Zwei Forscherinnen des Forschungszentrums Jülich werden mit einem ERC Starting Grant ausgezeichnet: Dr. Viviana Rincón Montes vom Institut für Biologische Informationsprozesse – Bioelektronik (IBI-3) mit dem Projekt „CoalescentBrain“ und Dr. Casey Paquola vom Institut für Neurowissenschaften und Medizin – Gehirn und Verhalten (INM-7) mit „Neurocast“. Der Europäische Forschungsrat (ERC) fördert mit den Starting Grants besonders innovative Projekte von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern am Beginn ihrer eigenständigen Karriere – über einen Zeitraum von fünf Jahren mit jeweils bis zu 1,5 Millionen Euro. Für weitere Kosten, die zur Durchführung des Projekts erforderlich sind, können bis zu eine Million Euro zusätzlich beantragt werden.
Neuronale Implantate können elektrische Signale im Gehirn messen und gezielte Impulse abgeben. Damit eröffnen sie langfristig neue Möglichkeiten, beeinträchtigte Funktionen bei neurologischen Erkrankungen wiederherzustellen. Ein zentrales Problem bleibt jedoch: Für den Körper sind solche Implantate Fremdkörper. Dr. Viviana Rincón Montes will das im Projekt „CoalescentBrain – Bio-camouflaged Neural Implants for Coalescent Brain Integration“ ändern. Ihr Ziel ist eine neue Generation von Implantaten, die sich nicht nur mechanisch an das weiche Hirngewebe anpassen, sondern sich enger mit ihm verbinden.
Dafür entwickelt sie eine biohybride Lösung für das Implantat, das sogenannte „reaktionsträge“ technische Materialien mit lebenden Zellen verbindet. So soll das Implantat vom umgebenden Gewebe besser angenommen und möglichst wie ein körpereigener Bestandteil integriert werden. Langfristig könnten solche Implantate präziser arbeiten, sich besser in das Gewebe integrieren sowie elektrische und biologische Funktionen verbinden als heutige Systeme. Davon könnten künftig Menschen profitieren, deren Bewegungs-, Sinnes- oder Kommunikationsfähigkeiten durch neurologische Erkrankungen beeinträchtigt sind – etwa bei Alzheimer, Epilepsie oder Blindheit. Bis aus dem Grundlagenprojekt eine medizinische Anwendung hervorgehen kann, sind jedoch weitere Forschung und umfangreiche Prüfungen erforderlich. „Wir wollen verstehen, welche Bedingungen eine tatsächliche Biointegration in das Gehirngewebe ermöglichen“, sagt Rincón Montes.
Das zweite geförderte Projekt widmet sich der psychischen Gesundheit im Jugendalter. In dieser Lebensphase verändert sich das Gehirn grundlegend. Gleichzeitig treten viele psychische Erkrankungen erstmals auf. Warum manche Jugendliche erkranken, während andere trotz ähnlicher Belastungen psychisch widerstandsfähig bleiben, ist bislang nur unzureichend verstanden. Dr. Casey Paquola untersucht im Projekt „Neurocast – Neurodevelopmental Forecasting of Mental Illness in Adolescence“ deshalb nicht nur Durchschnittswerte, sondern individuelle Entwicklungsverläufe. Dafür nutzt sie große Langzeitdatensätze mit MRT-Aufnahmen von mehr als 10.000 Jugendlichen.
Foto: Forschungszentrum Jülich / Sascha Kreklau
Das Forschungsteam will daraus einen Referenzrahmen für die Gehirnentwicklung erstellen, der berücksichtigt, dass gesunde Gehirnreifung viele unterschiedliche Verläufe nehmen kann – eine Vielfalt, die bestehende Modelle bislang nur unzureichend abbilden. Anschließend soll untersucht werden, wie biologische Voraussetzungen – etwa genetische Veranlagungen, hormonelle Veränderungen oder der individuelle Reifegrad des Gehirns – sowie Umweltbedingungen und prägende Lebenserfahrungen, zum Beispiel das familiäre und soziale Umfeld oder belastende Erfahrungen, die individuellen Entwicklungswege beeinflussen. Dabei geht es auch um die Frage, welche Muster mit psychischer Widerstandsfähigkeit oder einem erhöhten Erkrankungsrisiko verbunden sind.
Ein besonderes Ziel ist ein Prognoseverfahren, das die wahrscheinliche weitere Entwicklung des Gehirns bereits anhand einer einzelnen Untersuchung abschätzt. Dazu kombiniert das Team moderne Bildgebung mit maschinellem Lernen. Anschließend soll geprüft werden, ob diese Informationen helfen können, klinische Verläufe besser vorherzusagen, etwa wie sich Symptome entwickeln oder wie gut eine Behandlung wirkt.
Langfristig könnte „Neurocast“ dazu beitragen, Risiken und Krankheitsverläufe besser einzuschätzen und Therapien stärker an den individuellen Entwicklungsverlauf anzupassen. Das geplante Verfahren ist zunächst jedoch ein Forschungsinstrument und kein unmittelbar einsetzbarer klinischer Test. „Jugendliche entwickeln sich nicht alle nach demselben Muster. Wir wollen diese individuellen Wege besser verstehen und herausfinden, ob sie Hinweise auf psychische Gesundheit, Krankheitsverläufe und Behandlungserfolge geben können“, sagt Paquola.
Beide Projekte schaffen die Grundlagen für eine Medizin, die künftig präziser, verträglicher und stärker auf den einzelnen Menschen zugeschnitten sein könnte.
