Neues bildgebendes Verfahren in der Hirnforschung

13.01.2017

Der Tübinger Physiker Professor Klaus Scheffler will mit Förderung der Deutschen Forschungsgemeinschaft die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) so verbessern, dass mit ihr detaillierte Aussagen über Hirn- und Nervenaktivität möglich sind.

Bild: MRT-Bild eines Gehirns; Copyright: Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik

Aktivierung des visuellen Kortex durch Präsentation eines wechselnden Schachbrettmusters im Menschen gemessen bei 9.4T.; ©Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik

Scheffler ist am Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik sowie am Werner Reichardt Centrum für integrative Neurowissenschaften der Universität tätig. Die DFG fördert das Vorhaben im Rahmen ihrer Koselleck-Projekte in den kommenden fünf Jahren mit insgesamt 1,2 Millionen Euro.

"Die Signalverarbeitung im Gehirn kann heute mit den verschiedensten Methoden gemessen werden", erklärt Scheffler. Die so genannte Elektrophysiologie etwa erlaubt eine sehr detaillierte Darstellung lokaler Ereignisse, denn Nervenzellen im Gehirn kommunizieren untereinander mittels elektrischer Signale. Um diese Aktivität messen zu können, wird eine haarfeine Mikroelektrode in der Hirnrinde platziert. So kann das Signal einer geringen Anzahl oder sogar nur einer einzelnen Nervenzelle beobachtet werden. Die Elektrophysiologie wird in der Neurowissenschaft häufig im Tierversuch eingesetzt, aber auch in der Medizin, beispielsweise bei Gehirnoperationen.

Die Magnetresonanztomographie ist demgegenüber ein nicht invasives Verfahren mit einer sehr hohen räumlichen Auflösung im Millimeter-Bereich und der Möglichkeit, das gesamte Gehirn im Menschen oder Tier zu erfassen. Die Magnetresonanz wird oft als ein alternatives Verfahren zu invasiven Methoden dargestellt, allerdings kann sie im Gegensatz zu elektrophysiologischen Ableitungen neuronale Aktivität bislang nicht direkt messen. Man behilft sich in der Forschung daher mit einem methodischen Umweg: Die Magnetresonanztomographie kann im Gehirn lokale Veränderungen des Sauerstoffgehalts im Blut sichtbar machen, was wiederum durch die Aktivität der Nerven beeinflusst wird.

"Diese sogenannte neurovaskuläre Kopplung ist derzeit noch nicht vollständig verstanden", sagt Scheffler: "Ein Rückschluss auf die zugrundeliegende neuronale Aktivität des Gehirns aufgrund funktioneller MRT-Daten ist daher sehr schwierig wenn nicht unmöglich." Das neu bewilligte Koselleck- Projekt hat daher zum Ziel, die Beziehungen zwischen vaskulären und neuronalen Signalen besser zu verstehen. In diesem Projekt werden neuartige Magnetresonanz-Methoden untersucht mit dem Ziel, detailliertere Informationen über die zugrundeliegenden neuronalen Aktivitäten zu erlangen. Dazu ist es wichtig, die genaue Anatomie des neuronalen Gefäßsystems zu kennen, welches durch tierexperimentelle Ansätze mit hochauflösendem MicroCT gemessen wird. Insgesamt will das bewilligte Koselleck-Projekt also dazu beitragen, ein genaueres Bild der neuronalen Interaktionen des gesamten Gehirns als System zu erlangen.

 COMPAMED.de; Quelle: Eberhard Karls Universität Tübingen

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