungen ist - über den theoretischen Wissenszuwachs hinaus - die Etablierung klinischer Tests, die zur Evaluation neuer Therapiestrategien herangezogen werden könnten.

Einflüsse von Drogenkonsum auf die Reifung des jugendlichen Gehirns

Technische Universität Dresden Fakultät Mathematik und Naturwissenschaften Institut für Klinische Psychologie und Psychotherapie Chemnitzer Str. 46 01187 Dresden

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

PD Dr. Michael Smolka 0351 463-39846 01EV0711 1.431.418 EUR 01.08.2007 - 31.07.2012

Das Jugendalter ist geprägt durch körperliche und kognitiv-affektive Reifungsprozesse. In dieser kritischen Entwicklungsphase machen die meisten Jugendlichen erste Erfahrungen mit Drogen wie Alkohol, Nikotin oder Cannabis, ein erheblicher Teil von ihnen entwickelt in der Folge einen Substanzmissbrauch oder eine Abhängigkeit. Das Projekt soll klären, welche Konsequenzen der Drogenkonsum auf die Hirnreifung und auf kognitiv-affektive Entwicklungsprozesse hat, und welche neurophysiologischen Faktoren bedingen, ob der experimentelle Konsum in ein dysfunktionales Konsummuster übergeht oder nicht. 200 Jugendliche sollen prospektiv im 14., 16. und 18. Lebensjahr untersucht werden. Mittels Magnetresonanztomographie wird sowohl die Entwicklung der Hirnstruktur als auch der Funktion neuronaler Systeme für Belohnungsverarbeitung, emotionale Regulation, Impulskontrolle und Konfliktmonitoring abgebildet. Substanzmissbrauch verursacht enorme gesundheitliche und sozioökonomische Folgekosten. Die Identifikation neurophysiologischer Risikofaktoren für Substanzmissbrauch fördert die Entwicklung neuer Präventions- und Behandlungsansätze.

Wie spontan ist das Gehirn? Funktionelle Konnektivität des Gehirns in Ruhe bereitet den Weg für klinische fMRT

Klinikum rechts der Isar der Technischen Universität München Institut für Röntgendiagnostik Abt. für Neuroradiologie Ismaninger Str. 22 81675 München

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Dr. Afra Wohlschläger 089 4140-4665 01EV0710 1.037.700 EUR 01.08.2007 - 31.07.2012

Die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) stellt ein essentielles Werkzeug zur funktionellen Beschreibung des Gehirns dar. Hier interessieren speziell die Interaktionen der Hirnregionen während des sogenannten ‚resting states’, also des Gehirns bei Wachheit, aber in Ruhe. Veränderungen der ‚resting state’-Aktivität unter psychiatrischen Pathologien wurden bereits nachgewiesen. Die Analyse der funktionellen Konnektivität (FC) des Gehirns in Ruhe ermöglicht erstmals eine klinische Anwendung der fMRT in der Psychiatrie. Eine wesentliche Voraussetzung für die klinische Einführung von ‚rest’-fMRT ist die Umsetzung eines zweiteiligen methodischen Vorgehens. Zunächst wird ein Spektrum gut abgestimmter Methoden zur Erfassung der FC erstellt. Dann werden andere bildgebende Methoden (MRT, PET) integriert, um die Sensitivität für die Pathologie zu erhöhen. Die Methoden werden entwickelt und adaptiert anhand der Alzheimer-Krankheit und auf affektive Störungen und Schmerzstörungen erweitert. Das langfristige Ziel besteht im Einsatz der optimierten Methoden zur Frühdiagnose in der klinischen Routine.

