Funktionelle MRI
Was ist FMRI?
Die Funktionelle Kernspintomographie (FMRI) ist eine faszinierende Methode, mit der wir unserem Gehirn „bei der Arbeit zusehen“ können. Dabei ist die FMRI ein gesundheitlich unbedenkliches Verfahren: Es gibt keine Strahlenbelastung und Kontrastmittel wird nicht benötigt.
Bei einer Kernspintomographie (andere Bezeichnungen dafür sind Magnetresonanztomographie oder MRT) werden die magnetischen Eigenschaften der Wasserstoffteilchen in unserem Körper gemessen. Aus diesen Informationen kann man ein genaues Bild des Körperinneren berechnen.Während einer Messung liegt man entspannt in einem Gerät, das ein sehr starkes Magnetfeld erzeugt (MRT-Gerät, „die Röhre“).
Die Antwort der Wasserstoffteilchen in unserem Körper auf dieses Magnetfeld wird mit einer Art „Antenne“ gemessen. In einigen Minuten kann man so z.B. ein recht genaues Bild unseres Gehirns erstellen. DieKernspintomographie ist ungefährlich und wird seit vielen Jahren zur Untersuchung von Krankheiten eingesetzt. Weil dabei starke Magnetwellen verwendet werden, dürfen Personen mit Metallteilen im Körper (Herzschrittmacher, Knochenschrauben, Granatsplitter o.ä.) aber nicht untersucht werden.
Bei der Funktionellen Kernspintomographie (FMRI) dauert die Messung etwas länger als bei normalen Untersuchungen (z.B. 30 – 45 Minuten). Die Versuchsperson führt während der Messung immer wieder bestimmte Aufgaben aus, wie zum Beispiel eine Handbewegung. Die Teile des Gehirns, die an dieser Aufgabe mitarbeiten, brauchen währenddessen mehr Sauerstoff und Blut, und dadurch kann man sie auf den berechneten Bildern erkennen. So kann man auf ungefährliche Weise herausfinden, wie unser Gehirn arbeitet.
Die für FMRI-Versuche nötigen Computerberechnungen sind aber sehr aufwändig. Die Auswertung einer einzigen Messung kann viele Stunden oder sogar Tage dauern.
Forschungsschwerpunkte
Die Abteilung für Neuroradiologie führt zahlreiche FMRI-Studien zu verschiedenen Fragestellungen durch. In der Regel arbeiten wir dabei eng mit anderen Wissenschaftlern des Universitätsklinikums München, aber auch anderen Forschungseinrichtungen zusammen.
FMRI des olfaktorischen und gustatorischen Systems
Das Geruchssystem ist entwicklungsgeschichtlich das älteste Sinnessystem des Menschen. Dennoch ist in vielen Aspekten noch nicht genau bekannt, wie Geruchs- und Geschmacksreize in unserem Gehirn verarbeitet werden. Man weiß aber, dass es enge Verbindungen zwischen Geruchssystem, Gedächtnis, unseren Stimmungen und unserem Wohlbefinden gibt.
In einem drittmittelgeförderten Forschungsvorhaben untersuchen wir mit der FMRI, welche Hirnareale an der Verarbeitung von Geruchs- und Geschmacksreizen beteiligt sind und welchen Einfluss unsere Befindlichkeit oder andere Substanzen, wie etwa Nikotin oder Koffein, darauf haben.
Präoperative FMRI und Integration in neurochirurgische OP-Navigationssysteme
Funktionelle bildgebende Verfahren wie die fMRT haben das Ziel, die Aktivitätsmuster des Gehirns bei bestimmten Leistungen wie Motorik oder Sprache zu erfassen und somit die an diesen Leistungen beteiligten Hirnareale zu identifizieren.
Diese Bildgebungsverfahren gewinnen auch für die neurochirurgische Operations-Planung, z.B. bei der Entfernung von Hirntumoren, immer mehr an Bedeutung, da neben dem Hauptziel der möglichst vollständigen Entfernung des Tumors die Erhaltung der Gehirnfunktionen im Vordergrund steht.
Wenn etwa bekannt ist, welche Hirnareale bei einem Patienten essentiell an sprachlichen Leistungen beteiligt sind, so können diese Areale bei der Resektion geschont werden; dies führt zu einer entscheidenden Verminderung des Risikos postoperativer Sprachstörungen. Allerdings herrscht bzgl. der funktionellen Bildgebung noch große Unsicherheit darüber, wie reliabel und valide diese Bilddaten wirklich sind, d.h. inwieweit sie dem Anspruch genügen, Hirnfunktionen reproduzierbar abzubilden und damit sicher zu lokalisieren.
In einem ersten Schritt sollen solche Verfahren zur Funktionslokalisation im Gehirn mittels fMRT zunächst überprüft und im Hinblick auf ihre Zuverlässigkeit optimiert werden. Als nächstes wird dann die Validität, d.h. die Gültigkeit der gewonnenen Daten geprüft. Eine hervorragende Möglichkeit hierzu ist die intraoperative Stimulation, bei welcher während einer Hirnoperation durch die Applikation von elektrischen Reizen direkt an der Hirnoberfläche Bewegungen evoziert bzw. Sprachfunktionen kurzzeitig und reversibel gestört werden, was eine individuelle Kartierung (Mapping) dieser Funktionen ermöglicht.
Die präoperativen fMRI-Bilddaten können nun mit den Mapping-Daten verglichen werden, und es werden Aussagen darüber möglich, ob die funktionelle Bildgebung wirklich das misst, was sie zu messen vorgibt. Eine wichtige Hilfe bei dieser Vorgehensweise bieten dreidimensional arbeitende Navigationssysteme, die den momentanen “Arbeitsort“ des Neurochirurgen am Gehirn in Echtzeit auf die indiviuelle Hirnanatomie und die funktionellen fMRI-Daten abbilden und die Lokalisationsgenauigkeit entscheidend erhöhen.
Die Integration der verschiedenen Datenräume und ihre Bereitstellung für das Operationsteam ist eines der wichtigen Zwischenziele des Projekts.
Das Forschungsprojekt wird gemeinsam von der Neurochirurgischen Klinik, der Abteilung für Neuroradiologie und der Arbeitsgruppe Neuropsychologie der Klinik für Physikalische Medizin und Rehabilitation durchgeführt und von der Bayerischen Forschungsstiftung gefördert.
Als industrieller Forschungspartner konnte die bayerische High-Tech Firma BrainLab AG aus Heimstetten, einer der weltweit führenden Hersteller von Navigationssystemen für den chirurgischen Einsatz, gewonnen werden. Das Endziel des Projekts ist die Verbesserung der Verfahren für die Identifizierung funktional bedeutsamer Hirnareale, so dass Gehirnoperationen schonender und zugleich effizienter durchgeführt werden können.
FMRI des vestibulären und visuellen Systems
Die Erforschung des menschlichen Gleichgewichtssinnes sowie der Raumorientierung stellt einen wichtigen Schwerpunkt der Klinik für Neurologie am Klinikum Großhadern dar. Die Verarbeitung von Gleichgewichtsinformationen aus dem Innenohr ist eng mit der Verarbeitung visueller Information sowie mit Augenbewegungen verknüpft. Um das Zusammenspiel dieser Systeme besser zu verstehen, führt die Arbeitsgruppe für funktionelle Bildgebung der Neurologie in der funktionellen Kernspintomographie Studien mit vestibulären und visuellen Stimulationen durch.
