Gehirnbildgebung in der Entwicklungspsychologie

Dieses Projekt wurde 2023 in die Max-Planck Forschungsgruppe MR-Physik integriert

Magnetresonanztomograf — © Arne Sattler

© Arne Sattler

In der Erforschung der Entwicklung des Menschen im Lebensverlauf spielt die Untersuchung der altersabhängigen Veränderungen von Struktur und Funktion des Gehirns sowie deren Zusammenhang mit Verhalten und Umwelt eine bedeutende Rolle. Die Magnetresonanztomografie (MRT) und -spektroskopie (MRS) haben sich in diesem Kontext zu einem wichtigen Werkzeug für die Untersuchung von Funktion, Anatomie, Mikrostruktur und Stoffwechselvorgänge im Gehirn entwickelt. Dieses Projekt beschäftigt sich mit der Optimierung von MR-Messprotokollen und Datenanalysen, um die Vorgänge bei Reifung und Alterung des Gehirns sowie Auswirkungen von Lernprozessen in reproduzierbarer Weise zu erfassen. Neben der Implementierung bereits etablierter MRT- und MRS-Verfahren beschäftigt sich das Projekt mit der Umsetzung und der Entwicklung von neuen Methoden, welche ergänzende Informationen über Struktur und Physiologie des Gehirns sowie deren Veränderungen liefern.

Entwicklungspsychologisch relevante Prozesse machen sich in sehr unterschiedlichen Zeitspannen bemerkbar. So sind zum einen Längsschnittstudien ein wichtiger Bestandteil der Forschung am Forschungsbereich Entwicklungspsychologie – die Studienteilnehmer nehmen über einen längeren Zeitraum wiederholt an MRT-Untersuchungen teil, um die langsamen Entwicklungs- und Alterungsprozesse beobachten zu können. Zum anderen lassen sich Prozesse, wie sie beispielsweise durch Lernen und Training hervorgerufen werden können, innerhalb von Tagen, Wochen oder Monaten beobachten. Wieder andere Veränderungen stellen sich als Fluktuationen dar, die sich bereits innerhalb von Momenten oder Stunden zeigen. Systematische Messungenauigkeiten und technisch bedingte geringfügige Veränderungen der Abbildungseigenschaften können die Messergebnisse verfälschen und damit eine zuverlässige Detektion von strukturellen und funktionellen Veränderungen des Gehirns gefährden. Um dem vorzubeugen, beschäftigt sich das Bildgebungsprojekt mit der Untersuchung, Sicherstellung und, wenn möglich, der Verbesserung der Präzision sowie der zeitlichen Stabilität der Messungen.

MRT-Labor

Das Max-Planck-Institut für Bildungsforschung verfügt seit 2011 über einen Magnetresonanztomografen (Siemens TIM-Trio mit Magnetfeldstärke von 3 Tesla), mit dem Struktur und Funktion des Gehirns gemessen werden kann. mehr

Ausgewählte Publikationen bis 2023

Polk, S. E., Kleemeyer, M. M., Köhncke, Y., Brandmaier, A. M., Bodammer, N. C., Misgeld, C., Porst, J., Wolfarth, B., Kühn, S., Lindenberger, U., Wenger, E., & Düzel, S. (2022). Change in latent gray matter structural integrity is associated with change in cardiovascular fitness in older adults who engage in at-home aerobic exercise. Frontiers in Human Neuroscience, 16, Article 852737. https://doi.org/10.3389/fnhum.2022.852737

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Wenger, E., Polk, S. E., Kleemeyer, M. M., Weiskopf, N., Bodammer, N. C., Lindenberger, U., & Brandmaier, A. M. (2022). Reliability of quantitative multiparameter maps is high for magnetization transfer and proton density but attenuated for R₁ and R₂* in healthy young adults. Human Brain Mapping, 43(11), 3585–3603. https://doi.org/10.1002/hbm.25870

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Mårtensson, J., Eriksson, J., Bodammer, N. C., Lindgren, M., Johansson, M., Nyberg, L., & Lövdén, M. (2020). White matter microstructure predicts foreign language learning in army interpreters. Bilingualism: Language and Cognition, 23, 763–771. https://doi.org/10.1017/S1366728920000152

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Dahl, M. J., Mather, M., Düzel, S., Bodammer, N. C., Lindenberger, U., Kühn, S., & Werkle-Bergner, M. (2019). Rostral locus coeruleus integrity is associated with better memory performance in older adults. Nature Human Behaviour, 3, 1203–1214. https://doi.org/10.1038/s41562-019-0715-2

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Bender, A. R., Keresztes, A., Bodammer, N. C., Shing, Y. L., Werkle-Bergner, M., Daugherty, A. M., Yu, Q., Kühn, S., Lindenberger, U., & Raz, N. (2018). Optimization and validation of automated hippocampal subfield segmentation across the lifespan. Human Brain Mapping, 39(2), 916–931. https://doi.org/10.1002/hbm.23891

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Brandmaier, A. M., Wenger, E., Bodammer, N. C., Kühn, S., Raz, N., & Lindenberger, U. (2018). Assessing reliability in neuroimaging research through intra-class effect decomposition (ICED). eLife, 7, Article e35718. https://doi.org/10.7554/eLife.35718

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Masterarbeiten im Projekt

2018
Maximilian Michael Wichmann (Medizinphysik, Technische Universität Dortmund):
Reliability of Principal Fibre Tract Orientation Using Different High Angular Resolution Diffusion Imaging Methods

2015
Paul Enggruber & Felix Kreis (Physik, Technische Universität Berlin):
Development of Three-Dimensional Spectrally Selective Phosphorus Magnetic Resonance Imaging for Analysing Metabolism in the Human Brain

2014
Tian Yang (Medizintechnik, Technische Universität Berlin):
Measurement of Image Artifacts in Simultaneous Application of Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) and Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI)