Der Schwerpunkt unserer Forschungsgruppe ist die strukturelle und funktionelle Bildgebung neurologischer Erkrankungen mit besonderem Fokus auf die Epileptologie. Wir nutzen die technischen Methoden multi-modaler Bildgebung, um das Verständnis der Erkrankungsentstehung zu verbessern und in klinisch nutzbare Anwendungen zu überführen („Translation“). Ziele sind frühere Diagnosestellungen, automatisierte Läsion-Detektionen und Entwicklung bildgebungs-basierte Biomarker für die Klinik. Hierfür verwenden wir zahlreiche, Computer-basierte Techniken wie Voxel-basierte Morphometrie, Maschinen-Lernen und Netzwerk-Analysen basierend auf MRT, MEG, HD-EEG und PET.
In der Epileptologie sind wir daran interessiert, die strukturellen und funktionellen Veränderungen zu analysieren, die für die Entstehung von Anfällen verantwortlich sind (die s.g. „epileptogene Zone“). Eine wichtige Methode hierfür ist das Nachverarbeitung von strukturellen MRT Daten mit statistischen Techniken („Post-Processing“). Hiermit können sehr kleine, zuvor oftmals übersehene Läsionen entdeckt werden. Wir arbeiten hier mit Feldstärken von 3 bis 9.4 Tesla (Hochfeld-MRT). Weiterhin nutzen wir Diffusion-Bildgebung, um den Zusammenhang von Epilepsie und Anfällen auf die strukturellen Netzwerke zu untersuchen. Für die Analyse funktioneller Netzwerke verwenden wir ein sehr breites Spektrum von Methoden inkl. fMRT (BOLD), MEG, HD-EEG und PET. Die unterschiedliche räumliche und zeitliche Auflösung diese Techniken ermöglicht einzigartige Einblicke in die sehr dynamischen neuronalen Prozesse beim Menschen in-vivo. So können wir mit EEG und MEG sowie parallelen EEG-fMRT die Quellen und Ausbreitung epileptischer Aktivität erfassen. Außerdem kann der „Ruhezustand“ (resting-state) des Gehirns untersucht werden.
Verwendete Bildgebungs-Modalitäten:
- MRT (strukturell und funktionelle inkl. simultanes EEG-fMRT)
- HD-EEG (256 Kanäle)
- MEG (275 Kanäle, Ganzhirn)
- PET-MRT (Hybrid-System, inkl. simultanes PET-MRT-EEG)
Bei Patienten mit idiopathischer/genetischer generalisierter Epilepsie (IGE/GGE) konnten wir kürzlich deutliche Veränderungen der Netzwerk-Mikrostruktur nachweisen, die in der Routine-MRT nicht sichtbar sind (Focke et al., 2014). Darüber hinaus konnten wir mit funktioneller Bildgebung (MEG) eine deutlich erhöhte Konnektivität, d.h. verstärkte Netzwerk-Verbindungen, bei IGE/GGE im Ruhezustand detektieren (Elshahabi et al., 2015). Diese Ergebnisse können uns helfen, die Neurobiologie der IGE/GGE mit schnell generalisierenden Anfällen besser zu verstehen.
Weitere Studien beschäftigen sich mit Netzwerkanalysen bei definierten, s.g. mono-genetischen Epilepsien. Bei fokalen Epilepsien gelang es, u.a. bei einem Patienten mit musikogener Epilepsie (durch Musik ausgeöste Anfälle), die Entstehung und Ausbreitung der epileptischen Aktivität mit der multi-modalen Bildgebung korrekt vorherzusagen. Dies konnte später im invasiven EEG bestätigt werden.
Weiterhin arbeiten wir an einer systematischen Integration und einem Vergleich der Modalitäten, z.B. zwischen fMRT, EEG und MEG (Klamer et al., 2015a) und simultanes PET-MRT-EEG.
- Prof. Scheffler, PD Ethofer: Biomedizinische Magnetresonanz und MPI für biologische Kybernetik Tübingen
- Prof. Braun: MEG-Zentrum, Tübingen
- Prof. la Fougère: Nuklearmedizin Tübingen
- Dr. Bender, Dr. Linding, Prof. Ernemann: Neuroradiologie Tübingen
- H. Wehrl, Prof. Pichler: Werner Siemens Imaging Center, Tübingen
- Prof. Duncan, University College London, UK
- Prof. Bonilha, Medical University of South Carolina, USA
- Prof. Borgwardt, ETH Zürich, CH
Klamer S, Rona S, Elshahabi A, Lerche H, Braun C, Honegger J, Erb M, Focke NK. Multimodal effective connectivity analysis reveals seizure focus and propagation in musicogenic epilepsy (Neuroimage 2015; 113:70-7)
Klamer S, Elshahabi A, Lerche H, Braun C, Erb M, Scheffler K, Focke NK. Differences Between MEG and High-Density EEG Source Localizations Using a Distributed Source Model in Comparison to fMRI (Brain Topogr 2015; 28(1):87-94)
Focke NK, Diederich C, Helms G, Nitsche MA, Lerche H, Paulus W. Idiopathic-generalized epilepsy shows profound white matter diffusion-tensor imaging alterations (Human brain mapping 2014; 35(7):3332-42)
Focke NK, Yogarajah M, Symms MR, Gruber O, Paulus W, Duncan JS. Automated MR image classification in temporal lobe epilepsy (Neuroimage 2012; 59(1):356-62)
Focke NK, Helms G, Kaspar S, Diederich C, Tóth V, Dechent P, Mohr A, Paulus W. Multi-site voxel-based morphometry -- Not quite there yet (NeuroImage 2011; 56(3):1164-70)
Focke NK, Bonelli SB, Yogarajah M, Scott C, Symms MR, Duncan JS. Automated normalized FLAIR imaging in MRI-negative patients with refractory focal epilepsy (Epilepsia 2009; 50(6):1484-90)
Zentrum für Neurologie
Hertie-Institut für klinische Hirnforschung
Neurologie mit Schwerpunkt Epileptologie
Hoppe-Seyler-Straße 3
72076 Tübingen
Tel.: +49 (0)7071 29-80419
