Was ist ein fMRT?

Die funktionelle Magnetresonanztomografie (kurz:fMRT) dient der Visualisierung und Messung der Aktivitäten des menschlichen Gehirns. Dafür wird der Magnetismus genutzt zusammen mit der Kernspintomografie und dem BOLD-Effekt (blood oxygenation level dependent), welcher allerdings erst gegen Ende von Bedeutung ist.

Ein fMRT-Scan läuft in der Regel durch drei Phasen:

Zuerst wird ein schneller und niedrig auflösender MRT-Scan durchgeführt, welcher der Fehlervermeidung dient. Zum Beispiel ob der Patient richtig liegt oder ob die Maschinen passend eingestellt sind.

Danach wird ein detaillierterer anatomischer MRT-Scan ausgeführt,  bei welchem ein schwarz-weißer Querschnitt des Gehirns entsteht. Für einen solchen nutzt man das Prinzip der Kernspinresonanz. Ein Scan läuft dann ungefähr so ab: Zuerst nutzt man ein starkes Magnetfeld um die Atomkerne (hauptsächlich Wasserstoffkerne) synchron in eine Richtung rotieren zu lassen. Diese Rotation vollführt eine Präzession um die Senkrechte herum, eine so genannte Larmorpräzession. Bildlich gesprochen muss man sich einen Kreisel vorstellen, welcher sich zwar noch dreht, der Griff sich jedoch nicht mehr senkrecht dreht, sondern sich bereits auf einer Kreisbahn befindet und schräg liegt. Nun schaltet man das Magnetfeld ab. Die sich drehenden Atomkerne richten sich nun wieder allmählich parallel zum statischen Magnetfeld aus, wobei sie eine Spannung induzieren. Durch diese Spannung  lässt sich ein Bild erstellen. Unterschiedliche Dicken und Arten des Gewebes induzieren unterschiedliche Spannungen, wodurch unterschiedliche schwarz-weiß Töne entstehen. Dies liegt daran, dass unterschiedliche Gewebe aus unterschiedlichen Atomen aufgebaut sind und so verschiedene Spannungen induzieren. Das Magnetfeld das hierbei eingesetzt wird ist auch der Grund, weshalb bei einem MRT- bzw. fMRT-Scan keine metallischen Gegenstände am Körper seien dürfen. Diese würden aufgrund der besseren magnetischen Eigenschaften zu starken Interferenzen führen oder im schlimmeren Fall sich durch die permanente Veränderung des Feldes erhitzen und zu Verbrennungen am Körper führen.

Erst der dritte Schritt bringt eine Erweiterung im Vergleich zum MRT hinzu. Aufgrund des Bold-Kontrasts können nun aktive Areale im Gehirn gemessen und visualisiert werden. Genaugenommen nutzt man den Bold-Effekt um Durchblutungsänderungen in Gehirn arealen sichtbar zu machen. Dadurch lassen sich Rückschlüsse auf die Stoffwechselvorgänge schließen, was wiederum mit der Aktivität in den Arealen verbunden ist. Man misst dies über den magnetischen Unterschied zwischen oxygeniertem (mit Sauerstoff angereichertem) und desoxygeniertem (Sauerstoff armen) Hämoglobin (rote Blutkörperchen). Das  Hämoglobin gibt beim Passieren einer Zelle Sauerstoff ab. Wenn eine Zelle aktiv ist, verbraucht diese mehr  Sauerstoff als eine inaktive Zelle. Dadurch kann man den magnetischen Unterschied zwischen oxygeniertem und3 desoxygeniertem Hämoglobin messen und mit einer Computer-Software auswerten und visualisieren lassen.

Das fMRT nutzt man dann um Rückschlüsse auf Nervenkrankheiten zu ziehen oder um psychische Störungen nach zu weisen. Man konnte zum Beispiel Unterschiede im Hirnstoffwechsel zwischen depressiven und gesunden Personen festmachen.

Trotz der immensen Möglichkeiten des fMRT, hat die Methode einige Nachteile. Das EEG ist unter anderem besser, da die zeitliche Auflösung wesentlich höher ist als die des fMRTs. Dafür verfügt das fMRT über eine präzisere Lokalisierung der Aktivitäten im Gehirn. Dennoch können diese Aktivitäten nur fälschlicher weise als jene gedeutet werden. Diese Fehler werden durch zu große Gefäße ausgelöst, die vom Computer als neuronale Aktivität interpretiert werden können

Das Bild unten zeigt eine dreidimensionale fMRT Aufnahme aus vier Perspektiven. Die rot-gelb gefärbten Stellen sind die aktiven Hirnregionen, bzw. die Stellen bei welchen ein erhöhter Stoffwechsel gemessen wurde.

 

Quelle: Wikipedia unter https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Fmrtuebersicht.jpg
Quelle: Wikipedia unter https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Fmrtuebersicht.jpg
Funktionsweise der Larmorpräzession (Quelle: Frederick Behringer)
Funktionsweise der Larmorpräzession (Quelle: Frederick Behringer)

 © Frederick Behringer