Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Schwieriger Blick ins Gehirn

13.06.2008
Die Verwendung der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) führt zu falschen Schlussfolgerungen, wenn die Grenzen der Methode ignoriert werden.
Von Nikos Logothetis

fMRT-Aufnahmen machen Stoffwechselvorgänge im Gehirn sichtbar, die aufgrund von vermehrter Gehirnaktivität entstehen. Rückschlüsse auf den Ort einer Aktivität können in Form von Wahrscheinlichkeiten berechnet werden. Große Fortschritte in der Scanner-Technologie, bei den Bildakquisitionsprotokollen, im experimentellen Aufbau und in den Analysemethoden verheißen die Entwicklung der Methode von bloßer Kartographie hin zu einem echten Werkzeug, das es erlaubt, die Funktionsweise des Gehirns besser zu verstehen (Nature Review, 12. Juni 2008).


Funktionelle Aktivierung des Thalamus (kleine runde Gebiete hinter den Augen) und der visuellen Hirnrinde von Primaten. Im Hintergrund sind die Blutgefäße des Gehirns zu sehen. Bild: Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik/Bruno Weber/Anna-Lena Keller

Bisher existieren noch fundamentale Fragen hinsichtlich der Interpretation von fMRI-Daten. Die daraus gezogenen Schlussfolgerungen ignorieren jedoch häufig die realen Grenzen der Methode. Diese haben nichts mit der Physik an sich oder mit Mängeln der Technik zu tun. Sie lassen sich kaum durch eine Verbesserung der technischen Perfektion und Leistungsfähigkeit der Scanner beseitigen. Stattdessen liegen diese Begrenzungen im funktionellen Aufbau des Gehirns. Dem wird in den Versuchsprotokollen häufig nicht Rechnung getragen.

Das fMRI-Signal kann funktionsspezifische und modulierende Prozesse, wie Signalübertragung in der Hierarchie der Gehirnareale, d.h. von unten nach oben und von oben nach unten, nicht einfach unterscheiden. Darüber hinaus, besteht die Möglichkeit, dass Erregung und Hemmung bestimmter Gehirnareale nicht unterschieden werden können. Die Stärke des fMRI-Signals lässt sich nicht so quantifizieren, dass sie exakt Unterschiede zwischen Gehirnregionen oder zwischen Aufgaben innerhalb derselben Region widerspiegelt.

... mehr zu:
»Nervenzelle

Es gibt Regionen in der Großhirnrinde, in denen reiz- oder aufgabenbezogene Verarbeitungskapazitäten nur spärlich vorhanden sind, was sich unter anderem in der Aktivierung einer nur sehr kleinen Anzahl von Nervenzellen zeigt. Dahingegen können Prozesse, die nicht unmittelbar an der spezifischen Informationsverarbeitung beteiligt sind, aber den Zustand des Gehirns beeinflussen, wie zum Beispiel Motivation, Aufmerksamkeit, Lernvorgänge und Gedächtnisprozesse, die Durchblutungsregulation des Gehirns dominieren und es unmöglich machen, die Leistung bzw. den Beitrag zu ermitteln, die ein Hirnareal bei der Bewältigung einer bestimmten Aufgabe erbringt. Die Beeinflussung der Zellaktivität durch modulierende Botenstoffe beeinflusst wahrscheinlich auch die räumliche und zeitliche Auflösung des fMRI-Signals.

Trotz aller Unzulänglichkeiten ist die fMRI momentan das beste Werkzeug, das wir haben, um Einblicke in die Funktionsweise das Gehirns zu gewinnen, und um interessante und überprüfbare Hypothesen zu formulieren, auch wenn die Plausibilität dieser Hypothesen entscheidend von der verwendeten MR-Technologie, dem Versuchsprotokoll, der statistischen Analyse und einer aufschlussreichen Bearbeitung abhängt.

Jedoch ist die fMRI nicht die einzige Methode, bei der es eindeutige und ernst zu nehmenden Grenzen zu beachten gilt. Auch elektrische Messungen der Gehirnaktivität, die es erlauben, von einzelnen Zellen oder kleinen Zellgruppen abzuleiten, schaffen es nicht, erschöpfende Antworten auf Fragen der Netzwerkaktivität zu geben. Einzelzellableitungen und das Kodierungskonzept der Entladungsraten passen besser in eine Untersuchung von Zelleigenschaften als in eine Studie, in der die Verarbeitungskapazität neuronaler Ensembles und ganzer Netzwerke bestimmt werden soll. Feldpotenziale (lokale Hirnströme) haben viel mit der Mehrdeutigkeit gemein, die dem fMRI-Signal zueigen ist.

Keine der genannten Techniken kann die anderen ersetzen. Heute erfordert die Erforschung normaler Hirnfunktionen und deren krankhafter Veränderungen mehr denn je einen multimodalen Ansatz. Zu einem solchen Ansatz gehören weitere Verbesserungen der MRI-Technologie und deren Kombination mit anderen nichtinvasiven Techniken, wie direkte invasive Messungen der elektrischen Aktivität des Gehirns. Besonders wichtig sind jedoch ein gründliches Verständnis der neuronalen Mechanismen hämodynamischer Reaktionen und eine möglichst enge Verknüpfung von Versuchsreihen an Mensch und Tier, um die Übereinstimmungen zwischen Menschen und anderen Primaten ganz genau zu kennen. Nur an Letzteren lässt sich mittels invasiver elektrophysiologischer und pharmakologischer Tests untersuchen, wie Netzwerke von Nervenzellen kognitive Leistungen erbringen.

Behauptungen, dass computerunterstützte Methoden und nichtinvasives Neuroimaging ausreichen sollten, um die Funktionsweise des Gehirns und deren Störungen gut genug zu verstehen, sind falsch. Wenn wir wirklich wissen wollen, wie unser Gehirn funktioniert, können wir auf keine der relevanten Methoden verzichten, insbesondere nicht auf methodische Ansätze, die uns direkt Informationen von den eigentlichen neuralen Elementen hinter allen unseren kognitiven Fähigkeiten liefern.

Dr. Bernd Wirsing | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Berichte zu: Nervenzelle

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizintechnik:

nachricht Neues DaVinci-OP-System: Universitätsmedizin Mainz erweitert Spektrum an robotergestützten OP´s
03.02.2017 | Universitätsmedizin der Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Deutschlandweit erste Installation: Kompakter Roboter assistiert bei MRT-geführter Prostatabiopsie
02.02.2017 | Universitätsklinikum Leipzig AöR

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizintechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Im Focus: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

6. Internationale Fachkonferenz „InnoTesting“ am 23. und 24. Februar 2017 in Wildau

22.02.2017 | Veranstaltungen

Wunderwelt der Mikroben

22.02.2017 | Veranstaltungen

Der Lkw der Zukunft kommt ohne Fahrer aus

21.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Möglicher Zell-Therapieansatz gegen Zytomegalie

22.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

Ursache für eine erbliche Muskelerkrankung entdeckt

22.02.2017 | Medizin Gesundheit

Meeresforschung in Echtzeit verfolgen

22.02.2017 | Geowissenschaften