Teilprojekt 6

Störungsübergreifende, multiomodale Biotypen-Identifikation und methodischer Support

PD Dr. Tim Hahn1, Prof. Dr. Bertram Müller-Myshok2,3 ,Prof. Dr. Astrid DempfleProf. Dr. Andreas Jansen5
1Universität Münster, Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie
2Max-Planck-Institut für Psychiatrie, München
3Universität Liverpool, Liverpool, Vereinigtes Königreich
4Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Campus Kiel, Institut für Medizinische Informatik und Statistik, Kiel
5Philipps-Universität Marburg, Fachbereich Medizin, Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie, Marburg

Diagnose und Behandlung psychischer Störungen basieren immer noch fast ausschließlich auf deren klinischen Erscheinungsbild. Auch Jahrzehnte der Forschung haben mit Blick auf die Identifikation biologisch bedeutsamer Störungsgruppen, sog. Biotypen, nur wenig Fortschritt gebracht. Dies stellt die Validität der psychiatrischen Klassifikationssysteme in Frage und erschwert die Biomarkerentwicklung stark. Mithilfe der in der ersten FP erhoben Daten ist es nun erstmals möglich, moderne Algorithmen aus dem Bereich des maschinellen Lernens und der multivariaten Statistik auf einen umfangreichen, multimodalen Datensatz anzuwenden und damit für die Biotypen-Identifikation nutzbar zu machen. In der ersten FP hat Teilprojekt 6 wesentliche Qualitätskontrollen etabliert und statistische Analysen zu Gen-Umwelt Interaktionen sowohl in den humanen Stichproben (Teilprojekt 1, Teilprojekt 5) als auch den Cacna1c knock-out Ratten (Teilprojekt 2, Teilprojekt 3, Teilprojekt 4, Zentralprojekt 1) durchgeführt. Die beiden neuen Projektleiter haben gemeinsam mit Teilprojekt 1 bzw. Teilprojekt 5 einen Workflow zur Analyse von genetischen und Neuroimaging-Daten implementiert und damit erste robuste Ergebnisse erzielt. In der zweiten Förderperiode zielen wir nun darauf ab, biologisch plausible, homogene, störungsübergreifende Biotypen sowohl innerhalb als auch über Modalitäten hinweg zu identifizieren und zu validieren. Mit den Daten aller Teilprojekte werden die Projektleiter des Teilprojektes 6 1) zur Dimensionsreduktion evidenzbasiertes und automatisches Feature-Engineering (z.B. mit Deep Autoencodern und Rectified Factor Networks) einsetzen, 2) unter Verwendung von z. B. Modality-Specific Adversarial Autoencodern einen Ansatz zur Kontrolle von Störvariablen in linearen und nicht-linearen multivariaten Modellen entwickeln und 3) durch Ensemble-Clustering innerhalb und über Modalitäten hinweg Stabilität und interne Validität sicherstellen. Zentral ist hierbei, dass das längsschnittliche Design der FOR es ermöglicht, die Validität unserer Cluster-Lösungen ausschließlich auf Grundlage ihres prädiktiven Nutzens und damit der unmittelbaren klinischen Relevanz zu beurteilen. Wir erwarten, dass auf Basis von Clusterlösungen trainierte, prädiktive Biomarker-Modelle (etwa zur Verlaufsprognose) deutlich besser sind als an klassischen Störungsgruppen trainierte. Darüber hinaus erwarten wir, dass derart trainierte Modelle sich robust gegenüber Störvariablen wie etwa dem Scanner-Standort verhalten. Damit sind wir einzigartig positioniert, um biologisch plausible Patientencluster über Störungen hinweg zu identifizieren und somit die Validität psychiatrischer Klassifikation zu stärken und die Entdeckung von Biomarkern entscheidend zu vereinfachen. Darüber hinaus ermöglichen Kooperationen mit anderen Konsortien die Ergebnisse in großen Stichproben unabhängig zu überprüfen, sodass daraus maximaler Nutzen für das gesamte Forschungsfeld erzielt wird. Das Teilprojekt 6 wird zudem skalierbare Analyseinstrumente bereitstellen, vor allem im Bereich des maschinellen Lernens und der multivariaten Statistik, die in allen anderen Teilprojekten benötigt werden.

Projektleiter

PD Dr. Tim Hahn

PD Dr. Tim Hahn

Prof. Dr. Bertram Müller-Myhsok

Prof. Dr. Bertram Müller-Myhsok

Prof. Dr. Astrid Dempfle

Prof. Dr. Astrid Dempfle

Prof. Dr. Andreas Jansen

Prof. Dr. Andreas Jansen

Mitarbeiter

Dr. rer. med. Miriam Bopp, Postdoktorandin

Dr. rer. med. Miriam Bopp, Postdoktorandin

Dr. rer. nat. Thomas Möbius, Postdoktorand

Dr. rer. nat. Thomas Möbius, Postdoktorand

Dr. rer. medic. Olaf Steinsträter

Dr. rer. medic. Olaf Steinsträter

Roman Keßler, M.Sc.

Roman Keßler, M.Sc.

Christoph Vogelbacher, M.Sc.

Christoph Vogelbacher, M.Sc.

Verena Schuster, M.Sc.

Verena Schuster, M.Sc.