Non-invasive imaging oh human brain functions using diffusing-wave spectroscopy (DWS)

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Ziel dieses Projektes ist es, ein neues Verfahren zur nicht-invasiven Detektion von neuronalen Prozessen im menschlichen Gehirn vermittels der dynamischen Vielfachstreuung von Licht (Diffusing-Wave Spectroscopy - DWS) zu prüfen. Im Gegensatz zu herkömmlichen optischen Methoden zur Bildgebung in Geweben, z.B. Nah-Infrarot-Spektroskopie (NIRS), die auf Kontrasten in der statischen Streulänge, der Absorption sowie der Refexibität beruhen, basiert der Kontrastmechanismus von DWS auf dynamischen Heterogenitäten, die sensitiv für das Spektrum der Speckle-Fluktuationen sind; dies ermöglicht den Zugang zu Hirnkfunktionen, da Speckle-Fluktuationen selbst wiederum von mikroskopischen Bewegungen subzellulärer Organellen stammen. Die Sensitivität der DWS für solche mikroskopischen Bewegungen könnte daher wertvolle Informationen über neuronale, mit psychischen Funktionen variierende subzelluläre Prozesse liefern, die mit herkömmlichen Methoden nicht erfassbar sind. Entwicklung und Validierung des Verfahrens umfassen im geplanten Vorhaben folgende Schritte: - Messung von DWS-Signalen in Abhängigkeit sensorische Reize und Überprüfung von deren Reliabilität und Validität. - Nachweis, dass Signale schneller als Veränderungen im zerebraler Blutfluss erfolgen, also unabhängig von Perfusion messbar sind - Präzisierung des Zusammenhangs von funktionellen DWS-Veränderungen mit neuronalen Aktivitäten. - Implementierung eines Verfahrens für nicht-invasive Untersuchung von Hirnfunktionen in experimentellen Designs und in klinischer Anwendung. Diese Schritte bereiten das langfristige Ziel vor, dieses optische Verfahren für psychophysiologische und neurowissenschaftliche Untersuchungen sowie für klinische Diagnostik zu erschließen.