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Forschung

Ein Schwerpunkt unserer Forschung liegt in der methodischen Entwicklung der MR-Bildgebung und Spektroskopie, der Erforschung neuer Verfahren, die im weitesten Sinn eine quantitative Gewebecharakterisierung am Probanden und Patienten ermöglichen. Dabei steht im ersten Schritt oft nicht eine klinische oder neurowissenschaftliche Fragestellung oder eine spezifische Organerkrankung im Vordergrund, sondern vielmehr eine möglichst universelle Beschreibung und Analyse der MR-Signalentstehung im lebenden Gewebe und in Proben. In dieser virtuellen, im Computer modellierten und simulierten Welt kann das Verhalten der Kernmagnetisierung auf äußere Änderungen (Fluss, Oxygenierung, Diffusion, usw.) untersucht werden.

Wir verstehen unsere wissenschaftliche Arbeit aber auch als Schnittstelle zwischen Grundlagenforschung und konkreter Anwendung an gesunden Probanden und Patienten, daher fließen unserer Ergebnisse sowohl in die Erforschung neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen als auch in die Ergründung des menschlichen Gehirns und seiner Physiologie. 

Forschungsprojekte

Since its invention more than 20 years ago, functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) has played a central role in cognitive neuroscience. In recent years, ultrahigh field MRI scanners (>= 7 Tesla) have become available, producing data at previously unobtainable quality. 

At present however, the full complexity of fMRI data is poorly understood. Our own previous research, as well as that of several other research groups around the world, has shown that only a small percentage of the variance of fMRI time courses is explained by standard analysis techniques.

Furthermore, task-related brain activation appears to be much more global and distributed than previously believed. Ultra-high field data show much more detail, making it even more difficult to understand and interpret the full information content.

The aim of our research is to develop new mathematical methods for the analysis of both standard fMRI data (3 Tesla) as well as ultrahigh field fMRI data (>=7 Tesla). We aim to harvest as much of the information content of fMRI as possible in order to advance our understanding of human brain function. Specifically, our work has focused on the development of novel techniques for statistical inference and for the detection of functional brain networks.

Projektleitung

Gabriele Lohmann

qMRI methods offer well-defined contrast between brain structures allow reproducible tissue characterization for use in clinical studies. Verifications of the source of observed changed can be achieved through comparative studies using ex-vivo MRI.

Projektleitung

Gisela Hagberg

Drittmittel förderung

ANNAA: https://annaa.pi.infn.it/en

Bestimmung neuroprotektiver und neurodegenerativer Mechanismen durch multimodale Bildgebung: Von gesundem Altern bis hin zur Alzheimer’s Demenz.

Laufzeit des Vohabens:
01.04.2018- 31.03.2022

Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) und Diffusionstensorbildgebung (DTI) zur Erforschung der Verarbeitung emotionaler und sozial relevanter Signale bei Gesunden sowie bei Patienten mit affektiven Erkrankungen (Depression, bipolare Störungen) oder Aufmerksamkeitsdefizit/Hyperaktivitätssyndrom (ADHS).

Projektleitung

Thomas Ethofer

Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) und Diffusionstensorbildgebung (DTI) des Gehirns bei verschiedenen Fragestellungen z.B. Lernen und Gedächtnis, biologische Bewegungswahrnehmung, Sprachfunktionen, Emotionsverarbeitung, …

Projektleitung

Michael Erb


Kooperationen

Die Abteilung Biomedizinische Magnetresonanz unterhält vielfältige Kooperationen zu klinischen Abteilungen des Universitätsklinikums.

DZNE:

  • Prof. Dr. med Laske:

    Veränderungen der Gedächtnisleistungen beim Auftreten der Alzheimer Demenz

Kognitive Neurologie:

  • Dr. Peter Dicke:

    Ziel der Studie ist es die simultane Untersuchung der neuronalen Korrelate von Blickfolgeverhalten und Bewegungsaufmerksamkeit.