Diskriminanzanalyse hirnstruktureller MR-Daten

Friedrich-Schiller-Universität Jena Klinikum Klinik für Psychiatrie Philosophenweg 3 07743 Jena

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Dr. Christian Gaser 03641 93-5805 01EV0709 430.160 EUR 01.07.2007 - 30.06.2012

Ziel ist die Entwicklung neuer Diagnoseverfahren zur morphometrischen Analyse von Magnetresonanztomographie- (MRT-)Aufnahmen des Gehirns. Als Diagnosehilfe sollen Diskriminanzverfahren eingesetzt werden. Dabei wird zuerst ein für die jeweilige neurologische Erkrankung typisches Muster hirnstruktureller Veränderungen bei bereits diagnostizierten Patienten ermittelt. Dieses krankheitstypische Muster kann dann verwendet werden, um eine Erkrankung bereits im frühen Stadium zu erkennen. In diesem Frühstadium sind die Veränderungen im Gehirn zwar geringer ausgeprägt, zeigen aber bereits das spätere, krankheitstypische Bild. Dabei sollen nicht nur verschiedene multivariate Diskriminanzverfahren hinsichtlich ihrer Erkennungsrate getestet werden, sondern auch verschiedene morphometrische Verfahren zum Einsatz kommen. Wenn sich das krankheitsspezifische Muster im Gehirn bereits im Frühstadium einer Erkrankung nachweisen lässt, könnte eine Früherkennung anhand des MRT-Bildes vor dem Auftreten klinischer Symptome erleichtert werden. Das wäre für Erkrankungen wie Schizophrenie oder Alzheimer-Demenz wichtig, bei denen eine frühzeitige Behandlung die Prognose deutlich verbessert.

Koronare Bildgebung mit CT

Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Universitätsklinikum Medizinische Klinik 2 Ulmenweg 18 91054 Erlangen

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Stephan Achenbach 09131 85-35000 01EV0708 1.263.640 EUR 01.07.2007 - 30.06.2012

Angestrebt wird die Entwicklung, Verbesserung und Validierung von Methoden zur Bildgebung der Koronararterien (Herzkranzgefäße) mittels Computertomographie (CT). Schwerpunkte sind die „nichtinvasive Koronarangiographie“ zum Nachweis von Verengungen der Herzkranzgefäße und die Analyse früher atherosklerotischer Ablagerungen in den Koronararterien. Das Projekt gliedert sich in beiden Teilbereichen jeweils in technische, klinische und prospektive Arbeiten. In den technischen Bereichen werden Verfahren zur Bildrekonstruktion und -analyse sowie zur Reduktion der Strahlenexposition bei der Koronardarstellung mittels „Dual Source CT“ entwickelt und getestet. Basierend hierauf werden in klinischen Arbeiten die neu entwickelten Bildaufnahme- und Auswerteverfahren im Vergleich zu klinischen Standardmethoden evaluiert. In abschließenden prospektiven Arbeiten wird analysiert, welche klinische Aussagekraft die CT-Koronardarstellung für symptomatische Patienten und im Rahmen der Früherkennung aufweist. Zuverlässige Methoden zur Koronardarstellung mittels CT werden die frühe und schonende Diagnostik von Patienten mit Erkrankungen der Herzkranzgefäße ermöglichen.

Neurocomputation und Neuroimaging - Modellierung von somatosensorischer Informationsverarbeitung

Charité - Universitätsmedizin Berlin Campus Mitte - Klinik und Poliklinik für Neurologie Charitéplatz 1 10117 Berlin

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Dr. Felix Blankenburg 030 450-560142 01EV0707 974.867 EUR 01.08.2007 - 31.07.2012

Das Ziel der Nachwuchsgruppe ist es, ein neurobiologisch fundiertes Netzwerkmodell für die Funktionsweise und Konnektivität des Berührungssystems des Menschen zu etablieren. Der Arbeitsplan besteht in der Durchführung von kernspintomographischen (fMRI) und magnetenzephalographischen (MEG) Experimenten an Probanden und Untersuchungen an Patienten mit Läsionen in spezifischen Hirnarealen. Darüber hinaus wird die Ausarbeitung und Implementierung des Netzwerkmodells vorgenommen. Das Netzwerkmodell wird anhand der Patientendaten und simultaner transkranieller Magnetstimulation (TMS) und fMRI überprüft. Ein besseres Verständnis der Informationsverarbeitung im Gehirn - insbesondere im Berührungssystem des Menschen - wird angestrebt. Darüber hinaus ist die Etablierung eines Netzwerkmodells vorgesehen, welches auf neurobiologischen Daten basiert. Der hierarchische Aufbau dieses Modells erweitert die bisherige Netzwerkmodellierung.

