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Neurodynamische Signalausbreitung

Zur Informationsausbreitung bzw. Verarbeitung im menschlichen Gehirn bedarf es eines komplexen Netzwerkes mit vielseitigen Kommunikationswegen. Um den resultierenden Informationsfluss zu untersuchen, d.h. insbesondere zu analysieren, in welchen Hirnarealen die Informationsverarbeitung stattfindet und wie deren Prozesswege sind, werden in diesem Projekt entsprechende Analysewerkzeuge entwickelt. So sind beispielsweise Kausalitätszusammenhänge in der elektrophysiologischen Signalausbreitung zwischen verschiedenen Hirnarealen von großem Interesse und können entscheidend dazu beitragen, Teilbereiche des Informationsverarbeitungsnetzwerkes zu klären. Mittels independent component analysis (ICA) und der sogenannten cross-trial-phase-statistics (CTPS) können Signalanteile von Hirnarealen, die an der Informations­verarbeitung beteiligt sind, identifiziert werden, selbst dann, wenn ihre Signalstärke sehr klein ist. Durch geeignete Rücktransformation der beteiligten Komponenten in den Signalraum lassen sich somit Signale des Netzwerkes mit einem deutlich verbesserten Signal-zu-Rausch-Abstand extrahieren. Zur Untersuchung des kausalen Zusammenhangs innerhalb des Netzwerkes wird die sogenannte squared Partial Directed Coherence (sPDC) Methode eingesetzt. Dabei handelt es sich um ein multivariates autoregressives Zeitreihenanalyseverfahren im Frequenzraum, welches auf dem statistischen Kausalitätskonzept von Clive W.J. Granger basiert (Granger-Kausalität). Mit Hilfe der sPDC ist es möglich, Informationen über direkte und indirekte Kausalitätszusammenhänge beteiligter Areale während der Informationsverarbeitung des Gehirns zu erhalten. Somit liefert dieses Verfahren einen wichtigen Beitrag zum besseren Verständnis der neuronalen Signalausbreitung sowie der beteiligten Kommunikationswege.

Neurodynamic progression

Literatur

Florin E, Gross J, Reck C, Maarouf M, Schnitzler A, Sturm V, Fink GR, Timmermann, Lars (2010). Causality between local field potentials of the subthalamic nucleus and electromyograms of forearm muscles in Parkinson’s disease. European Journal of Neuroscience, Vol31, Issue 3, 491–498

Florin E, Reck C, Burghaus L, Lehrke, R, Gross J, Sturm V, Fink GR, Timmermann L (2008). Ten Hertz thalamus stimulation increases tremor activity in the subthalamic nucleus in a patient with Parkinson’s disease. Clinical Neurophysiology, Vol 119, 2098-2103