Die funktionelle MRT ist ein Diagnoseverfahren, dass durch seine kontrastreiche nichtinvasive Bildgebung sowohl in der klinischen als auch in der präklinischen Forschung angewendet wird. Es stellt die regionale vaskuläre Reaktion auf eine lokale neuronale Aktivität dar, die in der Veränderung der Oxygenierung des Blutes und des Blutflusses besteht und über mehrere Sekunden dauert. Durch gehirnweite Detektion dieser vaskulären Änderungen lassen sich Rückschlüsse auf die regionale neuronale Aktivität und damit auf die Aktivität zerebraler Netzwerke ziehen.
Unsere methodischen Entwicklungen zielen hauptsächlich auf die Verbesserung von zwei Grundproblemen der fMRT ab. 
Einerseits muss in der fMRT die zeitliche Auflösung verbessert werden, um die Interaktionen zwischen verschiedenen Gehirnregionen in identifizierten Netzwerken darzustellen. Dies gelingt durch den Einsatz der “Line-Scanning”-Methode, in der die langsame gehirnweite Darstellung durch gezielte schnelle Abtastung interessanter Gehirnregionen ersetzt wird. Kombiniert mit der dadurch möglichen genauen Identifizierung des Beginns der regionalen vaskulären Reaktion auf eine neuronale Aktivierung (Cleppien 2022) ermöglicht dies die Darstellung des zeitlichen Ablaufs der Interaktionen zwischen verschiedenen Gehirnregionen.
Das zweite von uns adressierte Grundproblem der fMRT betrifft den kausalen Zusammenhang zwischen dem gemessenen Signal der vaskulären Antwort und der zugrundeliegenden neuronalen Aktivität von Interesse. So kann die neuronale Aktivität von Interesse von anderen neuronalen Aktivitäten überlagert werden und die vaskuläre Antwort beeinflussen. Für die eindeutige Identifizierung der vaskulären Antwort im gemessenen fMRI-Signal auf die neuronale Aktivität von Interesse verwenden wir in der präklinischen Diagnostik den bimodalen Ansatz der schnellen fMRT mit gleichzeitiger optikfaserbasierter Ableitung der lokalen intrazellulären Kalzium-Konzentrationsänderungen in einer Zellregion, da die Kalzium-Konzentration sich messbar während neuronaler Aktivität verändert. Durch die Integration der neuronalen Aktivierung, die im Kalzium-Signal identifiziert wurde, in den Prozess der fMRT-Analyse wird gezielt nur die vaskuläre Antwort auf das neurale Signal von Interesse betrachtet (Cleppien 2022). Dadurch wird die Darstellung der gehirnweiten Signatur der lokalen neuronalen Aktivität von Interesse mit Hilfe der fMRT möglich.
Dieser bimodale Diagnoseansatz wurde auf langsame Oszillationen im Gehirn angewendet. Diese neuronale Aktivität tritt während des Tiefschlafes auf und breitet sich von einem Ausgangspunkt als eine Welle neuronaler Aktivität über den Kortex aus. Mit Hilfe dieser bimodalen Diagnosemethode ist es nun möglich, auch die Ausbreitung der vaskulären Antwort auf diese neuronale Aktivität darzustellen (Cleppien 2025), wie in Abbildung 1 schematisch dargestellt.
 

Der Übertrag des bimodalen Messansatzes auf die Diagnostik am Menschen erfolgt durch die Kombination der fMRT mit EEG-Ableitungen, mit denen zwar neuronale Aktivität abgeleitet werden kann, allerdings mit einer deutlich geringeren örtlichen Auflösung (Ilhan-Bayrakcı 2022). In der Diagnostik der langsamen Oszillationen erlaubt dieser bimodale Ansatz nun die Darstellung unterschiedlicher fMRT-Anregungsmuster im menschlichen Gehin abhängig von den verschiedenen Arten langsamer Oszillationen (Ilhan-Bayrakcı 2026). Die Anregungsmuster ermöglichen nun als neurophysiologische Marker Rückschlüsse auf die zugrundeliegende Integrität der neuronalen Netzwerke.