Kardiovaskuläre 7D MRT

Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Universitätsklinikum Abt. Röntgendiagnostik Medizin Physik Hugstetter Str. 55 79106 Freiburg

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

PD Dr. Michael Markl 0761 270-7393 01EV0706 1.235.022 EUR 01.09.2007 - 31.08.2012

Das Vorhaben zielt auf die Entwicklung einer neuen und interdisziplinären Strategie zur Diagnose von pathologischen Veränderungen des Gesamtsystems linke Herzkammer, Aortenklappe und thorakale Aorta, basierend auf Magnet-Resonanztomographie (MRT). Im Vordergrund steht das Verständnis der Interaktion von Herz- und Gefäßerkrankungen und damit verbundener Funktionsdefizite des kardiovaskulären Systems. Angestrebt werden die Entwicklung, Implementierung und klinische Evaluierung von fluss- und bewegungssensitiven 7D MRT Bildgebungsverfahren. Darüber hinaus sollen weitere grundlegende klinisch relevante Einsichten bei spezifischen krankhaften Veränderungen gewonnen werden, indem realistische kardiovaskuläre in-vitro Modellsysteme etabliert und zur gezielten Simulation von Progression von Pathologien oder therapeutischer Intervention herangezogen werden. Die individuelle Erfassung des Zusammenspiels von Herz-, Klappen- und Gefäßfunktion ermöglichkeit die umfassende patientenspezifische Charakterisierung von Pathologien, um so eine Verbesserung von Diagnose, Therapieplanung sowie Beurteilung von Interventionen zu erreichen.

Kardiovaskuläre MRT bei angeborenen Herzfehlern

Deutsches Herzzentrum Berlin Abt. für angeborene Herzfehler und Kinderkardiologie Augustenburgerplatz 1 13353 Berlin

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

PD Dr. Titus Kühne 030 4593-2078 01EV0704 1.114.523 EUR 01.07.2007 - 30.06.2012

Spezifische Ziele sind die Entwicklung einer MRT-Technik zur Bestimmung der myokardialen Kontraktilität, die Untersuchung kardialer Strukturen auf mikroskopischer Ebene zur Darstellung von Muskelfasern und des Reizleitungssystems sowie der Aufbau eines teleradiologischen Netzwerkes für die zentrale Datenanalyse klinisch-wissenschaftlicher MRT-Untersuchungen. Dazu werden prädiktive Werte von ventrikulären Druck-Volumenrelationen in einer klinischen Pilotstudie ermittelt; kardiale Muskelfasern und das Reizleitungssystems in tierexperimentellen Arbeiten durch hochauflösende MRT visualisiert sowie führende nationale und internationale Institutionen auf dem Gebiet der MRT bei angeborenen Herzfehlern an ein “Kompetenzlabor” zur zentralen MRT-Datenanalyse internetbasiert angebunden. Angestrebte Ergebnisse sind die Optimierung des Zeitpunktes für einen Herzklappenersatz, die Vereinfachung elektrophysiologischer Untersuchungen und nichtinvasive Früherkennung bei Kardiomyopathien und die Erhöhung der Güte klinischer MRT-Untersuchungen.

EEG/fMRT-Signaturen spontaner physiologischer und pathologischer Hirnaktivität

Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main Zentrum der Neurologie und Neurochirurgie Theodor-Stern-Kai 7 60596 Frankfurt am Main

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Dr. Helmut Laufs 069 6301-6874 01EV0703 1.364.252 EUR 01.01.2008 - 31.12.2012

