2016 Juli | Andras Jakab

Dr. Andras Jakab, PhD

MedUni Wien RESEARCHER OF THE MONTH, Juli 2016

Die Jury „Researcher of the Month” verleiht die Auszeichnung für diesen Monat Herrn Dr. Andras Jakab aus Anlass der im Top-Journal „NeuroImage” IF 6.357) erschienenen Arbeit „Disrupted developmental organization of the structural connectome in fetuses with corpus callosum agenesis.” [1]. Die Studie entstand im Department of Biomedical Imaging and Image-guided Therapy, Medical University of Vienna, Computational Imaging Research Lab (CIR) Vienna, Austria in Zusammenarbeit mit dem Center for Anatomy and Cell Biology, Department of Systematic Anatomy, Medical University of Vienna, Vienna, Austria und dem Computer Science and Artificial Intelligence Lab, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, USA.

Gehirnentwicklung bei Föten mit fehlender Verbindung zwischen den Gehirnhälften

Die von Dr. Jakab und Mitarbeitern im angesehenen Wissenschaftsjournal „NeuroImage“ publizierte Arbeit vergleicht erstmals die in lebenden menschlichen Föten pathologische Hirnvernetzung mit normaler Hirnentwicklung auf der Basis einer Analyse auf Gruppen-Niveau. Diese Studie baut auf der Hypothese auf, dass die Corpus Callosum Agenesie, das Fehlen der Hemisphären-kreuzenden Nervenfaserbündel, mit global verminderter Hirnvernetzung assoziiert ist, und dass diese Verminderung bereits im Fötus mit nicht-invasiven Bildgebungsmethoden nachgewiesen werden kann.

Die Forschungsarbeit wurde ermöglicht durch die Zusammenarbeit von Bilddiagnostikspezialisten mit Erfahrung in fetaler Magnetresonanz-bildgebung und computergestützter Bildverarbeitung. Durch die Darstellung des sich entwickelnden fetalen Gehirns mittels Diffusionstensor MRI (DTI-MRI) können die Diffusionseigenschaften von Geweben im makroskopischen Bereich gemessen und auch die Trajektorien der Nervenfaserbündel berechnet werden. Die Gesamtheit dieser Faserverbindungen, das „Konnektom“, kann für das fetale Gehirn ebenfalls rekonstruiert werden, wie in dieser Studie gezeigt wird. Diese neue Datenbasis bietet einen systemischen Messwert für die Organisation der Hirnvernetzung, die bei der Corpus Callosum Agenesie signifikant gestört ist.

In einer Kohorte von 40 Föten wurde gezeigt, dass außer dem Auftreten des bereits früher beschriebenem Probst-Bündels, einer charakteristischen, am medialen Rand der Seitenventrikel anliegenden Nervenfaserstruktur, zusätzlich auch die globale Reorganisation der Nervenbahnen im Gehirn sowohl verminderte als auch gesteigerte Verbindungen aufweist. Diese Resultate tragen zu einem besseren Verständnis dieser heterogenen und faszinierenden Fehlbildung bei und die gezeigten Methoden bereiten den Weg zur Entwicklung neuer, pränataler Marker für die bildbasierte Beschreibung der Hirnentwicklung.

Wissenschaftliches Umfeld

Das wissenschaftliche Hauptinteresse von Dr. Jakab liegt an der Schnittstelle zwischen neuroradiologischer, computer-gestützter Bildverarbeitung und klinischen Neurowissenschaften. Während seiner medizinischen Ausbildung und des PhD-Studiums wurde er mit Diffusionstensor Magnetresonanz Bildgebung [2] und funktioneller MR Bildgebung vertraut [3] und verwendete die Methoden erfolgreich in Studien über die menschliche Hirnvernetzung [4, 5]. Als Gastforscher an der ETH Zürich beschrieb er eine neue Methode für die Zieldefinition während bildgesteuerten neurochirurgischen Eingriffen im Thalamus und den Basalganglien, die auf der Kombination von in vivo Diffusionstensor Bildgebung und Statistical Shape Modellen beruht, [6] (NCCR Co-Me Project, http://co-me.ch/). Seitdem nimmt er eine aktive Rolle als externer Berater in verschieden Forschungsprojekten der funktionellen Neurochirurgie (z.B.: Diffusionstensor Bildgebung bei Patienten mit tiefer Hirnstimulationstherapie gegen die Parkinson‘sche Krankheit, PI: Christian Baumann, USZ, Zürich) ein. Auf der Basis graphentheoretischer Analysen von Vernetzungsdaten publizierte er Arbeiten, die die Anatomie der normalen Gehirnvernetzung und ihrer Variabilität untersuchten [5], sowie auch über den Zusammenhang zwischen Hirnvernetzung und höheren kognitiven Funktionen und Autismus [4].

