Deutsch

Die bildgebende Technik 3D-PLI, basierend auf polarisierten Licht, hat neue Wege zur Untersuchung der komplexen Nervenfaserarchitektur des menschlichen Gehirns im sub-Milimeter Bereich geebnet. Diese Technik ist unter Nutzung der doppelbrechenden Eigenschaften der Nervenfaserbahnen auf histologische Schnitte von postmortem Gehirnen anwendbar. Die doppelbrechenden Eigenschaften werden durch die regelmässige Anordnung von Lipiden und Proteinen in den faserumgebenden Myelinscheiden hervorgerufen. Mit Hilfe von 3D-PLI können die anatomischen Nervenfaserverbindungen durch einen Direktionswinkel in der Schnittebene und einem Steigungswinkel, der aus der Ebene herauszeigt, beschrieben werden. Bis heute ist 3D - PLI die einzige Methode, die den Brückenschlag zwischen der mikroskopischen und makroskopischen Beschreibung der Faserarchitektur des menschlichen Gehirns ermöglicht. In dieser Arbeit wird die Möglichkeit einer Multiskalenanalyse von einzelnen und gebündelten Nervenfasern mit Hilfe von 3D PLI etabliert. Die verwendeten polarimetrischen Aufbauten werden charakterisiert, optimiert und der Ein uss der Systemeigenschaften auf die gemessenen Signale untersucht. Die Kompensation dieser Einflü sse ermöglicht die Realisierung einer Multiskalenanalyse der Nervenfaserarchitektur. Ferner wird ein Zusammenhang zwischen dem Myelingehalt und dem Transmittanzsignal untersucht und die Standardanalyse um diesen erweitert. Dies ermöglicht eine simultane Detektion von Nervenfasern in der weißen und grauen Substanz. Die vorgestellten Korrekturen der Signalinterpretation werden beurteilt und mit den Ergebnissen, die man mit der aktuellen Standardanalyse erhält verglichen.

English

The neuroimaging technique 3D-polarized light imaging (3D-PLI) has opened up new avenues to study the complex nerve fiber architecture of the human brain at sub-millimeter spatial resolution. This polarimetry technique is applicable to histological sections of postmortem brains utilizing the birefringence of nerve fibers caused by the regular arrangement of lipids and proteins in the myelin sheaths surrounding axons. 3D-PLI provides a threedimensional description of the anatomical wiring scheme defined by the insection direction angle and the out-of-section inclination angle. To date, 3D-PLI is the only available method that allows bridging the microscopic and the macroscopic description of the fiber architecture of the human brain. In this thesis the possibility of a multiscale analysis of the architecture of single and bundles nerve fibers with 3D-PLI is established. The employed polarimetric setups are characterized and optimized, enabling further developments of the analysis of the data obtained with the setups. The in uence of the system properties regarding the measured signals are compensated, realizing a multiscale analysis of the nerve fiber architecture. Further, a method to enable the tracing of fibers from the main fiber bundle to their terminal layer in the gray matter is provided. The introduced corrections of the signal interpretation are evaluated and compared to the results obtained with the standard analysis.