In diesem Projekt wird die Genauigkeit und die Geschwindigkeit der Lokalisation menschlicher Hirnaktivität auf Basis von Elektro- und Magnetoenzephalografie (EEG und MEG) wesentlich verbessert. Dadurch wird die Basis geschaffen, um EEG und MEG als präzise bildgebende Verfahren für die Forschung und für klinische Anwendungen zu etablieren. Erforderlich sind dafür drei Punkte: 1) mehr Informationen durch räumlich höher aufgelöste Messdaten; 2) genauere anatomische Kopfmodelle und 3) Algorithmen, welche diese wesentlich größeren Datenmengen hinreichend schnell und stabil verarbeiten können. Dieses Teilprojekt dient der Erforschung eines MEG-kompatiblen High-Density (HD)-Trockenelektroden-EEG-Systems. Im Gegensatz zu herkömmlichen EEG-Systemen, die nur etwa 21 Kanäle nutzen und aufwändig und fachkundig appliziert werden müssen, wird dieses 256-Kanal-System mit Trockenelektroden selbst von Laien in Sekunden zu applizieren sein. Dieses Projekt umfasst die Erforschung der Hardware des Trockenelektroden-Systems und dessen experimentelle Validierung. Dabei wird das System in einer MRT/EEG/MEG-basierten Probandenstudie getestet. Ein wichtiger Aspekt ist die Optimierung der neuen Quellrekonstruktionspipeline unter Verwendung der neuen, präziseren Kopfmodelle und der neuen Lokalisationsalgorithmen. Der Vergleich mit etablierten Methoden ermöglicht es, Fortschritte quantitativ zu bewerten und die Technologie weiter zu verfeinern. Das Projekt soll nicht nur die Forschung vorantreiben, sondern auch praktische Anwendungen in der Diagnostik mentaler Gesundheit und psychiatrischer Erkrankungen wie Depression und Angststörungen ermöglichen.

Die Boundary Element Methode (BEM) ist das Standardverfahren für die Modellierung des menschlichen Kopfes (räumliche Auflösung ca. 5mm) bei der Lokalisation von Hirnaktivität mittels Daten der Elektroenzephalographie (EEG) und der Magnetoenzephalographie (MEG). Andererseits basieren BEM-Modelle auf Magnetresonanz-Daten, die inzwischen Auflösungen im Submillimeter-Bereich besitzen. Mittels der Fast Multipole Methode (FMM-BEM) kann diese hohe Auflösung verwendet werden, so dass Parameter der Hirnaktivität mit tausendfach höherer Detailliertheit mit hoher, numerischer Stabilität und kurzen Rechenzeiten ermittelt werden können. Im Rahmen dieses Projektes soll die FMM-BEM Methode bei der Auswertung von zwei MEG-Studien in Leipzig im praktischen Einsatz getestet, optimiert und in die praktische Routine überführt werden. Dazu werden kombinierte EEG- und MEG-Messungen durchgeführt – einmal zur Aktivierung eines somato-sensorischen und motorischen Netzwerks und des Weiteren zur Untersuchung des Sprachnetzwerkes bei der Satzverarbeitung. Es werden ein Trockenelektroden-EEG, ein klassisches MEG-System und ein neuartiges MEG-System, das auf optisch gepumpten Magnetometern (OPM) basiert, verwendet. Die Haube mit den Trockenelektroden wird an der Universität Ilmenau entwickelt. Ziel des Projektes ist die Demonstration des Unterschiedes der genaueren Modelle im Vergleich zum Standard und der Nachweis der routinemäßigen Anwendbarkeit der FMM-BEM Methode. Das interdisziplinäre Team besteht aus Experten der kognitiven Neurowissenschaften, der bio-elektromagnetischen Methoden und der biomedizinischen Bildgebung. Die Projektpartner gehören den Institutionen des Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging, Massachusetts General Hospital (Boston, Massachusetts, USA), dem Worcester Polytechnic Institute (Worcester, MA, USA), der Universität Ilmenau (Ilmenau, Deutschland) und dem Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften (Leipzig, Deutschland) an.