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News: Die Wege der Gedanken

Dem menschlichen Gehirn bei der Arbeit zuschauen - moderne bildgebende Verfahren machen seit einigen Jahren möglich, was früher undenkbar erschien. Zuerst zeigten uns Tomographen, welche Hirnzentren bei bestimmten Aufgaben aktiv sind, und jetzt können Wissenschaftler auch messen, wo die verbindenden Nervenfasern zwischen diesen Regionen verlaufen. Mit einer besonders raffinierten Form der Magnetresonanztomographie verfolgen sie die zufälligen Bewegungen des Wassers im Gehirn und ermitteln so die Lage der Nervenbahnen.
Drei Jahre arbeitete ein neunköpfiges Team von Physikern, Computerwissenschaftlern, Neurologen, Radiologen und Anatomen an einer hochempfindlichen Version der Magnetresonanztomographie (MRT) und der zugehörigen Datenauswertung. Bei ihrem Verfahren werden die Zufallsbewegungen der Wassermoleküle im Gehirn aufgezeichnet. Die Wissenschaftler stellten fest, daß es meßbare Unterschiede in der Beweglichkeit gibt, je nachdem, in welcher Umgebung sich das Wasser befindet. Besonders gut kommt es entlang von Nervenfaserbündeln voran. Diese bestehen aus parallel verlaufenden Fortsätzen der Nervenzellen – den sogenannten Axonen –, welche die elektrischen Signale zwischen den Neuronen leiten. Indem die Forscher die bevorzugten Bewegungsrichtungen des Wassers aufspürten, fanden sie auch den Verlauf der Nervenfaserbündel heraus (Proceedings of the National Academy of Sciences vom 31. August 1999).

Die ersten Testläufe machten die Forscher bei vier Personen an Regionen mit weißer Hirnmasse, in denen fettige Substanzen die Bündel umschließen. Anschließend untersuchten sie Bündel im hinteren Kopfteil. Eine Gruppe davon verlief nach vorne, in den oberen Teil des Hirns, eine andere andere nach hinten, wo visuelle Informationen verarbeitet werden. Die beiden Bündelgruppen liegen dicht beieinander, jedoch ohne daß sich ihre Axone vermischten.

In einem weiteren Versuch verfolgte das Team um Thomas E. Conturo von der Washington University School of Medicine in St. Louis den Weg der längeren Nervenbündel vom Auge zum Gehirn. Es gelang ihnen sogar, einzelne Bündel zu unterscheiden, die verschiedene Teile der optischen Information weiterleiten.

Schließlich verbanden die Wissenschaftler ihre neue Methode mit der bekannten funktionellen Kernspintomographie MRI. Darüber bestimmten sie, welche Hirnareale aktiv waren, wenn die Versuchspersonen ein Blitzlicht sahen. Anschließend wiesen sie mit dem empfindlichen MRT nach, daß diese Bereiche über Nervenfasern direkt miteinander verbunden sind. Auch wenn die Testpersonen andere Aufgaben wie Sprechen oder Multiplizieren von Zahlen erledigten, zeigten die Ergebnisse, daß die entsprechenden Gehirnzentren über Nervenfaserbündel miteinander in beide Richtungen verknüpft sind. Die Gruppen der Axone bleiben dabei strikt getrennt, obwohl sie räumlich sehr nahe beieinander liegen.

"Diese Technik ermöglicht es Wissenschaftlern, detailliertere Karten der Verbindungen zwischen verschiedenen Teilen des Gehirns zu erstellen", sagt Conturo. Dadurch kann überprüft werden, ob verschiedene Verhaltensweisen zum Teil auf unterschiedliche Verknüpfungen im Hirn zurückzuführen sind. Außerdem lassen sich so rätselhafte Vorgänge beobachten, die sonst unzugänglich bleiben, fügt er an, zum Beispiel die Umorganisation des Gehirns nach einem Schlaganfall.

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