Medizinische Psychologie:

  • Dr. Stephanie Kullmann:

    The effect of intranasal insulin on the brain

  • Prof. Dr. Christoph Braun:

    Anatomical T1 for coregistration with MEG

Institut für Klinische Anatomie und Zellanalytik:

  • Dr. Thomas Shiozawa-Bayer, Dr. Andreas Mack, Prof. Bernhard Hirt:

    Strukturelle MR-Untersuchungen an humanem Post Mortem Gewebe

Universitätskinderklinik:

  • Dr. Samuel Gröschel:

    Untersuchungen der weissen Substanz mit quantitativen MR-Methoden für die Charakterisierung des Myelins

Arbeitsgruppe Neuropsychologie der Handlungskontrolle:

  • Dr. Marc Himmelbach:

    Funktionelle Studien der Colliculi Superiores

Neurologie mit Schwerpunkt vaskuläre Neurologie und Neuroonkologie:

  • Prof. Dr. med. Ulf Ziemann:

    The aim of the present study is to investigate why patients differ in how they benefit from neurorehabilitation after stroke collecting clinical, electrophysiological, imaging and laboratory data in the acute phase of stroke as well as later on during rehabilitation and after 90 days.

  • Dr. Christoph Zrenner:

    ConnectToBrain will introduce whole-brain multi-locus transcranial magnetic stimulation (mTMS), in which the brain-stimulating electric-field location, direction, magnitude and timing are controlled electronically based on real-time high-density electroencephalography (hdEEG) information of activity and connectivity in brain networks. We will apply ConnectToBrain to reach new levels of efficacy of therapeutic applications. Patients after stroke and with Alzheimer’s disease will be tested and treated as models of network disorders.

  • Dr. Christoph Zrenner:

    Anatomical T1 project for coregistration with EEG and TMS

  • Dr. Christoph Zrenner:

    Personalized neurorehabilitative precision medicine

  • Dr. Brigitte Zrenner:

    Major depressive disorder (MDD) is a common severe psychiatric disease with enormous socioeconomic costs for the patient and society alike. Current pharmacological treatments are ineffective in a substantial fraction of patients and are accompanied by unwanted side effects. Using a novel non-invasive brain stimulation method to specifically target and modulate dysfunctional brain oscillations with high spatial and temporal precision this study will investigate the efficacy of EEG-triggered transcranial magnetic stimulation to alleviate depressive symptomatology in patients with MDD in a double-blind randomized controlled pilot clinical trial.

Neurologie mit Schwerpunkt Epileptologie:

  • Prof. Dr. Lerche:

    Multimodal: The aim of this study is to define the epileptic focus in patients with focal and generalized epilepsies using EEG-fMRI and DTI.

Psychiatrische Universitätsklinik:

  • Dr. Axel Lindner:

    Action Planing: Neural representations of sensory predictions for perception and action.

  • Prof. Dr. Birgit Derntl:

    Pregancy and the brain (CIN, EXC307)

    In this project we want to assess brain structure and negative emotion regulation abilities in pregnant women and naturally cycling women with/without experimentally elevated estradiol (E2) levels. All groups will undergo MRI scanning to deduce not only behavioral performance but also underlying neuronal activation. Pregnant women will be followed-up 6 weeks and 12 months after giving birth for follow-up MRI scans. We expect that particularly activation of the dlPFC, OFC, amygdala, hippocampus as well as amygdala-frontal connectivity will differ between pregnant and naturally cycling women with different E2 levels. Based on a previous study we hypothesize to find reduced gray matter volume of prefrontal-, parietal-, and midbrain areas in pregnant women. We aim to elucidate and decipher the effect of pregnancy/post-partum vs. naturally cycling with different E2 levels on brain structure, emotion regulation abilities and neuronal correlates.

  • Prof. Dr. Birgit Derntl:

    Transit: Das vorliegende Projekt verfolgt einen longitudinalen Ansatz, um die Effekte der gegengeschlechtlichen Hormontherapie auf Gehirn und Verhalten zu quantifizieren, indem Hirnstruktur und -funktion über einen Zeitraum von sechs Monaten nach Beginn der Therapie erfasst werden.

  • Prof. Dr. Birgit Derntl:

    Emo-Hormons: Der Einfluss von natürlichen und synthetischen Geschlechtshormonen auf Sozialverhalten (Empathie und sexuelles Annäherungs- und Vermeidungsverhalten) und Gehirn der Frau als auf die Stressreaktivität.

