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Promotionsprojekte
© Alexey Chervonnyy

Hochauf­ge­löste 3D-Kartie­rung des mensch­li­chen Hypotha­la­mus in 10 postmor­ta­len Gehirnen

Alexey Chervon­nyy – Hector Fellow Katrin Amunts

Ziel der Studie ist die Analyse und Kartie­rung der Zytoar­chi­tek­tur des mensch­li­chen Hypotha­la­mus in histo­lo­gi­schen Schnit­ten von 10 postmor­ta­len Gehir­nen. Als Ergeb­nis wollen wir ein hochauf­ge­lös­tes histo­lo­gi­sches 3D-Modell des Hypotha­la­mus und seiner Kerne als Grund­lage zur Unter­su­chung von Struk­tur-Funkti­ons-Bezie­hun­gen sowie proba­bi­lis­ti­sche zytoar­chi­tek­to­ni­sche Karten, die die inter­in­di­vi­du­elle Varia­bi­li­tät der Hypotha­la­mus­kerne in Bezug auf Größe und Lage im Referenz­raum wider­spie­geln, erarbeiten.

Der Hypotha­la­mus ist Teil des Zwischen­hirns und in die Aufrecht­erhal­tung der Homöostase neuro­en­do­kri­ner, verhal­tens­be­zo­ge­ner und autono­mer Prozesse einge­bun­den. Es besteht aus mehre­ren Kernen, die sich in ihrer Mikro­struk­tur, Konnek­ti­vi­tät, Moleku­lar­struk­tur und Funktion unterscheiden.

Die Unter­su­chung von Struk­tur-Funkti­ons-Bezie­hun­gen des Hypotha­la­mus wird zuneh­mend durch die bessere räumli­che Auflö­sung der funktio­nel­len MRT unter­stützt. Aller­dings ist es immer noch schwie­rig, funktio­nelle Aktivie­run­gen den unter­schied­li­chen Kernen zuzuord­nen, da sie im Routine-MR kaum unter­scheid­bar sind. Derzeit gibt es keine Karten, um Befunde aus Neuro­ima­ging-Studien in Bezug auf die mikro­struk­tu­relle Gliede­rung des Hypotha­la­mus in 3D zu interpretieren.

Unser Ziel ist es daher, unter Verwen­dung von Deep Learning Ansät­zen eine zytoar­chi­tek­to­ni­sche Karte des Hypotha­la­mus im BigBrain, einem hochauf­ge­lös­ten histo­lo­gi­schen 3D-Modell des mensch­li­chen Gehirns, zu entwi­ckeln. Diese Karte wird die Form und Ausdeh­nung der hypotha­l­a­mi­schen Kerne mit zellu­lä­rer Präzi­sion aufzei­gen. Sie wird eine Brücke zwischen der mikro­sko­pi­schen Struk­tur des Hypotha­la­mus und MR-basier­ten Studien auf der Makro­ebene schlagen.

Außer­dem werden wir proba­bi­lis­ti­sche zytoar­chi­tek­to­ni­sche Karten des Hypotha­la­mus entwi­ckeln. Zu diesem Zweck werden wir histo­lo­gi­sche Serien­schnitte von zehn postmor­tem Gehir­nen unter­su­chen und die Kerne über ihren gesam­ten Verlauf kartie­ren. Die Karten werden in einen Standard­re­fe­renz­raum übertra­gen, der es ermög­licht, sie mit In-vivo-Bildge­bungs­da­ten zu verknüp­fen, um dann als anato­mi­sche Referenz für künftige Studien an gesun­den Proban­den und Patient dienen können. Sie werden der wissen­schaft­li­chen Öffent­lich­keit frei zur Verfü­gung stehen.

Hochaufgelöste 3D-Kartierung des menschlichen Hypothalamus in 10 postmortalen Gehirnen

Sagit­tal section of the human brain with the region of interest marked in the red circle (left); 3D image of the human brain from the Big Brain dataset (right).

Alexey Chervon­nyy

Heinrich Heine Univer­si­tät Düsseldorf
   

Betreut durch

Prof. Dr.

Katrin Amunts

Medizin & Hirnforschung

Hector Fellow seit 2021