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Lexikon der Neurowissenschaft

funktionelle Kernspinresonanztomographie

funktionelle Kernspinresonanztomographie, funktionelle Kernspinresonanzspektroskopie, funktionelle Magnetresonanztomographie (Abk. fMRT), E functional nuclear magnetic resonance (Abk. fNMR), functional magnetic resonance imaging (Abk. fMRI), die Messung von cerebraler Aktivierung mit Hilfe der Kernspinresonanztomographie. Es wird dabei die neuronale Aktivierung (z.B. im visuellen Cortex nach optischer Stimulation) nicht direkt erfaßt, sondern die in ihrer Folge auftretenden Änderungen der Durchblutung ( siehe Abb. 1 und Abb. 2 ). Zunächst wurde mit einer Bolusapplikation von Kontrastmitteln gearbeitet. Derzeitige Verfahren nutzen die aktivitätsabhängige Verschiebung des Gleichgewichtes zwischen oxygeniertem und nicht oxygeniertem Hämoglobin (den sogenannten BOLD-Kontrast; BOLD-MRI). Zur Registrierung des BOLD-Kontrastes wird meist das Echo-Planar-Imaging verwandt, das die Aufnahme von 30 Schichten in nur 1-3 Sekunden zuläßt und somit an die Zeitskala der Blutflußantwort angepaßt ist. Andere Verfahren zur funktionellen Kernspintomographie arbeiten mit dem Spin-Tagging (z.B. EPISTAR), bei denen in einer Markierungsschicht die Kernspins invertiert werden, die in der Beobachtungsschicht dann an die Umgebung abgegeben werden, was sich einer meßbaren, durchströmungsabhängigen Signalantwort äußert. Die Reizdarbietung wird häufig blockweise (z.B. 20 Sekunden Stimulation, 20 Sekunden Kontrolle usw.) durchgeführt, was zu experimentellen Einschränkungen in der Kognitiven Neurowissenschaft führt. Mittlerweile stehen auch Verfahren für event-related MRI zur Verfügung. – Bis vor kurzem war die räumliche Genauigkeit der fMRI auf etwa 1-3 mm beschränkt. Neuere Entwicklungen konnten die Auflösung unter Verwendung optischer Bildgebung verbessern, so daß nun auch die knapp 0,5 mm großen corticalen Säulen dargestellt werden können.



funktionelle Kernspinresonanztomographie

Abb. 1: Die funktionelle Kernspinresonanztomographie hat den Vorteil, daß nicht-invasiv bei einer guten Ortsauflösung und genügender zeitlicher Auflösung Veränderungen der lokalen Hirndurchblutung sichtbar gemacht werden können. Im Experiment kann mit Hilfe von kurzen visuellen Reizen die T2*-Signaländerung (T2-Wichtung) in Abhängigkeit vom zeitlichen Verlauf des Stimulationsparadigmas untersucht werden, so daß man ein Maß für die zeitliche Aktivierung des Cortex erhält. Abb. 1a (axiales T2*-Bild durch den visuellen Cortex; die Kreuzfäden kennzeichnen den ausgewerteten Cortexbereich) zeigt, daß nur bestimmte Bereiche des Cortex mit dem Reizverlauf des Stimulationsparadigmas korrelieren. Abb. 1b (Zeitverlauf des BOLD-Signals) zeigt, daß die Veränderung des BOLD-Signals ein relativ langsamer Prozeß mit einer Zeitkonstante von mehreren Sekunden ist.



funktionelle Kernspinresonanztomographie

Abb. 2: Die funktionelle Kernspinresonanztomographie ist geeignet, retinale Projektionen auf den visuellen Cortex (Retinotopie) abzubilden. Um die retinale Zuordnung lokaler visueller Reizung abzubilden, kann im Experiment ein Halbkreis oder ein V-Ausschnitt eines kreisförmigen Schachbrettmusters langsam gedreht werden (Abb. 2a; Methode der Phasencodierung). Die retinotopische Zuordnung kann bei der Aktivierung der entsprechenden Cortexareale gewonnen werden. Zu einem bestimmten Zeitpunkt (Phase) werden diejenigen corticalen Neurone aktiviert, deren rezeptive Felder sich z.B. im linken oberen Quadranten des Gesichtsfeldes befinden. Liegen die rezeptiven Felder der corticalen Neurone im rechten unteren Quadranten, erfolgt deren Stimulation zu einem anderen Zeitpunkt (z.B. in Gegenphase). Auf diese Weise wird die Abbildung des Gesichtsfeldes auf die Cortexoberfläche sichtbar. Analog kann in einem anderen Experiment die corticale Aktivierung der Exzentrizität von foveal bis peripher abgebildet werden. Dabei wird ein sich radial ausbreitendes, flackerendes Schachbrettmuster verwendet (Abb. 2b; Methode der Exzentrizitätscodierung)

  • Die Autoren
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Dr. Hartwig Hanser, Waldkirch (Projektleitung)
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