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Abstract

In der vorliegenden Habilitationsschrift wird eine neue Methode zur Untersuchung funktioneller Konnektivitäten im menschlichen Gehirn präsentiert. Hierbei werden Zeitreihen des Blood-Oxygenation-Level-Dependent-Signals (BOLD) untersucht. Im Gegensatz zu Korrelationsmethoden bietet der in dieser Arbeit dargestellte Ansatz die Möglichkeit, bei der Erforschung funktioneller Konnektivitäten die zeitliche Variabilität des BOLD-Signals verschiedener Hirnregionen zu berücksichtigen. Mittels Spektral- und Waveletanalyse werden bivariate Ähnlichkeitsmaße konstruiert, welche die Beziehungen zwischen Zeitreihen des BOLD-Signals verschiedener Hirnareale charakterisieren. Diese Maße können insbesondere verwendet werden, um spezielle Konnektivitäts-Karten auf der Basis des BOLD-Signals zu erstellen. Überdies gestatten Spektral- und Waveletanalyse auch die Konstruktion von bivariaten Maßen zur Beschreibung der zeitlichen Dynamik des BOLD-Signals. Derartige Latenzmaße werden anhand von Beispielen illustriert, wobei Vor- und Nachteile der Anwendung solcher Maße auf BOLD-Zeitreihen diskutiert werden. Der beschriebene Ansatz bietet neue Möglichkeiten, grundlegende Eigenschaften des BOLD-Signals zu erforschen. Hierzu wird eine Eigenschaft des BOLD-Signals präsentiert, die durch die Anwendung spezieller Spektralmaße entdeckt wurde – eine enge Kopplung zwischen BOLD-Signalstärke und BOLD-Latenz. Diese Kopplung kann sowohl mit Spektralmaßen als auch mit herkömmlichen Mittelungsmethoden nachgewiesen werden. Um zu zeigen, dass es sich wirklich um eine Eigenschaft des BOLD-Signals handelt, werden verschiedene Parameter bei der Akquisition der BOLD-Daten variiert.