ORF ON Science - Neue Einblicke in das menschliche Gehirn

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Funktionale Kernspinresonanz: Neue Erkenntnisse

Von Gregor Rainer

Die funktionale Kernspinresonanz (fMRI) erlaubt es, Regionen des menschlichen Gehirns zu identifizieren welche bei bestimmten Bewegungsabläufen oder kognitiven Leistungen aktiv sind. Dies hat unser Wissen über das menschliche Gehirn in den letzten Jahren wesentlich verbessert.

Neben den zur Zeit eingesetzten klinischen Anwendungen
besteht auch die Hoffnung, bei neurodegenerativen Krankheiten wie Alzheimer oder Parkinson Fortschritte z.B. in der Frühdiagnose zu machen. Solche Fortschritte sind von enormer Wichtigkeit, da sie Patienten dann auch früh einer Therapie zuführen werden können.

Grundlagen noch wenig bekannt

Trotz dieser Entwicklungen ist derzeit über die
physikalischen Grundlagen des fMRI-Signals sehr wenig
bekannt, außer dass es den Sauerstoffgehalt des Blutes in
verschieden Regionen des Gehirns misst. Verbraucht eine
Region viel Sauerstoff, so wird daraus geschlossen, dass die
Nervenzellen dieser Region besonders aktiv waren.

Messungen mit fMRI
FMRI ist allerdings nur in der Lage, Sauerstoffverbrauch in
relativ großen Gebieten (mehrere Kubikmillimeter) zu
messen, welche zusammenhängende Netzwerke von Millionen
Nervenzellen enthalten die elektrochemisch miteinander
gekoppelt sind. Es ist aber die Aktivität von solchen
einzelnen Nervenzellen, welche für Informationsverarbeitung und kognitive Leistungen des Gehirns verantwortlich ist, nicht etwa der Sauerstoffkonsum einer ganzen Region.

Aktivitäten einzelner Nervenzellen

Glücklicherweise ist über die Aktivität einzelner Nervenzellen bereits sehr viel bekannt, durch elektrophysiologische Messungen an Menschen (meist in Verbindung mit Epilepsie) aber insbesondere auch durch Studien an Affen, deren Gehirn in wesentlichen Punkten dem des Menschen ähnelt.

Durch fMRI am Affen kann man daher dieses gesammelte elektrophysiologische Wissen über die einzelnen Nervenzellen einsetzten, um die Grundlagen des FMRI-Signals zu erkunden und dessen Interpretation zu ermöglichen.

Fortschritte in der Messung der fMRI-Aktivität

Nun ist ein weiterer, wichtiger Schritt in diese Richtung nun gelungen. Dazu wurde die fMRI-Aktivität in der visuellen Großhirnrinde des Affen gemessen, während Sequenzen von Bildern gezeigt wurden. Die Bilder bestanden aus natürlichen Szenen, deren Erkennbarkeit mittels Fourier-Technik parametrisch variiert wurde.

	Das Forschungsprojekt Die hier beschriebenen Forschungen wurden am Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik (Tübingen) von Prof. Dr. Nikos Logothetis gemeinsam mit dem österreichischen APART-Stipendiaten Dr. Gregor Rainer, dem Autor dieses Gastbeitrages, realisiert.
	Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik

fMRi-Signal von Anzahl der aktiven Nervenzellen beeinflusst

Das fMRI Signal zeigte eine charakteristische V-ähnliche Form und war somit nicht-monoton. Mit Hilfe eines Modells konnte so experimentell nachgewiesen werden, dass das daher das fMRI-Signal nicht nur von der Stärke der Aktivierung der Nervenzellen, sondern auch von der Anzahl der aktiven Nervenzellen beeinflusst wird.

Erkenntnisse über Grundlagen des Signals

Dies bedeutet, dass es zur richtigen Interpretation von fMRI-Daten immer notwendig ist, genaue Kenntnisse über die Aktivitäten von den einzelnen Nervenzellen der betreffenden Region haben.

Liegen solche Kenntnisse allerdings vor, so erlaubt dies eine quantitative Modellbildung und bringt uns neben dem Verständnis der Grundlagen eines so wichtigen und weit verbreiteten Signals auch weiteren klinischen Anwendungen einen Schritt näher. Bis es dazu kommt, bleibt allerdings insbesondere für die Grundlagenforschung in diesem Gebiet noch Vieles zu tun.


	science.ORF.at präsentiert "Young Science"


	Weitere Beiträge in der Reihe "Young Science"

