So funktioniert die funktionelle Magnetresonanztomographie

Die Magnetresonanztomographie (MRT) hat Ärzten die Möglichkeit gegeben, sehr gute Bilder von den Strukturen des Gehirns zu erhalten. Eine neuere Technik, die als funktionelle MRT bekannt ist, kann noch weiter gehen, indem sie auch die Gehirnaktivität indirekt misst. 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 MRT erstellt wurden. Sie zeigen ein Gehirn mit farbigen Bereichen, die Bereiche des Gehirns darstellen, die mit einer Funktion wie Sprache oder Bewegung verbunden sind. Diese Studien erfreuen sich großer Beliebtheit: Jeden Monat werden Hunderte von wissenschaftlichen Artikeln mit dieser Technologie veröffentlicht, von denen viele auch in der Laienpresse erwähnt werden. Aber wie entstehen diese Bilder und was stellen sie eigentlich dar?

So funktioniert die funktionelle MRT

Die funktionelle MRT verwendet ein spezielles Signal, das als Blutsauerstoffspiegel-abhängiger (BOLD) Kontrast bezeichnet wird. Blut, das durch das Gehirn fließt, transportiert Sauerstoff über Moleküle, 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 nachgewiesen werden.

Wenn ein Bereich des Gehirns aktiver ist, verbraucht er zunächst viel Sauerstoff im Blut. Kurz darauf erweitert das Gehirn lokale Blutgefäße, um die Sauerstoffversorgung wiederherzustellen. Das Gehirn kann diese Aufgabe sogar ein wenig zu gut erledigen, sodass mehr sauerstoffreiches Blut in den Bereich gelangt als ursprünglich verwendet wurde. Das MRT-Gerät kann den Signalunterschied erkennen, der aus dieser Erhöhung des Blutsauerstoffs resultiert.

Funktionelle MRT-Studien untersuchen also nicht direkt die neuronale Aktivität, sondern untersuchen, wie sich der Sauerstoffgehalt im Blut ändert, und korrelieren diese Aktivität mit dem Nervenfeuer. Studien haben gezeigt, dass diese Annahme normalerweise richtig ist, obwohl Krankheiten wie Gefäßfehlbildungen, Tumore und sogar normales Altern die Beziehung zwischen neuraler Aktivität und dem lokalen Blutfluss verändern können, die zu einem BOLD-Signal führt.

Wie Ärzte funktionelle MRT verwenden

Da es sich um eine relativ neuere Technologie handelt und andere Techniken ähnliche Fragen wie die fMRT beantworten können, wird die fMRT in klinischen oder Krankenhausumgebungen nicht häufig verwendet. Es kann jedoch verwendet werden, um wichtige Operationen am Gehirn zu planen. Wenn ein Neurochirurg beispielsweise einen Hirntumor entfernen möchte, der sich in der Nähe der Sprachzentren des Gehirns befindet, kann er eine fMRT-Studie anordnen, 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. Am häufigsten wird die fMRT jedoch in der medizinischen Forschung eingesetzt.

Forschungsarten mit fMRI

Es gibt zwei Möglichkeiten, fMRT 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 manchen Stellen ein blinkendes Schachbrett angezeigt werden und manchmal ein leerer Bildschirm. 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 wird, 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, die fMRT zu verwenden, besteht darin, neuronale Netze zu evaluieren. Dabei geht es darum, herauszufinden, welche Bereiche des Gehirns miteinander kommunizieren. Wenn normalerweise ein Gehirnbereich gleichzeitig mit einem anderen aufleuchtet, können diese beiden Gehirnbereiche verbunden sein. Für diese Art von Studium ist möglicherweise nicht einmal eine Aufgabe erforderlich. 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 bei der Analyse zu geben schien. Da jedoch sowohl Forscher als auch Gutachter mit der neuen Technologie vertrauter 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 zusätzlich bestätigt, was wir über Nervenbahnen und Lokalisation bereits wussten. Obwohl es schwer zu sagen ist, ob fMRT jemals in einem klinischen Umfeld eingesetzt werden wird, ist es allein aufgrund seiner Popularität und Wirksamkeit als Forschungsinstrument wichtig, sowohl für Ärzte als auch für Laien ein grundlegendes Verständnis der Funktionsweise dieses Instruments zu haben.