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Functionele MRI
fMRT-Daten

Funktionelles MRT (abgekürzt: fMRT, Niederländisch: funktionelle Nukleartomographie) ist etwas Besonderes MRTTechnik, die in der Moderne verwendet wird Gehirnforschung wo die Tätigkeit der Gehirn durch ein Computer wird in einem dreidimensionalen Bild sichtbar gemacht. fMRT basiert wie die strukturelle MRT-Technik auf dem Prinzip der Kernspinresonanz. Erhöhte Aktivität in einem bestimmten Bereich des Gehirns (zum Beispiel in den motorischen Bereichen beim Bewegen eines Arms oder Beins oder in den visuellen Bereichen bei der Suche nach Mustern; siehe Abbildung) ist mit einer erhöhten Durchblutung dieser Bereiche verbunden. In den roten Blutkörperchen in den Blutgefäßen des Gehirns kommt es zu einer Veränderung der Hämoglobin. Hämoglobin hat die Eigenschaft, Sauerstoff aufzunehmen. Eine Abnahme des Sauerstoffgehalts von Hämoglobin wird von einer Änderung der magnetischen Eigenschaften des Hämoglobins begleitet, die dann von den fMRI-Detektoren erfasst werden. Diese Detektoren messen tatsächlich das Verhältnis zwischen dem sauerstoffreichen und dem sauerstoffarmen Hämoglobin. Dieses Verhältnis wird auch als BOLD-Effekt (= Blood Oxygenation Level Dependent) bezeichnet. Diese Methode wurde erstmals 1990 von Seiji Ogawa im AT&T Bell-Labor.[1]

Der große Vorteil dieser Technik besteht darin, dass ein Bild des Gehirns im aktiven Zustand nicht-invasiv, d. h. mit relativ geringen Beschwerden für den Patienten oder Probanden, gewonnen wird. Das ist wichtig für wissenschaftliche Forscher, die herausfinden wollen, welche Hirnareale an komplexen Aufgaben beteiligt sind. Diese Aufgaben können sich auf Wahrnehmung, Motorik, aber auch auf höhere kognitiv Funktionen wie sie Erinnerung, das Sprache und der Bewusstsein.

Neue Entwicklungen

Mitanmeldung

Eine spätere Entwicklung ist die gleichzeitige Registrierung der EEG und fMRT,[2] mit dem man sowohl die elektrische Aktivität als auch den Blutfluss von Hirnarealen während der Ausführung einer kognitiven Aufgabe bestimmen kann.

Große Netzwerke

Eine weitere Entwicklung ist die RS-fMRT (Ruhezustand fMRT), wo die Aktivität des Gehirns in Ruhe gemessen wird. Im Ruhezustand zeigen Bereiche des Gehirns kohärente spontane neurale Aktivität (<0,1 Hz), die auf funktionelle Verbindungen zwischen diesen Bereichen hinweisen können. Die RS-fMRT ist daher von besonderem Interesse, um den diffusen Zustand des Gehirns ohne aufgabenorientierte Aktivität zu messen. Solche Forschungen haben beispielsweise gezeigt, dass das Gehirn auch im Ruhezustand viel Energie verbraucht. Der amerikanische Hirnforscher Marcus Raichlea sprach von a Standardnetzwerk („Fallback-Netzwerk“): ein Netzwerk im Gehirn, das eigentlich immer aktiv ist, und möglicherweise unser Tagträumen und bestimmte Aspekte von uns Selbstbewusstsein spiegelt.[3][4] Dieses Netzwerk kann auch benötigt werden, um funktionelle Verbindungen in Gehirnnetzwerken aufrechtzuerhalten. RS-fRMI wird außerdem zur Überwachung der Gehirnaktivität in Zuständen von Stress, Sorge und Depression, oder Auswirkungen von Psychopharmaka messen.[5][6] Neben dem Standardnetzwerk wurden nun auch andere großräumige Netzwerke im Gehirn durch die Analyse von fMRT-Messungen kartiert, wie z Salienz-Netzwerk („Auffälligkeitsnetz“) und a zentrales Führungskräftenetzwerk die hauptsächlich an aktiven kognitiven Prozessen beteiligt ist, wie z Beachtung und Arbeitsspeicher.[7][8] Zwischen diesen Netzwerken kann eine Form der Interaktion bestehen, so dass beispielsweise das Salienznetzwerk das Default-Netzwerk hemmen kann, wenn das Gehirn durch äußere Reize oder durch bestimmte Aufgabenerfüllung aktiviert wird.[9]

Funktionale Verbindung

Durch die Betrachtung der Kohärenz oder Korrelation zwischen Aktivitätsmustern verschiedener Bereiche im Gehirn können wir uns auch ein Bild von der funktionellen Konnektivität machen: wie oder inwieweit die Bereiche zusammenarbeiten. Die konsistenten Muster der langsamen synchronen fMRT-Aktivität von Hirnregionen werden auch als funktionell bezeichnet Konnektivität. Ziel dieser Forschung ist es herauszufinden, inwieweit Individuen auch durch ein „funktionelles Konnektom“ gekennzeichnet sind: ihre eigenen spezifischen Karten funktioneller neuronaler Aktivität, die als Phänotypen kann für molekulargenetische Studien funktionieren und Biomarker Entwicklung und pathologische Prozesse im Gehirn.[10]

Kommunikation mit vegetativen Patienten

Im Jahr 2012 gelang es kanadischen Forschern, mit einem Patienten zu kommunizieren, der fMRI . verwendet Wachkoma falsch, indem er ihn durch bestimmte Denkmuster Ja-Nein-Fragen beantworten lässt.[11]

Siehe auch