  • Prof. Dr. med. Dirk Widgruber:

    Untersuchungen zum Neurobiologische Korrelate trainings-assoziierter Veränderungen sozialer Kompetenzen bei Erwachsenen mit hochfunktionaler Autismus-Spektrum-Störung

  • Prof. Dr. med. Thomas Ethofer:

    Effekt der Prüfmedikation BI 1358894 auf die emotionale Verarbeitung bei Borderline Patienten

  • Prof. Dr. med. Thomas Ethofer:

    MRT Scan des Gehirns mit Anatomie, resting state und DTI bei depressiven Patienten, vor einer billaterale Hirnstimulation

  • Prof. Dr. med. Thomas Ethofer:

    Evidence-based, stepped care in late adolescents and young adults with ADHD

Drittmittel

  • 3T research MR scanner

    DFG (50%) and State of Baden Württemberg (50%). 91B large scale scientific instrument, INST2388/53

    Amount (Euros) 2.250.000

    10/2014 – 9/2019

    sole PI

  • TrueBOLD: Detection of brain activity with TrueFISP

    DFG, a Reinhart Koselleck Project, DFG SCHE 658/12

    Amount (Euros)1.220.000

    6/2017 – 5/2022

    sole PI

  • Advanced shimming matched to the human head anatomy

    DFG SCHE 658/13

    Amount (Euros) 83.050 (Scheffler part)

    8/2017 – 8/2019

    Co PI with Maxim Zaitsev/ Freiburg

  • Decipher the functional phenotypes of the transgenic Parkinson’s disease mouse model using simultaneous optogenetic fMRI and MRS with calcium and dopamine dynamic signal recordings

    DFG SCHE 658/15

    Amount (Euros) 267.400 (Scheffler part)

    4/2018 – 3/2021

    Co PI with Xin Yu/Tübingen and Zhuan Zhou/Bejing

  • MR-Implant. Förderantrag im Rahmen der Richtlinie: " Smart Health".

    BMBF 16ES0765

    Amount (Euros) 381.389 (Scheffler part)

    3/2018 – 2/2021

    Co PI with Schüttler/Freiburg, Ortmans/Ulm, Ohnhäuser/ Erlangen

  • Deciphering the laminar-specific functional connectivity and its vascular and neural correlates

    BMBF

    Collaborative Research in Computational Neuroscience (CNRS)

    Amount (Euros) 200.537 (Scheffler part)

    9/2018 – 8/2021

    Co PI with Xin Yu/Tübingen and Bharat Biswal/New Jersey

  • Computational neuroimaging of the human brainstem at 9.4 T

    BMBF

    CRCNS US-German Research Proposal, NSF Proposal Number 1822655

    Amount (Euros) 349.090 (Scheffler part)

    10/2018 – 9/2021

    Co PI with Ress/Houston, Himmelbach/Tübingen

  • Novel nano-sized, biocompatible and stable free radical sensors for continuous in vivo hyperpolarization atultra-low field MRI

    BMBF

    ERA Net RUS Plus

    RUS_ST2017-382

    Amount (Euros) 58.800 (Scheffler part)

    10/2018 – 9/2021

    Co PI with Angelovski/ Tübingen, Kirilyuk/ Novosibirsk, Andjus/ Belgrade

  • SpreadMRI

    ERC Advanced Grant, No 834940

    Amount (Euros) 2.780.760

    9/2019 – 8/2024

    sole PI

  • Image-guide tumor therapy with innovative quantitative Deuterium Metabolic MR Imaging

    DGF, Germany´s Excellence Strategy –EXC2180-390900677

    Amount (Euros) 44.460 (Scheffler part)

    1.9.2020-31.8.2022

    Co PI with Andre Martins

  • Probing the brain using long-term implantable e-skin magnetic resonance imaging sensors Acronym: E-Brain

    Baden-Württemberg Stiftung gGmbH – Internationale Spitzenforschung. BWSTISF2019008

    Amount (Euros) 197.992 (Scheffler part)

    1.12.2020 – 30.11.2023

    Co PI with Jens Anders

  • Cortical layers: examining the role of feedback in human visual perception

    AUSTRALIAN RESEARCH COUNCIL Discovery Projects, PROJECT ID: DP210103177

    Amount (Euros) 37.500 UAD (Scheffler part)

    Co PI with Kiley Seymour and Andreas Bartels

Zertifikate und Verbände

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