Funktionelle Magnetresonanztomographie erläutert

Die Magnetresonanztomographie (MRI) hat es den Ärzten ermöglicht, sehr gute Bilder der Gehirnstrukturen zu erhalten. Eine neuere Technik, die als funktionelle MRI bezeichnet wird, kann durch indirekte Messung der Gehirnaktivität noch weiter gehen. Während die Technik die meiste Zeit nur in Forschungsstudien verwendet wird, wird sie im klinischen Umfeld immer häufiger.

Wahrscheinlich sind Sie irgendwann auf Bilder gestoßen, die mit funktioneller MRI erstellt wurden Sie zeigen ein Gehirn mit farbigen Bereichen, die Bereiche des Gehirns darstellen, die mit bestimmten Funktionen wie Sprache oder Bewegung verbunden sind. Diese Studien sind sehr beliebt: Hunderte von wissenschaftlichen Artikeln, die diese Technologie verwenden, werden jeden Monat veröffentlicht, von denen viele auch in der Laienpresse erwähnt werden. Aber wie entstehen diese Bilder und was stellen sie eigentlich dar?

Wie funktioniert die funktionelle MRI?

Bei der funktionellen MRI wird ein spezielles Signal verwendet, das als Blutsauerstoffkonzentration (BOLD) bezeichnet wird. Das durch das Gehirn fließende Blut transportiert Sauerstoff auf Hämoglobin-Molekülen. Hämoglobinmoleküle tragen auch Eisen und haben daher ein magnetisches Signal. Es zeigt sich, dass Hämoglobinmoleküle andere magnetische Eigenschaften haben, wenn sie an Sauerstoff gebunden sind, als wenn sie keinen Sauerstoff transportieren, und dieser kleine Unterschied kann mit einem MRI-Gerät nachgewiesen werden.

Wenn ein Bereich des Gehirns aktiver ist, verbraucht es anfangs viel Sauerstoff im Blut. Kurz darauf erweitert das Gehirn die lokalen Blutgefäße, um die Sauerstoffversorgung wiederherzustellen. Das Gehirn kann diese Aufgabe sogar etwas zu gut erledigen, so dass mehr sauerstoffreiches Blut in den Bereich gelangt als ursprünglich verwendet wurde. Das MRI-Gerät kann die Signaldifferenz erkennen, die sich aus dieser Erhöhung des Blutsauerstoffs ergibt.

Funktionelle MRI-Studien betrachten also nicht direkt die neuronale Aktivität, sondern sie untersuchen, wie sich der Sauerstoffgehalt im Blut verändert, und korrelieren diese Aktivität mit dem Abfeuern der Nerven. Studien haben gezeigt, dass diese Annahme normalerweise richtig ist, obwohl Krankheiten wie vaskuläre Malformationen, Tumore und sogar das normale Altern die Beziehung zwischen neuronaler Aktivität und dem lokalen Blutfluss, der zum BOLD-Signal führt, verändern können.

Wie können Ärzte die funktionelle MRT nutzen?

Da es sich um eine relativ neuere Technologie handelt und da andere Techniken ähnliche Fragen beantworten können wie fMRI, wird fMRI normalerweise nicht in klinischen oder Krankenhausumgebungen eingesetzt. Es kann jedoch zur Planung wichtiger Gehirnoperationen verwendet werden. Wenn zum Beispiel ein Neurochirurg einen Gehirntumor entfernen möchte, der sich in der Nähe der Sprachzentren des Gehirns befindet, kann er eine fMRI-Studie anordnen, um zu zeigen, welche Bereiche des Gehirns genau mit der Sprache zu tun haben. Dies hilft dem Neurochirurgen dabei, diese Bereiche während der Operation nicht zu beschädigen. Die häufigste Verwendung von fMRI ist jedoch die medizinische Forschung.

Welche Arten von Forschung werden mit fMRI durchgeführt?

Es gibt zwei hauptsächliche Möglichkeiten, die Gehirnfunktion mit fMRI zu visualisieren. Eine Methode konzentriert sich darauf, bestimmte Bereiche des Gehirns zu finden, die auf eine Aufgabe oder einen Stimulus reagieren. Beispielsweise kann der Person im MRI-Scanner an einigen Stellen ein blinkendes Schachbrett und zu anderen Zeiten ein leerer Bildschirm angezeigt werden. Sie werden möglicherweise aufgefordert, einen Knopf zu drücken, wenn sie das blinkende Schachbrett sehen. Das Signal während der Aufgabe wird dann mit dem Signal verglichen, wenn die Aufgabe nicht ausgeführt wird. Das Ergebnis ist eine Art Bild davon, welche Gehirnregionen daran beteiligt waren, ein blinkendes Schachbrett zu sehen und dann eine Taste zu drücken.

Die andere Art, wie fMRI verwendet werden kann, ist die Bewertung neuronaler Netzwerke. Dazu müssen Sie herausfinden, welche Bereiche des Gehirns miteinander sprechen. Wenn ein Bereich des Gehirns normalerweise gleichzeitig aufleuchtet, sind diese beiden Bereiche des Gehirns möglicherweise miteinander verbunden. Es ist möglicherweise keine Aufgabe erforderlich, um diese Art von Studie durchzuführen. Aus diesem Grund werden diese Studien manchmal als funktionelle Magnetresonanztomographie im Ruhezustand bezeichnet.

Die Informationen, die aus funktionalen MRI-Studien stammen, sind sehr kompliziert und erfordern statistische Analysen, um aussagekräftig zu sein. Dies führte zunächst dazu, dass viele Menschen den Ergebnissen funktionaler MRI-Studien misstrauten, da es viele mögliche Fehlerquellen bei der Analyse zu geben schien. Da sowohl die Forscher als auch die Gutachter mit der neuen Technologie vertraut sind, werden die Ergebnisse sowohl vertrauenswürdiger als auch vertrauenswürdiger.

Was hält die Zukunft für eine funktionelle MRI bereit?

Funktionelle MRI-Studien haben bereits viele verschiedene Dinge über das Gehirn gezeigt und zusätzlich bestätigt, was wir bereits über neuronale Pfade und Lokalisation wissen. Es ist schwer zu sagen, ob die fMRI in einer klinischen Umgebung jemals gebräuchlich ist, doch allein aufgrund ihrer Beliebtheit und Wirksamkeit als Forschungsinstrument ist es für Ärzte und Laien wichtig, ein grundlegendes Verständnis für die Funktionsweise dieses Instruments zu haben.