Hirnaktivität ist abhängig vom Bewusstseinszustand. Physiologische und epileptische neuronale Aktivität weisen während verschiedener Vigilanzstadien Parallelen auf. Dies wurde auf neuronaler Ebene etwa für Schlafmerkmale (K-Komplexe, langsame Wellen) im Elektroenzephalogramm (EEG) und für epileptische „spike and slow wave-Aktivität“ belegt. Ziel ist die Bestimmung elektrischer und hämodynamischer „Signaturen“ unterschiedlicher Hirnzustände und deren Übergänge mit Hilfe simultaner Registrierung von EEG und funktioneller Bildgebung. Die Interaktion von schlaf- bzw. anfallsmodulierenden Hirnstrukturen wie Thalamus, Hypothalamus, Pons, basaler Frontallappen, (para-)hippokampalen Strukturen und Basalganglien mit dem Cortex wird bei Gesunden und Patienten (Epilepsie, Narkolepsie) untersucht. Ein besseres Verständnis der Pathologien samt Therapiekonsequenzen soll daraus resultieren. Im nächsten Schritt folgt die Untersuchung von Patienten mit schweren Bewusstseinsstörungen mit dem Ziel der Prognosebestimmung und der Optimierung der Behandlung.

Physiologische MR-Bildgebung während Thrombolyse von akuten Schlaganfall-Patienten

Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg Klinikum Mannheim - Neurologische Klinik Theodor-Kutzer-Ufer 68167 Mannheim

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Dr. Matthias Günther 0621 383-3551 01EV0702 1.340.828 EUR 01.09.2007 - 31.08.2012

Es sollen neue Erkenntnisse über die Pathophysiologie des Schlaganfalls während der hyperakuten Phase gewonnen werden. Ein besseres Verständnis der dynamischen Prozesse nach Verschluss eines zerebralen Gefäßes ist die Voraussetzung für eine optimale Therapieauswahl. Aus dem Therapiemonitoring lässt sich eine verbesserte Dosierung und Dauer der Therapie ableiten, die sekundäre Blutungen vermeiden hilft. Bioeffekte des transkraniellen Ultraschalls auf die Physiologie und die möglichen Vorteile dieser Technik bei der Thrombolyse sollen untersucht werden. So werden bestehende MR-Messverfahren zur Überwachung der physiologischen Parameter verbessert. Durch Einbeziehung optischer Verfahren sollen potentielle Kopfbewegungen der Patienten korrigiert und klinischer Ultraschall während der MR-Untersuchung angewandt werden. Langfristig wird die Öffnung der Blut-Hirn-Schranke mittels Ultraschall unter direkter MRT-Kontrolle angestrebt. Dieses Verfahren ermöglicht die lokalisierte Medikamentenapplikation und Gentherapie.

Hochfeld Magnetresonanztomografie cholinerger Beiträge zur Kognition

Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik Abt. Physiologie kognitiver Prozesse Spemannstr. 38 72076 Tübingen

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

PD Dr. Gregor Rainer 07071 601-658 01EV0701 1.227.325 EUR 01.06.2007 - 31.05.2012

Mithilfe der Magnetresonanztomografie wird eine Lokalisierung der cholinergen Modulation im Cortex und deren pharmakologischer Effekte angestrebt. Das Projekt umfasst: (1) Aufzeichnung der BOLD-Aktivität im anästhesierten und wachen Primaten unter cholinerger Modulation. (2) Simultane Aufzeichnung der EEG-Aktivität während der Aufzeichnung des BOLD-Signals. (3) Simultane Analyse von Blutproben während der cholinergen Modulation im wachen und anästhesierten Primaten zur Aufklärung der biochemischen Zusammenhänge. Die Experimente werden mit nichtinvasiven Techniken durchgeführt, was eine Anwendung der Techniken in zukünftig möglichen klinischen Studien wesentlich vereinfacht. Die Kombination der nichtinvasiven Techniken erlaubt die Entwicklung von klinisch anwendbaren Diagnoseverfahren für neurodegenerative Krankheiten. Vor allem wird eine Frühdiagnostik angestrebt, welche das therapeutische Fenster während des Krankheitsverlaufs deutlich nach vorne verschiebt und somit eine bessere Therapierbarkeit mit bereits vorhandenen Medikamenten erwarten lässt.

b) Abgeschlossene Vorhaben zum Förderschwerpunkt Neuroimaging finden Sie hier.