Sein wissenschaftliches Interesse gilt der MRT-Bildgebung des menschlichen Gehirns sowie der strukturellen, morphometrischen Analyse von dessen Veränderungen über die Zeit.
Solche Veränderungen können durch verschiedenste Faktoren wie Alterungs- oder Entwicklungsprozesse, Lernen, pharmakologische Beeinflussung oder vielfältige neurologische Erkrankungen ausgelöst und unterhalten werden.
Erkrankungen wie Schlaganfall, Hirntumore, Multiple Sklerose, neurodegenerative Erkrankungen wie Morbus Parkinson oder Demenzen, entzündliche Prozesse und andere können auf diese Weise besser verstanden und in der Zukunft möglicherweise effektiver therapiert werden.
Darüber hinaus ist seit einiger Zeit bekannt, dass das Gehirn auch deutlich mehr Plastizität zeigt, als zuvor vermutet, so dass durch Training und Lernen – ähnlich wie bei Muskeln – Veränderungen der Form und des Volumens induziert werden können.
Durch die Anwendung von Voxel-Guided Morphometry (VGM) versucht Matthias, dazu beizutragen, die Strukturänderung des Gehirns zwischen verschiedenen Gruppen durch statistische Vergleiche sowie individuell für den einzelnen Probanden oder Patienten zu analysieren, bildlich darzustellen und zu quantifizieren.
Dies soll zu einem vertieften Verständnis des menschlichen Gehirns bei Gesunden und erkrankten Menschen beitragen.