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Prof. Dr. Nikolaus Weiskopf
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Siemens MAGNETOM Skyra Connectom A

Der Hirnscanner CONNECTOM ist weltweit einer der drei besten seiner Art. Dank seiner einzigartigen Gradientenstärke wird er Auskunft über die unbekannte innere Verdrahtung des Gehirns geben.

Abteilung Neurophysik

Unsere Vision ist die Entwicklung und Anwendung neuartiger, nicht invasiver Magnetresonanztomografie (MRT) Methoden, die die funktionelle und anatomische Mikrostruktur des menschlichen Gehirns detailliert und verlässlich identifizieren können.

Unser Verständnis des normalen und erkrankten menschlichen Gehirns hängt entscheidend davon ab, wie genau wir seine anatomische Mikrostruktur und funktionelle Mikroorganisation kennen. Kleinste Änderungen auf mikroskopischer Ebene können schwere Erkrankungen hervorrufen. Bis jetzt kann die Mikrostruktur des Hirns nur mittels invasiver Methoden wie der postmortalen Histologie untersucht werden. Das schränkt die Neurowissenschaften, klinische Forschung und Diagnostik ein.

Um die genaue Mikrostruktur und ihre Veränderungen im Normalzustand und Krankheitsfall zu entschlüsseln, bedarf es einer nie dagewesenen räumlichen Auflösung, möglichst geringen Bildartefakten und einer hohen Spezifität der Bildgebung. Um diese außergewöhnlichen technischen Herausforderungen zu bewältigen, verfolgen wir einen interdisziplinären Ansatz. Wir entwickeln neue MRT und funktionelle MRT (fMRT) Aufnahmemethoden, Methoden der Bildverarbeitung und die dazugehörigen biophysikalischen Modelle. Diese neuentwickelten Methoden werden mit postmortaler Histologie verglichen und validiert. Sie werden auf gut charakterisierte neuronale Systeme (beispielsweise Sehrinde) angewendet, wobei der Fokus auf dem Zusammenspiel von funktioneller und struktureller Mikroorganisation liegt.

Unsere Entwicklungen und Anwendungen profitieren von den hochmodernen MRT Geräten, die dem Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften (MPI CBS) zur Verfügung stehen: unter anderem dem 7T Magnetresonanz-Tomograph und dem 3T Connectom Magnetresonanz-Tomograph, der mit einem 300mT/m Hochleistungsgradientensystem ausgestattet ist.

Die erfolgreiche Entwicklung von in-vivo Histologie mittels MRT (hMRT) und fMRT der Mikroorganisation werden wichtige Beiträge zur Erforschung des Gehirns und der klinischen Diagnostik leisten. Untersuchungen der Struktur-Funktion-Beziehung und Plastizität auf mikrostruktureller Ebene im menschlichen Gehirn würden so möglich. Das erlaubt uns ein besseres Verständnis fundamentaler Zusammenhänge, insbesondere wie die anatomische Mikrostruktur die Funktion festlegt und wie funktionelle Anforderungen die Struktur beeinflussen. Es wird erwartet, dass die Mikrostrukturbildgebung empfindliche Biomarker von Veränderungen im Nervensystem hervorgerufen durch Trauma oder Neurodegeneration zur Verfügung stellt und neuartige Erkenntnisse der zugrundeliegenden Mechanismen ermöglicht.

Wir sind davon überzeugt, dass die MRT-basierte in-vivo Histologie und funktionelle Mikrostrukturbildgebung das Potential haben, unser Verständnis des gesunden und erkrankten menschlichen Gehirns maßgeblich zu verändern.

 
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