Neue Technologien enthüllen die Komplexität von Sehkraft und Gehirn
Durch die rasche Weiterentwicklung von Sehhilfen und regenerativen Technologien wie Netzhautimplantaten gilt es, die zugrundeliegenden neuronalen Mechanismen zu verstehen. Mit Hilfe einer Förderung durch das Marie-Curie-Programm wollte das Projekt NextGenVis die Anpassungsfähigkeit des visuellen Systems sowie die Frage ergründen, wie sich dessen neuronale Mechanismen umorganisieren können. Ausbildung der nächsten Generation von Neurowissenschaftlern Um diese Ziele zu erreichen, wurde im Forschungsausbildungsprogramm von NextGenVis 15 Doktoranden aus ganz Europa die Arbeit an wichtigen Themen im Bereich des menschlichen Sehens finanziert. Das Projekt vereinte einzigartige Expertise und Ressourcen aus den Bereichen Neuroimaging, Psychologie, Neurologie, Augenheilkunde und Informatik. Projektkoordinator Prof. Frans Cornelissen erklärt: „Unser Ziel war, die nächste Generation Neurowissenschaftler auszubilden, die das visuelle System erforschen, sowie den Grundstein für zukünftige Entdeckungen und Innovationen in der Neurowissenschaft, Neurologie und Augenheilkunde zu legen.“ Die Studenten untersuchten dabei Themen von grundlegenden klinischen Fragen zu Augen- und Hirnerkrankungen bis hin zu Computermodellen des Sehens, die in das enorm expandierende Feld des maschinellen Lernens einfließen. Robuste Algorithmen für Deep Learning, die der eigentlichen Funktionsweise des menschlichen Gehirns immer ähnlicher sehen, können noch weitere Erkenntnisse über den visuellen Kortex liefern. Am Schluss sollte das gesamte visuelle System, einschließlich der Augen, der visuellen Signalwege und des Gehirns, ergründet sein. Pionierarbeit: detaillierte Informationen über das Sehen im Gehirn Das Netzwerk hat vielversprechende Ergebnisse hervorgebracht, einige davon sind direkt vermarktbar. Ein schnelles Bewertungsverfahren auf Basis von Blickerfassung könnte einige Aspekte von Vorsorgesehtests revolutionieren und bei der Diagnose von Glaukomen und vielen anderen Erkrankungen der Augen und des Nervensystems helfen. Zudem wurde eine Technologie auf Basis der funktionellen Magnetresonanztomografie (fMRI) entwickelt, die die neuronale Population des rezeptiven Feldes abbildet (pRF-Mapping). Dadurch wird eine höhere Genauigkeit bei der Bewertung des Gehirns möglich. Außerdem bauten die Forscher eine hochmoderne „Pipeline“, die eine präzise Analyse der Verarbeitung im Gehirn ermöglicht und dabei hilft, den Informationsfluss zwischen verschiedenen Bereichen des Gehirns aufzuschlüsseln. Mit dem fMRI wurde die Hirnaktivität gemessen, um die Rehabilitation von Patienten mit posteriorer kortikaler Atrophie, einer Gehirnerkrankung, die mit Seh- und Aufmerksamkeitsdefiziten einhergeht und eine Vorstufe von Alzheimer sein könnte, zu fördern. Zur Diagnose von Sehverlust bei Patienten mit Albinismus – einer angeborenen Krankheit mit verringerter Pigmentierung der Augen und der Haut – haben die Forscher erfolgreich MRT-Messungen am Sehnerv vorgenommen. MRT und fMRI kamen außerdem zum Einsatz, um sowohl die Struktur als auch die Sehfunktion des Gehirns bei farbenblinden Patienten abzubilden. Gleichzeitig zeigten die Forscher, dass eine Überwachung der Sehkraft für die Diagnostik von neurodegenerativen Erkrankungen wie Parkinson geeignet wäre. Um die Funktionsweise des visuellen Systems im Gehirn noch eingehender zu verstehen, haben die Forscher von NextGenVis die visuelle Gesichtserkennung untersucht, einen wichtigen Parameter bei sozialen Interaktionen. Mithilfe einer mathematischen Beschreibung konnten sie bestimmen, wie die visuellen Eigenschaften eines Gesichts vom Gehirn wahrgenommen und erkannt werden. Prof. Cornelissen erklärt dazu: „Die kortikale Stabilität und Plastizität im visuellen System des Menschen zu verstehen, ist daher wissenschaftlich wie klinisch von großer Relevanz.“ NextGenVis wird auch weiterhin grundlegende Erkenntnisse über den visuellen Kortex und seine potenzielle Umorganisation im gesunden und erkrankten Zustand beisteuern.
Schlüsselbegriffe
NextGenVis, visuell, Gehirn, MRT, visueller Kortex, Sehrinde, Albinismus, Parkinson, Glaukom, Alzheimer, neuronales pRF-Mapping, maschinelles Lernen
