Das Magazin - Ausgabe 03 - Systembiologie

interaktionen zwischen
hirnarealen bestimmen,
was wir tun
Modellbildungen tragen zum Verständnis der Hirnfunktion bei
von Simon B. Eickhoff und Karl Zilles
Wie können wir die Organisation und vernetzten
Systeme eines so komplexen Organs wie des Gehirns
verstehen? Die Beantwortung dieser Frage ist
für die Grundlagenforschung und auch für die Diagnose
und Behandlung neurologischer und psychiatrischer
Erkrankungen essentiell. Ein besseres
Verständnis der Ursachen und Besonderheiten
krankheitsbedingter Veränderungen setzt dabei voraus,
dass wir die Organisation des gesunden Gehirns
als System und nicht nur als Ansammlung
isolierter Strukturen und Mechanismen begreifen.
Um mehr über die Funktion des Gehirns zu erfahren,
kombiniert das Institut für Neurowissenschaften
und Medizin (INM) am Forschungszentrum Jülich
gemeinsam mit Partnern im Human-Brain-Model
Netzwerk der Helmholtz-Allianz Systembiologie
und in der Jülich-Aachener Forschungsallianz
JARA-Brain, nicht-invasive Methoden zur Messung
der menschlichen Hirnaktivität mit systembiologischen
Methoden zur Modellierung der Funktionsweise.
Konzepte zur Organisation des menschlichen
Gehirns – Wie wirken Hirnareale zusammen?
Seit langer Zeit existieren zwei grundsätzliche Konzepte über
die Organisation des Gehirns, Segregation und Integration. Mit
Segregation wird die Spezialisierung des Gehirns, insbesondere
der Großhirnrinde, in einzelne Module oder Areale bezeichnet,
welche sich voneinander in ihrer Struktur und Funktion unterscheiden.
Integration hingegen bezeichnet die Interaktion verschiedener
Bereiche, also die gegenseitige Beeinflussung und
das Zusammenspiel einzelner Komponenten. Die Forschungen
der letzten Jahrzehnte zeigen, dass motorische oder kognitive
Leistungen nicht in einer einzigen Region, Zelle oder Molekül
Abbildung 1: Übersicht über Dynamic Causal Modelling (DCM)
Dynamic Causal Modelling beruht auf einem nicht-linearen,
deterministischen Systemmodell der Interaktion neuronaler
Areale. Die Dynamik des Systems ist dabei eine Funktion des
momentanen Zustandes (repräsentiert über den neuronalen
Statusvektor z), externer Einflüsse u und der (neuronalen)
Systemparameter (intrinsische oder endogene Konnektivität: A,
kontext-abhängige Modulation: B, direkte Effekte experimenteller
Einflüsse: C und nicht-lineare Interaktionseffekte: D).
Bild: Simon B. Eickhoff
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Forschung Interaktionen zwischen Hirnarealen bestimmen, was wir tun
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