Project

Discipline

Neuroimaging; Eloquent Cortex; Neurosurgery; Language; Brain Connectivity

Lead
Nicht-invasive Lokalisation von Sprachnetzwerken vor Hirnoperationen
Lay summary
Die Chirurgie von Hirntumoren und epileptischen Foci bedingt eine gute Kenntnis über die funktionelle Rolle der Hirnregionen die sich in der Nähe der Läsion befinden, um neurologische Defizite nach der Operation möglichst zu verhindern. Sprachfunktionen sind dabei besonders wichtig, da sie verschiedene Hirngebiete betreffen und individuell sehr variieren können.  Elektrische Stimulation von Elektroden die direkt auf dem Gehirn liegen ist der Goldstandard für funktionelle Lokalisation. Für Sprachfunktionen ist diese Methode während der Operation aber höchst aufwendig und vor der Operation nur bei wenigen epileptischen Patienten möglich. Nicht-invasive Methoden basierend auf funktioneller Bildgebung mit Hilfe von Computer-Tomographie (MRT) oder Elektro- oder Magneto- Enzephalography (EEG/MEG) sind oft nicht spezifisch genug und zeigen Hirnregionen auf die zwar in Sprachfunktionen beteiligt sind aber nicht unbedingt unentbehrlich sind. Unser Projekt schlägt vor, funktionelle Daten vom MRT und EEG zu kombinieren und sie mit Methoden zu analysieren die die funktionelle Bedeutung einzelner Module der komplexen Sprach-Netzwerke identifizieren.  Wir hoffen, dass solche multimodale Netzwerkanalysen die zentralen Schnittstellen isolieren können, die bei Hirnoperationen nicht angerührt werden sollten.

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Last update: 22.08.2013

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The present project refers to the continuation of a pluri-disciplinary collaboration between neurosurgeons, epileptologists, neurophysiologists, neuropsychologists, and neuroradiologists, and it aims at a better understanding of the spatial allocation of language function in humans. The project is based on a contemporary dynamic-network-concept for functional allocation in the brain, which postulates the existence of interdependent neural circuits throughout the cerebral white matter for cognitive functions such as language. According to this concept a particular region may hold multiple functions, or multiple regions may hold the same one, respectively. This is opposed to the traditional modular localizational concept, according to which particular functions are localized in rather fixed cortical regions. A cohort of patients suffering from pharmacoresistant epilepsy, as well as patients with intrinsic tumors of the brain, who will undergo resective surgery shall be studied prospectively: Non-invasive structural and functional imaging (3D morphological MRI, DTI, and fMRI) and electrical source imaging (ESI) based on 256-channel EEG shall be performed together with neuropsychological tests - prior to surgery, and postoperatively at determined intervals. Particular focus will be put on a new method to analyze the ESI data that will take full advantage of the high temporal resolution of the EEG: It is based on time-varying partial directed coherence (PDC). Rigorous validation in animal models have shown that this method allows to determine information flow in the network and to identify the most active drivers, i.e. the most important “hubs” of the network. This analysis method will be applied to data already recorded during the previous grant period. In addition, the future patients and a new set of healthy volunteers shall undergo additional language tasks. Due to more precise allocation and hierarchization of language function, this project should prepare the avenue towards safer resection of tumors or epileptogenic zones in the neighborhood of, or, within eloquent brain regions.