Gehirnaktivität und Kognition
Das menschliche Gehirn ist pausenlos aktiv; die Aktivität umfasst sehr kurze Verbindungen zwischen den Regionen des Gehirns mit spezialisierten Funktionen und unterstützt die kognitive Funktion. Allerdings sind die Darstellung und die Untersuchung solcher transienten Vorgänge schwierig, zumal Paradigmen von der Dauerhaftigkeit von funktionellen neuronalen Netzen ausgehen. Ziel des EU-geförderten Projekts R&B BRAIN (In-depth investigations of the non-stationary dynamics of resting-state brain activity and its impact on behaviour and cognition) war die Erforschung der Rolle von dynamischer Aktivität des Gehirns bei Verhalten und Kognition. Die Methoden umfassten neue Datenanalysetechniken sowie die gleichzeitige Erfassung von Daten aus funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRI) und Elektroenzephalographie (EEG). Das abschließende Ziel war es, die Rolle von dynamischen Gehirnnetzen im Zusammenhang mit Gesundheit und Krankheit zu studieren. Das Projekt entwickelte neuartige Signalverarbeitungs- und Datenanalyseverfahren, die bisherige Einschränkungen bei der Untersuchung dynamischer individueller Gehirnzustände überwinden. Die Forscher verwendeten neue Algorithmen im Rahmen einer bestimmten Open-Source-Analyse-Software. Die Analyse von fMRI-Daten im Ruhezustand zeigte, dass einige mentale Ereignisse genügend Informationen tragen, um damit verknüpfte gleichzeitige Aktivität in verschiedenen Teilen des Gehirns zu offenbaren. Die Ergebnisse legten dar, dass spontane Hirnaktivität die Gehirnbereiche der grauen Zellen füllt. Dies steht im Einklang mit früheren Beobachtungen, dass große Bereiche des Kortex auf kognitive Aufgaben reagieren. Die neuen Methoden des Projekts erleichterten die Analyse einzelner Ereignisse, die im Ruhezustand auftreten, was die Messung von Ausmaß und Dauer der verbindenden Ereignisse ermöglichte. Die Teammitglieder stellten die Ergebnisse auf zwei internationalen Konferenzen vor. Eine andere Phase des Projekts umfasste die Untersuchung von Hirnaktivität. Das Konsortium entwickelte Protokolle für eine neue Technik und richtete ein Programm ein, das die gleichzeitige Erfassung von EEG und fMRI-Daten ermöglicht. Der Schritt beinhaltete Anpassungsalgorithmen für die Erfassung von Impulsartefakten in beiden Datentypen. Zuerst sammelte das Team erfolgreich simultane EEG und fMRI-Daten während Ruhe- oder Kontrollzuständen. Die Arbeiten von R&B BRAIN ermöglichten einen feinen Vergleich von Gehirn-Konnektivität-Zuständen bei verschiedenen Individuen sowie von Veränderungen zwischen den Zuständen. Zu den möglichen Anwendungen könnten neue Wege für die Diagnose und Behandlung von Erkrankungen des Gehirns gehören.
Schlüsselbegriffe
Gehirn, R&B BRAIN, Verbindung, Kognition, fMRI, EEG
