Selbstorganisation des visuellen Systems bei Sehbahnabnormalitäten IV

Kongenitale Fehlbildungen des Chiasma opticum verursachen einen
großflächig abnormalen Eingang in den visuellen Kortex. Dies macht sie zu
einem wertvollen Schlüssel zum Verständnis der Abläufe, die der
Entwicklung und Plastizität der menschlichen Sehbahn zugrunde liegen, und
ermöglicht somit einen wesentlichen Beitrag zu den grundlegenden
Neurowissenschaften sowie zu klinischen Anwendungen.
In unseren bisherigen Arbeiten haben wir die entscheidende Bedeutung des
visuellen Kortex identifiziert in Hinblick auf (a) plastische Mechanismen, die
den abnormalen Eingang der visuellen Funktion verfügbar machen, sowie
(b) Abnormalitäten der visuellen Reifung. Bemerkenswerterweise scheint ein
potenzieller kortikaler MRT-Biomarker für letztere amblyopie-ähnlichen
Prozesse über Chiasma-Anomalien hinaus verallgemeinerbar zu sein, wie
unsere Begleitforschung zur Achromatopsie in einem unabhängigen DFG-
Projekt zeigt.

Basierend auf diesen Grundlagen zielt das vorgeschlagene Projekt darauf
ab, Entwicklungsmechanismen im menschlichen visuellen Gehirn bezüglich
Funktion, Konnektivität und Anatomie zu entschlüsseln. Wir verwenden dazu
einen interdisziplinären Ansatz aus Augenheilkunde, Psychophysik,
anatomischer/diffusionsgewichteter/funktioneller MRT (a/d/fMRT) höchsten

Standards, sowie neuro-computationeller/Deep-Learning Ansätze. Dies wird durch den Einsatz von a/d/fMRT höchsten
Standards unterstützt, den unsere bewährte Expertise, unsere enge
Zusammenarbeit mit führenden Gruppen auf diesem Gebiet und die kürzlich
erfolgte Erweiterung der lokalen Infrastruktur durch den neuartigen 7T-
Connectome-MRT-Scanner ermöglicht (Siemens 7T Terra.X Impulse
Edition).

Wir erwarten, dass dieser integrierte Ansatz funktioneller und struktureller
Analysen angeborener Sehbahnstörungen wichtige Einblicke in die
neuronale Entwicklung, Reifung und Reorganisation eröffnet, mit
nachhaltigen Einfluss auf unser Verständnis des menschlichen Sehystems
sowie auf die Entwicklung neuartiger diagnostischer und therapeutischer
Ansätze.

Visual pathway abnormalities and self-organisation of the visual system - IV

Congenital malformations of the optic chiasm cause large scale abnormal
input to the visual cortex. They therefore provide a valuable key to
understand the framework guiding human visual pathway development and
plasticity for the benefit of basic neuroscience and clinical applications.
In the work leading up to this project we identified the visual cortex as a site
of critical importance (a) for plastic mechanisms to make abnormal input
available for visual function and (b) for action and failure of visual
maturation. Remarkably, a potential cortical MRI-biomarker for such
amblyopia-like processes appears to be generalizable beyond chiasma
abnormalities, as indicated by our companion research on achromatopsia in
an independent DFG-project.

Based on these foundations, the proposed project aims to decipher how
developmental mechanisms operate in the human visual brain at the level of
brain function, connectivity, and anatomy. For this purpose, we will apply an
interdisciplinary approach of ophthalmology, psychophysics, highest-
standard anatomical/diffusion-weighted/functional MRI (a/d/fMRI) and
artificial-intelligence based neuro-computations (deep-learning). This is further supported by the use of highest-standard a/d/fMRI that is possible due to our proven expertise, our
strong collaborations with leaders in the field, and the recent extension of the
local infra-structure by the novel 7T connectome scanner (Siemens 7T
Terra.X Impulse Edition).

It is expected that this integrated approach of functional and structural
analyses in congenital visual pathway disorders will provide significant
insights into neural development and reorganisation that will have a lasting
impact on our view of visual system plasticity and ultimately on clinical
applications. Specifically, we aim to set a general precedent for the MRI-
based identification of changes of intra-cortical and cortico-cortical
connectivity, and of visual cortex maturation, including amblyopia correlates,that will spur the development of novel diagnostics and therapeutic
approaches.