Funktionsweise der funktionellen Magnetresonanztomographie

Die Magnetresonanztomographie (MRT) hat Ärzten die Möglichkeit gegeben, sehr gute Bilder der Gehirnstrukturen zu erhalten. Eine neuere Technik, die als funktionelle MRT bekannt ist, kann noch weiter gehen, indem auch indirekt die Gehirnaktivität gemessen wird. Während die Technik die meiste Zeit nur in Forschungsstudien verwendet wird, wird sie im klinischen Umfeld immer häufiger.

Sie werden wahrscheinlich irgendwann auf Bilder stoßen, die mit der funktionellen MRT 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: Jeden Monat werden Hunderte von wissenschaftlichen Artikeln veröffentlicht, die diese Technologie verwenden, von denen viele auch in der Laienpresse erwähnt werden. Aber wie entstehen diese Bilder und was repräsentieren sie tatsächlich?

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Wie funktionelle MRT funktioniert

Die funktionelle MRT verwendet ein spezielles Signal, das als blutsauerstoffspiegelabhängiger (BOLD) Kontrast bezeichnet wird. Blut, das durch das Gehirn fließt, transportiert Sauerstoff auf Molekülen, die Hämoglobin genannt werden. Hämoglobinmoleküle tragen auch Eisen und haben daher ein magnetisches Signal. Es stellt sich heraus, dass Hämoglobinmoleküle andere magnetische Eigenschaften haben, wenn sie an Sauerstoff gebunden sind, als wenn sie keinen Sauerstoff tragen, und dieser kleine Unterschied kann mit einem MRT-Gerät festgestellt werden.

Wenn ein Bereich des Gehirns aktiver ist, verbraucht es zunächst 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 sauerstoffhaltiges Blut in den Bereich gelangt als ursprünglich verwendet. Das MRT-Gerät kann den Signalunterschied erkennen, der sich aus diesem Anstieg des Blutsauerstoffs ergibt.

Funktionelle MRT-Studien befassen sich also nicht direkt mit der neuronalen Aktivität, sondern mit der Veränderung der Blutsauerstoffwerte und der Korrelation dieser Aktivität mit dem Nervenbrand. Studien haben gezeigt, dass diese Annahme normalerweise richtig ist, obwohl Krankheiten wie Gefäßfehlbildungen, Tumore und sogar normales Altern die Beziehung zwischen neuronaler Aktivität und dem lokalen Blutfluss verändern können, der zu einem BOLD-Signal führt.

Wie Ärzte die funktionelle MRT verwenden

Da es sich um eine relativ neuere Technologie handelt und andere Techniken ähnliche Fragen beantworten können wie fMRT, wird fMRT in klinischen oder Krankenhausumgebungen nicht häufig verwendet. Es kann jedoch verwendet werden, um wichtige Gehirnoperationen zu planen. Wenn ein Neurochirurg beispielsweise einen Gehirntumor entfernen möchte, der sich in der Nähe der Sprachzentren des Gehirns befindet, kann er eine fMRI-Studie bestellen, um genau zu zeigen, welche Bereiche des Gehirns an der Sprache beteiligt sind. Dies hilft dem Neurochirurgen, diese Regionen während der Operation nicht zu beschädigen. Die häufigste Verwendung von fMRT ist jedoch die medizinische Forschung.

Arten der Forschung mit fMRI durchgeführt

Es gibt zwei Möglichkeiten, fMRI zur Visualisierung der Gehirnfunktion zu verwenden. Eine Methode konzentriert sich darauf, bestimmte Bereiche des Gehirns zu finden, die auf eine Aufgabe oder einen Reiz reagieren. Beispielsweise kann der Person im MRT-Scanner an einigen Stellen ein blinkendes Schachbrett und an anderen Stellen 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 erledigt ist, und das Ergebnis ist eine Art Bild davon, welche Gehirnregionen daran beteiligt waren, ein blinkendes Schachbrett zu sehen und dann einen Knopf zu drücken.

Die andere Möglichkeit, fMRI zu verwenden, besteht darin, neuronale Netze zu bewerten. Dies beinhaltet herauszufinden, welche Bereiche des Gehirns miteinander sprechen. Wenn ein Bereich des Gehirns normalerweise gleichzeitig mit einem anderen aufleuchtet, können diese beiden Bereiche des Gehirns miteinander verbunden sein. Möglicherweise ist nicht einmal eine Aufgabe erforderlich, um diese Art von Studium durchzuführen. Aus diesem Grund werden diese Studien manchmal als funktionelle Magnetresonanztomographie im Ruhezustand bezeichnet.

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

Was die Zukunft bringt

Funktionelle MRT-Studien haben bereits viele verschiedene Dinge über das Gehirn gezeigt und bestätigt, was wir bereits über Nervenbahnen und Lokalisation wussten. Während es schwierig ist zu sagen, ob fMRT jemals in einem klinischen Umfeld eingesetzt werden wird, ist es allein aufgrund seiner Popularität und Wirksamkeit als Forschungsinstrument sowohl für Ärzte als auch für Laien wichtig, ein grundlegendes Verständnis der Funktionsweise dieses Tools zu haben.