Wenn die Seele aus dem Takt gerät: ERC Synergy Grant für Petra Ritter

Frau Ritter, Sie koordinieren das Projekt PTSDynamicTwin, das nun über einen ERC Synergy Grant eine Förderung von drei Millionen Euro erhält. Dabei geht es um Posttraumatische Belastungsstörungen – kurz PTBS. Was hat Sie nach Ihrer Pionierarbeit mit The Virtual Brain dazu bewogen, sich nun der PTBS zuzuwenden?

Nachdem wir mit The Virtual Brain grundlegende Infrastrukturen und biophysikalische Modelle für die Ganzhirnsimulation etabliert haben, liegt der logische nächste Schritt darin, diese Methodik auf komplexe, dynamische Systemerkrankungen anzuwenden. Die Posttraumatische Belastungsstörung (PTBS) ist keine statische strukturelle Läsion, sondern eine hochdynamische Störung von Netzwerkzuständen, Reaktivität und Plastizität. Der ERC Synergy Grant ermöglicht es uns, multimodale Daten über verschiedene zeitliche und räumliche Skalen hinweg zu integrieren, um PTBS als dynamische Netzwerkerkrankung zu verstehen und mechanistisch zu simulieren.

Besonders entscheidend für diesen Schritt ist der Rahmen dieser internationalen Kooperation: Das Projekt führt herausragende, komplementäre Expertisen zusammen. Während wir unsere langjährige Erfahrung in der Computermodellierung, Softwareentwicklung und Ganzhirnsimulation einbringen, steuern unsere internationalen Partner – insbesondere die führenden Teams an der Tel Aviv University – ihre tiefe klinische und experimentelle Expertise im Bereich der PTBS-Forschung bei. Erst durch den Zusammenschluss dieser interdisziplinären Kompetenzen über Ländergrenzen hinweg wird es möglich, PTBS als dynamische Netzwerkerkrankung mechanistisch zu verstehen und in digitale Gehirn-Zwillinge zu übersetzen. 
 

In dem Projekt wollen Sie sich nicht auf eine starre Momentaufnahme, sondern auf die dynamischen Schwankungen des Gehirns fokussieren. Was gerät bei einer PTBS – etwa nach einem Unfall – aus dem Takt? Und warum sind bisherige Behandlungsansätze verbesserungswürdig?

Bei einer PTBS verharren Betroffene nicht in einem dauerhaft gleichen Zustand, sondern erleben abrupte Phasenübergänge – etwa getriggert durch alltägliche Reize –, die zu Flashbacks oder schwerer Hyperarousal führen. Wie die bahnbrechenden Arbeiten von Mitsuo Kawato (ATR Japan) zum Decoded Neurofeedback (DecNef) sowie die klinischen Erkenntnisse unserer Partnerin Thalma Hendler zeigen, handelt es sich dabei um hochdynamische Prozesse, die weit über starre Momentaufnahmen hinausgehen. Bisherige Therapieansätze stoßen oft an Grenzen, weil sie auf statischen Diagnosen und pauschalen Therapieschemata beruhen. Sie berücksichtigen kaum die individuellen, zeitlich schwankenden Netzwerkzustände des einzelnen Gehirns.

Methoden des decodierten Neurofeedbacks aus dem ATR Japan zeigen, dass man gezielt verdeckte Hirnaktivitätsmuster modulieren und umschreiben kann. Durch die Kombination von Kawatos Expertise in der Echtzeit-Hirnzustand-Modulation und Hendlers PTBS-Forschung können wir diese dynamischen Übergänge im digitalen Zwilling abbilden und künftig passgenaue, zeitlich präzise Interventionen entwickeln. 
 

Das Herzstück im Projekt sind digitale Gehirn-Zwillinge aus Hirnscans, Alltagssensoren und Verhaltenstests, die Sie mithilfe Ihrer Open-Source-Software The Virtual Brain erstellen. Wie genau funktioniert das und was kann der simulierte Zwilling leisten, was herkömmliche Diagnostik nicht kann?

Wir kombinieren hochauflösende Neuroimaging-Daten (fMRT, DTI) zur Erfassung der Anatomie und funktionellen Konnektivität mit kontinuierlichen Sensordaten aus dem Alltag (z. B. Herzratenvariabilität, Schlafmuster) und Verhaltensprüfungen. In The Virtual Brain übersetzen wir diese Daten in ein mathematisches Modell der individuellen Hirndynamik. Das Modell erlaubt es uns, kausale Mechanismen anstelle rein korrelativer Parameter zu untersuchen und Reaktionen auf Interventionen in silico zu testen, bevor sie am Patienten angewendet werden. 
 

Wie stellen Sie sicher, dass diese hochkomplexen Hirnmodelle für die individuelle Behandlung einer betroffenen Person tatsächlich nutzbar werden?

Die Translation gelingt durch die systematische Personalisierung der Modellparameter und die Validierung an klinischen Verläufen. Ein entscheidender Baustein für die praktische Anwendbarkeit und Überführung in die klinische Realität ist dabei die Einbindung von TEF-Health: Über diese europäische Test- und Experimentierinfrastruktur können wir KI-gestützte medizinische Anwendungen und digitale Werkzeuge unter realsten Bedingungen validieren, auf Herz und Nieren prüfen und regulatorisch absichern. Dadurch wird das Modell zu einem verlässlichen, zertifizierungsfähigen Entscheidungswerkzeug für Kliniker, das individuelle klinische Trajektorien präzise vorhersagbar macht. 
 

Sie koordinieren an Charité und BIH die Daten der internationalen Partner. Welche Disziplinen und Partner sind im Projekt vertreten, und wie gelingt der Spagat zwischen Modellierung, Klinik, Ethik und Datenschutz? 

Das Projekt vereint Spitzenforschung aus Computational Neuroscience, Neuroimaging, klinischer Psychiatrie, Ethik und Datenschutz in enger Zusammenarbeit mit unseren Partnern an der Tel Aviv University und den ATR Neural Information Analysis Laboratories / ATR Japan.

Die Brücke zwischen Modellierung, Klinik, Ethik und Datenschutz schlagen wir durch strikte Privacy-by-Design-Architekturen und Einhaltung von Compliance-Standards. Daten verbleiben geschützt in sicheren digitalen Forschungsumgebungen, während standardisierte Schnittstellen den sicheren Wissens- und Modelltransfer gewährleisten. 
 

Ihr Ziel ist eine vorausschauende, dynamische Präzisionsmedizin, die im richtigen Moment hilft. Welche Therapien – Gehirntraining oder Medikamente – testen Sie im digitalen Zwilling, und wann könnten erste Erkenntnisse in die Klinik fließen?

Im digitalen Zwilling testen wir die Kombination aus chronologisch abgestimmten digitalen Interventionen (wie adaptives Neurofeedback oder gezieltes Kognitionstraining) und pharmakologischen Ansätzen, um das Hirnnetzwerk gezielt aus pathologischen Attraktorzuständen herauszubewegen. Erste mechanistische Erkenntnisse aus den Simulationen fließen kontinuierlich in die Validierungsphasen ein. Ziel ist es, innerhalb der sechsjährigen Projektlaufzeit des ERC Synergy Grants validierte Simulationsprotokolle bereitzustellen, die als Grundlage für spätere klinische Pilotstudien dienen.