Funktionelle Magnetresonanztomographie

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.

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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. Dauer: ca. 30 s
2. 3D MRT-Scan - ein räumlich hoch auflösender Scan, um die Anatomie des zu untersuchenden Bereichs detailgetreu darstellen zu können. Dauer: ca. 10 - 15 min
3. fMRT-Scan - ein schneller, räumlich gering auflösender Scan, der die stoffwechselbedingten Unterschiede im untersuchten Gewebe registriert. Dauer: ca. 6 - 7 min

Bei einer Untersuchung des Gehirns muss der Proband im dritten Teilscan einem wiederholten Reiz ausgesetzt werden. Dieser Reiz kann etwa im „Finger-Tapping“ bestehen, hierbei bewegt der Proband die Finger einer Hand nacheinander zum Daumen der selbigen. In der Regel dauert die Bewegung 30s, es folgt daraufhin eine Pause von ebenfalls 30s. Um ein möglichst gutes Resultat zu erreichen, wird der Ablauf von Reiz und Pause einige Male wiederholt. Durch statistische Verfahren werden dann die aufgezeichneten Daten aus der Reizphase mit denen aus der Ruhephase verglichen. Der hieraus berechnete Unterschied wird dann 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

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 kleinere zeitliche Auflösung. Des Weiteren ergibt sich aus der Beobachtung eines indirekten Faktors (nicht direkt der neuronalen Aktivität, sondern deren Stoffwechsel) eine zusätzliche Unsicherheit.

Darüberhinaus gibt es an den grundlegenden Annahmen und möglichen Erkenntnissen aus fMRI-Untersuchungen Kritik, die darauf beruht, dass die Visualisierung der Messdaten des fMRI 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 entstanden an einem MRT-Gerät der Firma General Electric bei einer Magnetfeldstärke von 1,5 Tesla.

Siehe auch

• Neuroethik
• Blood Oxygen Level Dependency