Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ein anderer Blickwinkel ins Gehirn

18.05.2015

Tübinger Neurowissenschaftler legen wichtige Grundlagen für nichtinvasive Bildgebung des menschlichen Gehirns

Tübinger Neurowissenschaftlern ist ein wesentlicher Schritt bei der nichtinvasiven Untersuchung des menschlichen Gehirns durch die funktionelle Magnetresonanztomografie (fMRI, functional magnetic resonance imaging) gelungen. Das bildgebende Verfahren wird in der Forschung genutzt, um Interaktionen zwischen verschiedenen Gehirnregionen zu untersuchen.

Allerdings indirekt: fMRI erfasst nicht die neuronale Aktivität, sondern erkennt besonders aktive Gehirnareale anhand ihrer Durchblutung. Dr. Markus Siegel und seine Arbeitsgruppe (Werner Reichardt Centrum für Integrative Neurowissenschaften – CIN / MEG Zentrum der Universität Tübingen) zeigen in einer aktuellen Studie, dass die per fMRI gemessenen Interaktionen zwischen Hirnregionen tatsächlich mit korrelierter Nervenzellaktivität zusammenhängen ‒ und welche Art von Aktivität dies ist.

Die Methode wird so noch attraktiver für die neurowissenschaftliche Forschung. Die Ergebnisse werden am Montag, 18. Mai 2015, im renommierten Fachmagazin „Current Biology“ veröffentlicht.

Das menschliche Gehirn besteht aus etwa 100 Milliarden Neuronen, die in Zentren gebündelt sind. Diese Areale haben unterschiedliche Aufgaben, kommunizieren aber unentwegt miteinander. Diese Interaktionen zwischen Hirnregionen sind die Grundlage unseres alltäglichen Denkens und Handelns. Störungen dieser Interaktionen sind dagegen oft die Grundlage neurologischer Erkrankungen, etwa der Multiplen Sklerose (MS).

Um diese Interaktionen zwischen Hirnregionen nichtinvasiv – also von außen, ohne Öffnung des Schädels – zu untersuchen, setzt die neurowissenschaftliche Forschung seit Jahren fMRI ein. fMRI misst Blutfluss und Sauerstoffgehalt des Blutes im Gehirn. Weil Nervenzellen viel Energie verbrauchen – unser Gehirn beansprucht etwa 25 Prozent der täglich aufgenommenen Kalorien –, werden aktive Hirnareale besonders stark durchblutet.

So lässt fMRI Rückschlüsse darauf zu, welche Areale des Gehirns jeweils gerade aktiv sind und miteinander kommunizieren. Da aber eben nicht direkt neuronale Prozesse, sondern Blutfluss und Sauerstoffsättigung beobachtet werden, ist noch unzureichend verstanden, ob und welche Art von neuronalen Interaktionen zwischen Hirnregionen das fMRI tatsächlich widerspiegelt.

Um diese Lücke zu schließen, glichen Dr. Siegel und sein Team die fMRI-Messungen von Probanden mit deren Magnetenzephalographie (MEG)-Messungen ab. Im Gegensatz zum fMRI misst das MEG direkt die Nervenzellaktivität im Gehirn – es registriert die durch diese Aktivität verursachten, sehr kleinen Magnetfelder.

MEG hat eine schlechtere räumliche Auflösung als fMRI, aber die sehr hohe zeitliche Präzision ermöglicht, anders als beim fMRI, die Unterscheidung verschiedener Hirnrhythmen – das sind schnelle periodische Veränderungen der Gehirnaktivität. Die Tübinger Universität ist eine der wenigen Einrichtungen in Deutschland, die über eine MEG-Apparatur verfügt.

Markus Siegel und sein Team verglichen die per fMRI und MEG gemessenen Interaktionen zwischen 450 einzelnen Punkten im Gehirn. Die Wissenschaftler werteten so ca. 100.000 Einzeldaten aus. Der Aufwand hat sich gelohnt: Ihnen gelang der Nachweis, dass Nervenzellaktivität und die per fMRI gemessenen Interaktionen unmittelbar zusammenhängen.

Darüberhinaus konnten sie zeigen, dass dieser Zusammenhang nicht etwa im ganzen Gehirn gleich ist: Das fMRI zeigt für verschiedene Paare von Hirnregionen die Interaktion unterschiedlicher Hirnrhythmen. Viele der vom fMRI gelieferten Informationen sind damit komplementär zu denen, die das MEG bereitstellen kann.