	Gregor Rainer Gregor Rainer (geb. 1970 in Wien) ist zur Zeit APART-Stipendiat der Österreichischen Akademie der Wissenschaften. Er forscht als Neurowissenschaftler am renommierten Max-Planck-Institut für Biologische Kybernetik in Tübingen. Dr. Rainer schloß sein Physik-Studium an der TU Wien (Betreuer: Prof. Erich Gornik) ab und dissertierte dann im Fach Systems Neuroscience am MIT (Massachusetts Institute of Technology) in den USA (Supervisor: Earl Miller). Gregor Rainer erhält am 12. Juli 2002 die Otto Hahn-Medaille, die die Max-Planck-Gesellschaft für herausragende wissenschaftliche Leistungen an junge Wissenschaftler vergibt. Er wird für Untersuchungen zur Repräsentation natürlicher Szenen im visuellen Kortex mittels funktionaler Kernspinresonanztomographie ausgezeichnet.
	Homepage von Gregor Rainer


	Österreichische Akademie der Wissenschaften

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	zippy \| 28.05, 22:49 ...ich möchte gar nicht wissen, was mit den armen Affen passiert! Was mich allerdings interessiert: Wie man im Lichte des Geschriebenen am fMRI-Signal eine punktuelle Leistung von einem diffusen lokalen Rauschen unterscheidet. <:-))) Wie die variierte Erkennbarkeit der den armen Affen dargebotenen Bilder und das V-förmige fMRI-Signal aussieht, und wie man das macht, könnte sich ein Zippy viel leichter vorstellen, wenn sich der ORF für solche Artikel zwei, drei Abbildungen leisten würde. mitlaternenpfahlwink

	ooooooops \| 28.05, 16:57 und trotzdem.. ist man weit davon entfernt das menschliche gehirn zu begreifen.. meine hochachtung an den hochintelligenten konstrukteur.. cu!

	sensortimecom \| 28.05, 13:59 Stipendien und Preise Ich werde mir mal den Spass machen und bei der "Akademie der Wissenschaften'" um Fördermittel zur Erstellung einer Computeranimation zur visuellen Darstellung der Signalverarbeitung im Gehirn ansuchen, wie sie auf meiner page: http://www.sensortime.com/brain-de.html beschrieben ist... Bin gespannt ob ich dort auch genauso verarscht werde wie vom FFF (Forschungsförderungsfonds) oder vom ITF... Erich B. www.sensortime.com (klicken auf: "Eric`s Zeitmaschine" - unbedingt lesenswert!)

	derbutt \| 29.05, 02:31 Frustrierter "Erfinder" Dort könnt ihr die langatmigen Geschichten eines frustrierten Erfinders lesen. Öffentliche Förderungen - egal of FFF oder FWF - unterliegen immer einem großen Maße der Zufälligkeit, so lange die Grundlage anonyme Gutachter sind. Warum die in der Regel pragmatisierten Fachleute nur anonym Gutachten können, ist ein deutsch-österreichisches Rätsel. Das System wird aber in Österreich von den verschiedenen Gruppen (CV, BSA, Freimaurer etc. etc.) sehr geachtet.

	sensortimecom \| 29.05, 09:06 "derbutt" : Vielen Dank !! Welch ein Zufall, dass wir unabhängig voneinander auf dieselbe Spur kommen! Mir ist erst in den letzten Jahren klar geworden was hinter den Kulissen läuft (und vor allem: gelaufen ist).. Wem Manches spanisch vorkommt, was sich insbes. in den 80er- Jahren alles abgespielt hat (man denke z.B. manipulierte ORF-Meldungen, Lucona/Proksch-Affäre, Gwirks mit den USA wegen "Technologietransfer", Skandale aller Art...) der sollte sich mal mit den unseligen Geheimbund-Aktivitäten befassen. Der "Waldheim- Skandal" war in Wirklichkeit eine Retourkutsche des Auslands wegen des aufgestauten Zorns, den man wegen dieser Machenschaften auf Österreich hatte. Sonst nix. Da gabs jede Menge Leute, die sich für die geistige Elite der Menschheit hielten - und VOR NICHTS ZURÜCKSCHRECKTEN, um ihre Macht und Position zu festigen. Das ging quer durch die Parteien... Der Ruf ÖSTERREICHS in der internationalen Welt leidet HEUTE NOCH daran. Zu meinem Fall, der in "Eric`s Zeitmaschine" beschrieben ist, gibts heuer noch eine authentische Dokumentation mit Fotos, Beweisstücken, Links und Unterlagen aller Art im Internet. Nicht dass jemand glaubt, das sei ein Einzelfall gewesen... Nur: Hunderte Erfinder denen genauso übel mitgespielt wurde glaubten früher das sei eben Schicksal, und schwiegen aus Furcht. Ungefähr genauso wie ein Patient, der in einen Krankenhaus verpfuscht wird und sagt: naja höhere Gewalt.. An Manipulation, oder gar, dass der STAAT mit gestohlenen bzw. enteigneten Patenten - hinter den Kulissen der Freimaurerorganisationen -sein Geschäft betrieb, glaubte wohl keiner. (Hätte ihm auch keiner geglaubt; der Mann wäre für paranoid erklärt worden). Erich B. www.sensortime.com


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