Funktionelle Magnetresonanztomografie

fMRT-Aufnahme des Gehirns eines 24-jährigen Probanden.

Die funktionelle Magnetresonanztomographie (von griechisch tomós Schnitt, gráphein schreiben), abgekürzt fMRT oder fMRI (für functional magnetic resonance imaging), ist ein bildgebendes Verfahren mit hoher räumlicher Auflösung zur Darstellung von aktivierten Strukturen im Inneren des Körpers, insbesondere des Gehirns.

Einführung

Die funktionelle Magnetresonanztomographie ist eine relativ junge Weiterentwicklung der klassischen Magnetresonanztomographie, sie erweitert die MRT um einen funktionellen Anteil. Durch fMRT-Aufnahmen ist es möglich, Stoffwechselvorgänge, die aufgrund von Aktivität entstehen, sichtbar zu machen. Rückschlüsse auf den Ort einer Aktivität können dann in Form von Wahrscheinlichkeiten berechnet werden. Eine fMRT-Untersuchung läuft in der Regel in drei Phasen ab:

1. Prescan - ein kurzer, gering auflösender Scan, hiermit kann die korrekte Lagerung des Patienten geprüft werden.
2. 3D MRT-Scan - ein räumlich hoch auflösender Scan, um die Anatomie des zu untersuchenden Bereichs detailgetreu darstellen zu können.
3. der eigentliche fMRT-Scan - ein schneller Scan, der die stoffwechselbedingten Unterschiede (BOLD-Effekt) im untersuchten Gewebe registriert.

Bei einer Untersuchung des Gehirns zu Versuchszwecken kann dem Probanden im dritten Teilscan zum Beispiel ein wiederholter Reiz präsentiert werden. Häufig wird der Reiz mit einer Aufgabe für den Probanden verknüpft, etwa der Aufforderung, bei jedem gezeigten Objekt x eine Taste zu drücken. Den meisten Versuchen gemein ist die häufige Wiederholung der Aufgabe. So kann dann durch statistische Verfahren ein Vergleich aufgezeichneter Daten aus der Reizphase mit denen aus der Ruhephase stattfinden. Der hieraus berechnete Unterschied wird grafisch auf den zuvor durchgeführten MR-Scan in Form von farblichen Markierungen projiziert.

Vor allem die Neurologie und Neuropsychologie profitieren von den Möglichkeiten der fMRT. So konnten zum Beispiel durch Vergleichsstudien mit fMRT zwischen Menschen, die an psychischen Störungen, wie Depressionen, Angst- und Zwangsstörungen leiden, und gesunden Kontrollpersonen deutliche und z.T. chronifizierte Unterschiede im Hirnstoffwechsel nachgewiesen werden, während die „klassischen“ bildgebenden Verfahren (Magnetresonanztomographie, Computertomographie) keine Hinweise auf hirnanatomische Unterschiede erbracht hatten.

Technik

Magnetresonanztomograph der University of California, Berkeley

Die funktionelle Kernspintomographie (fMRT, fMRI) stellt eine Möglichkeit dar, funktionelle Zusammenhänge biologischer Strukturen (meist die Stoffwechselaktivität von Hirnarealen) darzustellen. Hierbei macht man sich die unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften von oxygeniertem und desoxygeniertem Blut zu nutze (BOLD-Effekt). Bei der Aktivierung von Kortexarealen kommt es zu einer Steigerung des Stoffwechsels, wodurch das aktivierte Areal mit einer überproportionalen Erhöhung des Blutflusses reagiert. Dadurch erhöht sich die Konzentration von oxigeniertem relativ zu desoxigeniertem Hämoglobin, was zu einer Veränderung der effektiven Querrelaxationszeit und damit zu einer Signaländerung führt.

Aufnahmen zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten (Ruhezustand und stimulierter Zustand) können (wie auch z.B. bei der digitalen Subtraktionsangiographie) durch statistische Testverfahren miteinander verglichen und die Unterschiede (=stimulierte Areale) räumlich zugeordnet und dargestellt werden.

Grenzen

Im Vergleich zu den anderen etablierten nicht-invasiven neurophysiologischen Untersuchungsmethoden, etwa EEG/ERP, zeigt das (verhältnismäßig junge) fMRT zwar deutlich mächtigere Möglichkeiten in der räumlich-lokalisierenden Untersuchung, aber eine prinzipbedingt sehr viel niedrigere zeitliche Auflösung. Eine zusätzliche Unsicherheit ergibt sich aus dem indirekten Charakter der Methode -die neuronale Aktivität wird nicht direkt gemessen, sondern aus Änderungen von Blutfluss und -oxigenierung geschlossen.^[1]

Darüber hinaus gibt es an den grundlegenden Annahmen und möglichen Erkenntnissen aus fMRT-Untersuchungen Kritik, die darauf beruht, dass die Visualisierung der Messdaten des fMRT eine konstruktive Komponente hat, wodurch eher die Modellvorstellungen der Forscher als tatsächliche Vorgänge dargestellt werden könnten.

Beispielbild

Das folgende Bild zeigt eine Übersicht der verschiedenen Betrachtungsebenen einer fMRT-Aufnahme. Die farbig dargestellten Bereiche symbolisieren einen erhöhten Stoffwechsel und somit eine Hirnaktivität. Je weiter die Farbe ins gelbliche abweicht, desto wahrscheinlicher ist Aktivität. Die Darstellung der Hirnaktivität erfolgt über die BOLD-Antwort der Hirnregionen (siehe oben). Das Bild ist entstanden an einem MRT-Gerät der Firma General Electric bei einer Magnetfeldstärke von 1,5 Tesla.

Übersicht der verschieden Beobachtungsebenen einer fMRT-Aufnahme nach linksseitigem „Finger-Tapping“.

Siehe auch

• Neuroethik
• Blood Oxygen Level Dependency

Einzelnachweise

1. ↑ nature: Anticipatory haemodynamic signals in sensory cortex not predicted by local neuronal activity 24. November 2008.

Weblinks

• Leicht verständliche Einführung in das Thema fMRT
• fmri for newbies Englischsprachige, umfangreiche Seite zur fMRT
• Artikel Functional Magnetic Resonance Imaging auf Scholarpedia (englisch)

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