Stimuluseffizienz bei retinotoper Kartierung

Im visuellen System des Menschen werden in der Netzhaut Lichtimpulse in Nervenimpulse umgewandelt, die dann in der Sehrinde verarbeitet werden. Die Retinotopie ist einer der faszinierendsten Eigenschaften dieses visuellen Systems. Sie beschreibt, dass Informationen in angrenzenden Bereiche des Gesichtsfelds auf benachbarten Regionen in der Sehrinde verarbeitet werden. Somit ist jeder Punkt am visuellen Kortex einem bestimmten Ausschnitt im Gesichtsfeld zugeordnet. Die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) ist als völlig nicht-invasives Verfahren ideal dazu geeignet, die Nervenzellaktivität in der Sehrinde zu untersuchen. Die fMRT nützt die unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften von sauerstoffreichem und sauerstoffarmen Blut, um damit Karten der Gehirnaktivität zu erstellen. Mit Hilfe von periodisch veränderten visuellen Stimulationsmustern kann mittels fMRT die retinotope Ordnung im visuellen System untersucht werden. Ziel dieses Projektes ist es neue Stimulationsmuster zu entwickeln, deren Effektivität deutlich über den bislang verwendeten Standardmustern liegt. Damit kann die Aufnahmezeit in der fMRT drastisch gesenkt werden und somit die Anwendbarkeit der retinotopen Messung auch in klinischen Studien verbessert werden. In diesem Projekt werden dafür die zu erwartenden fMRT-Daten der Sehrinde simuliert und daraus die retinotopen Karten errechnet. Durch tausendfaches Wiederholen der Simulationen können Präzision und Genauigkeit unter unterschiedlichen Bedingungen bestimmt werden. Da diese Simulationen mit hohem Rechenaufwand verbunden sind, müssen die verwendeten Algorithmen auf Hochleistungsrechnerplattformen implementiert werden, um akzeptable Rechenzeiten zu erzielen. Erst dann ist es möglich, eine Vielzahl von Stimuluskonfigurationen zu testen. Begleitend werden die Stimulationsmuster mittels fMRT-Messungen an Gesunden evaluiert, um sicherzustellen, dass die in den Simulationen eingesetzten Effektivitätsmaße auch den experimentellen Ergebnissen entsprechen. Die in diesem Projekt entwickelte Programmarchitektur bietet dann erstmals die Möglichkeit die Effektivität beliebiger Stimuluskonfigurationen zu berechnen und somit auf eine spezifische Anwendung optimierte Stimuli zu erhalten. Damit wird nicht nur die Qualität retinotoper Karten in den Grundlagenwissenschaften, sondern auch klinische Anwendung wesentlich verbessert werden. So können Stimulusmuster erstellt werden, die auf den speziellen Typ einer Augenerkrankung optimiert wurden. Die dadurch ermöglichte, noch genauere Charakterisierung der Erkrankung kann Diagnose und Therapie der betroffenen Patientinnen und Patienten verbessern.