Die Befunde liefern eine wichtige Grundlage für den Einsatz des fMRI in der Neurowissenschaft. Darüber hinaus zeigen diese Ergebnisse den Nutzen, den der gemeinsame Einsatz von fMRI mit seiner hervorragenden räumlichen Auflösung und MEG oder EEG mit ihrer hohen zeitlichen Auflösung bringen können. Die Kombination der Verfahren erscheint damit mittelfristig auch als Methode zur Diagnostik oder zur Vorbereitung von Behandlungen im klinischen Alltag immer realistischer. Der neue Blickwinkel lässt wesentlich feinere Bilder des Geschehens im gesunden und erkrankten menschlichen Gehirn erwarten.

Publikation:
Joerg F. Hipp, Markus Siegel: BOLD fMRI Correlation Reflects Frequency-Specific Neuronal Correlation. Current Biology (2015), 18. Mai 2015 (online-Publikation)
http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2015.03.049

Pressekontakt CIN:
Dr. Paul Töbelmann, Wissenschaftskommunikation
Werner-Reichardt-Centrum für Integrative Neurowissenschaften (CIN)
Otfried-Müller-Str. 25 ∙ 72076 Tübingen
Tel.: +49 7071 29-89108
paul.toebelmann@cin.uni-tuebingen.de

Weitere Informationen:

http://www.cin.uni-tuebingen.de

Antje Karbe | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizintechnik:

nachricht Radioembolisation: Beim Leberkrebs mehr als nur eine Alternative!
22.05.2017 | Deutsche Röntgengesellschaft e.V.

nachricht Ein neuer Blick in die Lunge (und andere Organe)
19.05.2017 | Deutsche Röntgengesellschaft e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizintechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

Zweidimensionale magnetische Strukturen gelten als vielversprechendes Material für neuartige Datenspeicher, da sich die magnetischen Eigenschaften einzelner Molekülen untersuchen und verändern lassen. Forscher haben nun erstmals einen hauchdünnen Ferrimagneten hergestellt, bei dem sich Moleküle mit verschiedenen magnetischen Zentren auf einer Goldfläche selbst zu einem Schachbrettmuster anordnen. Dies berichten Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institutes der Universität Basel und des Paul Scherrer Institutes in der Wissenschaftszeitschrift «Nature Communications».

Ferrimagneten besitzen zwei magnetische Zentren, deren Magnetismus verschieden stark ist und in entgegengesetzte Richtungen zeigt. Zweidimensionale, quasi...

Im Focus: Neuer Ionisationsweg in molekularem Wasserstoff identifiziert

„Wackelndes“ Molekül schüttelt Elektron ab

Wie reagiert molekularer Wasserstoff auf Beschuss mit intensiven ultrakurzen Laserpulsen? Forscher am Heidelberger MPI für Kernphysik haben neben bekannten...

Im Focus: Wafer-thin Magnetic Materials Developed for Future Quantum Technologies

Two-dimensional magnetic structures are regarded as a promising material for new types of data storage, since the magnetic properties of individual molecular building blocks can be investigated and modified. For the first time, researchers have now produced a wafer-thin ferrimagnet, in which molecules with different magnetic centers arrange themselves on a gold surface to form a checkerboard pattern. Scientists at the Swiss Nanoscience Institute at the University of Basel and the Paul Scherrer Institute published their findings in the journal Nature Communications.

Ferrimagnets are composed of two centers which are magnetized at different strengths and point in opposing directions. Two-dimensional, quasi-flat ferrimagnets...

Im Focus: XENON1T: Das empfindlichste „Auge“ für Dunkle Materie

Gemeinsame Meldung des MPI für Kernphysik Heidelberg, der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster

„Das weltbeste Resultat zu Dunkler Materie – und wir stehen erst am Anfang!“ So freuen sich Wissenschaftler der XENON-Kollaboration über die ersten Ergebnisse...

Im Focus: World's thinnest hologram paves path to new 3-D world

Nano-hologram paves way for integration of 3-D holography into everyday electronics

An Australian-Chinese research team has created the world's thinnest hologram, paving the way towards the integration of 3D holography into everyday...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

14. Dortmunder MST-Konferenz zeigt individualisierte Gesundheitslösungen mit Mikro- und Nanotechnik

22.05.2017 | Veranstaltungen

Branchentreff für IT-Entscheider - Rittal Praxistage IT in Stuttgart und München

22.05.2017 | Veranstaltungen

Flugzeugreifen – Ähnlich wie PKW-/LKW-Reifen oder ganz verschieden?

22.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Myrte schaltet „Anstandsdame“ in Krebszellen aus

22.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

22.05.2017 | Physik Astronomie

Wie sich das Wasser in der Umgebung von gelösten Molekülen verhält

22.05.2017 | Biowissenschaften Chemie