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16.10.2018 Von: Beate Fülle

LISA: Neue Methode der statistischen Inferenz in der Magnetresonanztomographie (fMRI) entwickelt

Neues Verfahren erkennt Hirnaktivierungen mit verbesserter Sensitivität und Präzision


Tübingen, 16.Oktober 2018. Eines der Hauptziele der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRI) ist der Nachweis einer lokalen Aktivierung im menschlichen Gehirn. Mangelnde statistische Aussagekraft und teilweise ungenaue Resultate wurden jedoch in jüngster Zeit als großes Problem in dieser Hinsicht identifiziert. Eine Gruppe von Wissenschaftler/-innen des Max-Planck-Instituts für biologische Kybernetik und des Universitätsklinikums Tübingen hat eine neue Software namens "LISA" entwickelt, um dieses Problem zu lösen.

Die am weitesten verbreiteten statistischen Inferenzverfahren wurden vor mehr als 10 Jahren erfunden und sind nicht gut geeignet für die Verarbeitung modernster hochauflösender Neurobildgebungsdaten. Die MRT-Technologie hat sich in den letzten Jahren durch die Einführung von Ultra-Hochfeld-Scannern (>= 7 Tesla), die eine deutlich verbesserte räumliche Auflösung bieten, erheblich verbessert. Standardalgorithmen waren jedoch nicht für die Verarbeitung so hochpräziser Daten ausgelegt, sodass einige der Hauptvorteile des Ultrahochfeld-Scans aufgrund unzureichender Software verloren gingen. Darüber hinaus zeigte eine kürzlich veröffentlichte Publikation von Eklund et al. (PNAS, 2016), dass einige der am weitesten verbreiteten statistischen Methoden zu teilweise falschen Ergebnissen führten.

Grund genug für unsere Wissenschaftler/-innen bessere Ansätze für die statistische Inferenz in der fMRT zu entwickeln. Unsere Wissenschaftlerin PD Dr. Gabriele Lohmann erklärt: "Es bedarf ausgefeilter mathematischer Methoden, um Neurobildgebungsdaten sinnvoll zu nutzen. Die farbigen "Blobs", die oft in Artikeln über Magnetresonanztomographie abgebildet sind, werden mit komplizierten statistischen Verfahren berechnet und sind mit dem bloßen Auge nicht zu erkennen."

Die Wissenschaftler/-innen führten nun eine neue Methode der statistischen Inferenz in der fMRI ein, die sie LISA (Local Indicators of Spatial Association) nennen. Sie ist von einem Konzept inspiriert, das sonst in geografischen Informationssystemen verwendet wird. Abschließend hoffen die Wissenschaftler/-innen, dass LISA aufgrund seiner verbesserten Sensitivität und besseren räumlichen Spezifität bei der Entwicklung neuer und realistischerer Modelle der menschlichen Gehirnfunktion weiterhelfen wird.

Dr. Lohmann begründet das so: "In unseren ersten Tests haben wir festgestellt, dass unsere Methode viel sensitiver ist und Gehirnaktivität genauer erkennen kann als frühere Methoden. Und weiter: “Wir hoffen daher sehr, dass unsere Methode dazu beitragen wird, ein vollständigeres Bild der Gehirnfunktion zu ermöglichen. Wir gehen davon aus, dass in Zukunft die Erkenntnisse, die wir aus dieser Grundlagenforschung gewinnen, Patienten/-innen mit neurologischen Erkrankungen zugutekommen lassen können!“

 

Originalpublikation: Gabriele Lohmann, Johannes Stelzer, Eric Lacosse, Vinod J. Kumar, Karsten Mueller, Esther Kuehn, Wolfgang Grodd & Klaus Scheffler, LISA improves statistical analysis for fMRI, Nature Communications 9:4014 (2018): https://www.nature.com/articles/s41467-018-06304-z

 

PD Dr. Gabriele Lohmann arbeitet am Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik im Magnetresonanzzentrum (MRZ) und am Universitätsklinikum Tübingen. Ihr Forschungsschwerpunkt ist die Entwicklung neuer mathematischer Methoden zur Analyse von Daten, die mittels MRT vom menschlichen Gehirn gewonnen werden. Ihr besonderes Interesse gilt Methoden der statischen Inferenz und der Entwicklung von Netzwerkmodellen.

Interview mit Gabriele Lohmann (nur auf english) 

 

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Dieses Bild zeigt einen Vergleich von LISA gegen die gängigsten anderen Verfahren. Aktivierungen im menschlichen Gehirn, die mit LISA identifiziert wurden, sind besser reproduzierbar und damit verlässlicher. Quellenangabe: Gabriele Lohmann/MPI für biologische Kybernetik (veröffentlicht in Nature Communications 9:4014 (2018) https://www.nature.com/articles/s41467-018-06304-z

Dieses Bild zeigt einen Vergleich von LISA gegen die gängigsten anderen Verfahren. Aktivierungen im menschlichen Gehirn, die mit LISA identifiziert wurden, sind besser reproduzierbar und damit verlässlicher. Quellenangabe: Gabriele Lohmann/MPI für biologische Kybernetik (veröffentlicht in Nature Communications 9:4014 (2018) https://www.nature.com/articles/s41467-018-06304-z