Medizin & Technik

7-Tesla MRT verbessert Auflösungvon Strukturen im Gehirn

21.05.2014 -

Im medialen Temporallappen des menschlichen Gehirns liegen zwei relativ kleine, aber ausgesprochen wichtige Strukturen dicht beisammen: Die Amygdala spielt eine entscheidende Rolle bei emotionalen Funktionen, u.a. bei der Verarbeitung mit Gefühlen besetzter Gedächtnisinhalte.

Hierfür ist ein intensiver Informationsaustausch mit der zweiten Struktur, dem Hippocampus, erforderlich. Dieser ist wichtig für die Konsolidierung von Gedächtnisinhalten und generiert aus ihnen Erinnerungen. Beide Hirnbereiche waren bislang beim lebenden Menschen schwer auseinanderzuhalten.

Der Grund hierfür: Die teilweise nur einen Millimeter dicke Grenzregion zwischen beiden Strukturen kann mit den verbreiteten Verfahren der strukturellen Bildgebung nicht klar dargestellt werden. Durch den Einsatz eines 7-Tesla-Kernspintomografen konnten Wissenschaftler der Universitäten Freiburg und Magdeburg nun erstmals die Grenze zwischen Amygdala und Hippocampus bei mehreren Personen individuell mit hoher Genauigkeit kartieren. Dies berichten die Teams um Dr. Tonio Ball vom Universitätsklinikum Freiburg und dem Exzellenzcluster BrainLinks-BrainTools der Universität Freiburg und Prof. Dr. Oliver Speck von der Abteilung Biomedizinische Magnet-resonanz der Universität Magdeburg.

Für ihre Studie untersuchten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sechs gesunde männliche Probanden in einem 7-Tesla-Magnetresonanztomografen der Universität Magdeburg und verglichen diese Daten mit Ergebnissen, die in einem anderen Gerät bei drei Tesla Feldstärke gewonnen wurden. Die Informationen wurden jeweils in nur einem Durchgang aufgenommen, es wurden also nicht mehrere Datensätze zusammengefasst. Das Forschungsteam verwendete hierfür T1-gewichtete MPRAGE- und Protonendichte-gewichtete GE-Sequenzen.

Die deutlich höhere räumliche Auflösung sowie der bessere Bildkontrast der mit sieben Tesla gewonnenen Bilder ermöglichte es, die Grenze zwischen Amygdala und Hippocampus zu identifizieren und für jeden der Probanden erstmals in der Coronal-, Axial- und Sagittalebene exakt zu kartieren. Diese Grenze wird aus cerebrospinaler Flüssigkeit und dem sog. Alveus gebildet, einer feinen Schicht afferenter und efferenter hippocampaler Projektionen, die sich deutlich von den Zellkörpern in Amygdala und Hippocampus abhebt. Circa 40% der Amygdala-Oberfläche bilden diese Grenze.

Individuelle Grenzen

Bei der Untersuchung der individuellen Kartierungsdaten machten die Wissenschaftler eine für sie überraschende Entdeckung: Die Grenze zwischen Amygdala und Hippocampus verlief bei jeder der untersuchten Personen deutlich anders. Sogar zwischen linker und rechter Hirnhälfte desselben Probanden zeigte die Kartierung der Grenze zwischen beiden Regionen große Differenzen. Da an dieser Grenze beide Hirnbereiche Informationen miteinander austauschen, wenn es um Gefühle und Erinnerungen geht, könnten diese Variationen - beispielsweise eine größere gemeinsame Oberfläche aufgrund einer stärkeren Faltung - auch für Unterschiede in der Persönlichkeit verantwortlich sein. Hier sieht das Forschungsteam in Zukunft Bedarf für weitere Studien, die einen möglichen Zusammenhang zwischen der Anatomie und emotionalen Eigenschaften einer Person untersuchen.

Strukturelle Bildgebung zur ­Differenzierung

Was die Anwendung in der klinischen Forschung betrifft, schlagen die Forscher aus Freiburg und Magdeburg vor, diese Hirnstrukturen bei Menschen mit psychiatrischen Erkrankungen genau zu vermessen. Die in solchen Fällen bislang eingesetzte strukturelle Bildgebung mit ihrer deutlich niedrigeren Auflösung lässt nur eine ungefähre Differenzierung der beteiligten Hirnbereiche zu. Hierdurch könne es zu einer Zuordnung - beispielsweise von Volumenänderungen - zur falschen Hirnregion kommen, schließen die Wissenschaftler. Darüber hinaus könne es durch die großen interindividuellen Unterschiede auch keine standardisierten Karten des Gehirns im Bereich von Amygdala und Hippocampus geben. Für jeden Patienten müsse dieser Bereich individuell vermessen werden, um allgemein Fehler bei der Zuordnung von Gehirnaktivierung zu Gehirnanatomie zu vermeiden.

Obwohl eine quantitative Erfassung der beiden Hirnbereiche nicht Ziel der Studie war, sieht das Forschungsteam in seinen Ergebnissen außerdem einen Beleg dafür, dass die Feldstärke, mit der die Magnetresonanz-Bildgebung erfolgt, auch das Ergebnis einer volumetrischen Vermessung beeinflussen kann. Hier sehen die Forscherinnen und Forscher ebenfalls Bedarf für weitere Untersuchungen, insbesondere da pathologische Volumenänderungen der Hirnbereiche mit Fällen schwerer Depression und Temporallappen-Epilepsie in Zusammenhang gebracht wurden. Die derzeit noch begrenzte Zahl an MR-Geräten mit 7 Tesla Feldstärke stellt selbstverständlich eine wichtige Limitierung für den allgemeinen diagnostischen Einsatz dar, mit steigender Verbreitung dieser hochmodernen Bildgebung werden solche Engpässe aber überwunden werden können.

 

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