FMRT

Die Funktionelle Magnetresonanztomografie (fMRT) ist ein bildgebendes Verfahren zur objektiven Messung des Sauerstoffgehalts im Blut im Gehirn, womit Rückschlüsse auf die Aktivität in den entsprechenden Gehirnbereichen gezogen werden können (BOLD Response = Blood oxygen-level dependent Response).

Das Verfahren findet vor allem in der Kognitionsforschung, Neurowissenschaft und Neurologie Anwendung, um Kognitive Prozesse oder –Erkrankungen zu verstehen und psychisch-funktionelle Einheiten im Gehirn zu lokalisieren. Aber z.B. auch in der Marketingforschung oder als Lügendetektor kommt die fMRT zum Einsatz.

Funktionsprinzip

Die grundlegende Funktionsweise ist identische mit der des MRT (Das MRT liefert dieselben Bilder nur ohne Informationen über lokale Aktivierungen und wird vor allem in der Medizin eingesetzt): Genutzt wird das Verhalten der Protonen (Kerne) von Wasserstoffteilchen im Magnetfeld (magnetische Resonanz). Diese rotieren um ihre eigene Achse (Spin). Wenn man die Protonen einem starken Magnetfeld aussetzt, dann richten sie ihre Spin-Achse parallel zum Magnetfeld aus. Diese Ausrichtung kann etwas durcheinandergebracht werden, indem man zusätzlich zum Hauptmagnetfeld einen magnetischen Impuls einstrahlt, der dieselbe Frequenz hat wie der Spin der Protonen. Entfernt man diesen Impuls wieder, dann geschieht eine Rück-Ausrichtung zum Hauptmagnetfeld (Relaxation). Dabei wird Energie in Form von Radiosignalen frei, die über Detektoren gemessen werden kann. Je mehr Wasserstoffteilchen vorliegen, umso mehr Energie wird frei. Damit lassen sich Rückschlüsse auf die Gewebeart ziehen. Darüber hinaus werden drei weitere schwache Magnetfelder hinzugeschaltet, die in den drei Dimensionen des Raumes ausgerichtet sind, um die genaue Lokalisation der Signale zu ermöglichen.

Das fMRT nutzt zusätzlich eine weitere magnetische Information, um Rückschlüsse auf lokale Aktivierung im Gehirn zu ermöglichen:

Ist ein Areal im Gehirn (erhöht) aktiv, so verbrauchen die dort verorteten Zellen mehr Glucose und mehr Sauerstoff. Um diesem erhöhten Bedarf gerecht zu werden, erweitern sich schon nach kurzer Zeit die entsprechenden Blutgefäße, um mehr sauerstoffreiches Blut herbei zu transportieren. Das heißt, es gibt kurz nach erhöhter Aktivierung ein Überangebot an sauerstoffreichem Blut im selben Areal. Da Sauerstoff im Blut über Hämoglobin transportiert wird und Hämoglobin sehr eisenhaltig ist und damit magnetische Eigenschaften hat, lässt sich diese örtliche Zunahme an Sauerstoff magnetisch messen (blood oxygen level dependent contrast – BOLD Kontrast). Anschließend werden die resultierenden Daten als Voxel (3D-Pixel) gespeichert und können so in einer 3D-Ansicht des Gehirns visualisiert werden, wobei erhöhte Aktivität anhand von statistischen Kontrasten ermittelt und meist farblich markiert sind.

Vor- und Nachteile

Der große Vorteil dieser Methode ist ihre sehr hohe räumliche Auflösung (ca. 1 mm). Sie ist neben dem EEG die etablierteste Methode, um Hirnaktivität zu untersuchen.

Als Nachteil können die hohen Anschaffungs- und Betriebskosten gesehen werden. Zudem verursacht ein Kernspintomograph sehr laute Geräusche, die den Probanden ohne Ohrschutz nicht zumutbar wären. Dazu kommt die hohe Störanfälligkeit des Verfahrens (magnetisch, durch Bewegung, durch Herzschlag). Schon die Bewegung beim Sprechen reicht aus, um das Ergebnis zu verfälschen. Aufgrund der Magnetisierung müssen Versuchspersonen sämtliche metallische Gegenstände ablegen. Dadurch sind Probanden mit Metallimplantaten von der Untersuchung ausgeschlossen. Der größte Nachteil jedoch ist die verhältnismäßig geringe zeitliche Auflösung. Denn es dauert eine kurze Zeit bis die Blutzufuhr auf die erhöhte Aktivität reagiert (ca. 6-8 Sekunden).