Als Marie Skłodowska-Curie Postdoctoral Fellow am Computational Imaging Research Lab (CIR), Universitätsklinik für Radiologie und Nuklearmedizin, arbeitete er an der Adaptierung neuartiger, nicht-invasiver Bildgebungs- und Bildverarbeitungsmethoden auf dem Gebiet der fötalen Hirnentwicklung im Menschen. Seine Arbeit ist grundlegend für die quantitative Analyse von in utero fetalen MRI Daten unter normalen und pathologischen Bedingungen auf Gruppen-Niveau. Das Forschungsteam in Wien beschrieb die Entwicklung funktioneller Hirnverbindungen im sich normal entwickelnden Gehirn menschlicher Föten mittels Resting-State fMRI [7] und korrelierte außerdem erstmals fetale Augenbewegungen und fMRI-basierte Hirnaktivität [8].

Zur Person

András Jakab wurde 1985 in Kisvárda, Ungarn, geboren. Er schloss sein Medizinstudium 2009 an der Universität Debrecen, Ungarn, mit der Auszeichnung „Pro Facultate Iuventutis“ ab. Daraufhin erhielt er eine Visiting Doctoral Research Fellowship durch die Schweizer Rektorenkonferenz  (CRUS – SciEX) und verbrachte ein Jahr (2011/2012)) am Computer Vision Laboratory, ETH Zürich, und danach weitere drei Monate als postdoktoraler Forscher an diesem Institut. Er schloss sein PhD-Studium 2012 auf dem Gebiet klinischen Neurowissenschaften an der Medizinischen Universität Debrecen ab. Er hat über 60 Vorträge an wissenschaftlichen Konferenzen gehalten, darunter auch Vorträge auf Einladung und Vorträge mit Auszeichnung („Best Scientific Paper Presentation“ am Europäischen Radiologiekongress 2014 und 2015,  „Abstract Merit Award“ – Organization for Human Brain Mapping 2016 sowie der „ESNR Pioneers and Past Presidents of European Neuroradiology Award, Diagnostic Neuroradiology 2016 in Honor of Massimo Gallucci“.

2013 erhielt er ein FP7 Marie Skłodowska-Curie Postdoctoral Fellowship. Er ist auf interdisziplinäre Forschung fokussiert und verbindet Computerwissenschaften, biomedizinische Bilddiagnostik und Neurowissenschaften. Dank seiner Erfahrung in Bildgebungs- und Bildverarbeitungsmethoden trägt er zu einer Vielfalt von Forschungsprojekten an verschiedenen Instituten bei [2,9,10].

Ausgewählte Literatur

1. Jakab A, Kasprian G, Schwartz E, Gruber GM, Mitter C, Prayer D, Schöpf V, Langs G. Disrupted developmental organization of the structural connectome in fetuses with corpus callosum agenesis. Neuroimage 111, 277-288. pii: S1053-8119(15)00139-1.
2. Jakab A, Molnár P, Emri M, Berényi E. Glioma grade assessment by using histogram analysis of diffusion tensor imaging-derived maps. Neuroradiology. 2011 Jul;53(7):483-91.  
3. Spisák T, Jakab A, Kis SA, Opposits G, Aranyi C, Berényi E, Emri M. Voxel-wise motion artifacts in population-level whole-brain connectivity analysis of resting-state FMRI. PLoS One. 2014 Sep 4;9(9):e104947.
4. Jakab A, Emri M, Spisak T, Szeman-Nagy A, Beres M, Kis SA, Molnar P, Berenyi E. Autistic traits in neurotypical adults: correlates of graph theoretical functional network topology and white matter anisotropy patterns. PLoS One. 2013 Apr 5;8(4):e60982.
5. Jakab A, Molnár PP, Bogner P, Béres M, Berényi EL. Connectivity-based parcellation reveals interhemispheric differences in the insula. Brain Topography. 2012 Jul;25(3):264-71.
6. Jakab A, Blanc R, Berényi EL, Székely G. Generation of individualized thalamus target maps by using statistical shape models and thalamocortical tractography. American Journal of Neuroradiology. 2012 Dec;33(11):2110-6.
7.  Jakab A, Schwartz E, Kasprian G, Gruber GM, Prayer D, Schöpf V, Langs G. Fetal functional imaging portrays heterogeneous development of emerging human brain networks. Front Hum Neurosci. 2014 Oct 22;8:852.  
8. Schöpf V, Schlegl T, Jakab A, Kasprian G, Woitek R, Prayer D, Langs G. The relationship between eye movement and vision develops before birth. Front Hum Neurosci. 2014 Oct 2;8:775.  
9. Menze BH, Jakab A, Bauer S, Reyes M, Leemput K, et al. The Multimodal Brain Tumor Image Segmentation Benchmark (BRATS) IEEE Transactions on Medical Imaging, 2014 Dec 4. [Epub ahead of print]. DOI: 10.1109/TMI.2014.2377694
10. Pavo N, Zimmermann M, Pils D, Mildner M, Petrási Z, Petneházy Ö, Fuzik J, Jakab A, Gabriel C, Sipos W, Maurer G, Gyöngyösi M, Ankersmit HJ. Long-acting beneficial effect of percutaneously intramyocardially delivered secretome of apoptotic peripheral blood cells on porcine chronic ischemic left ventricular dysfunction. Biomaterials. 2014 Apr;35(11):3541-50.