Trennung von Hirnrhythmen mittels MEG liefert Aufschluss über Gehirnaktivität
Forschern aus Deutschland und den Vereinigten Staaten zufolge können Verzögerungen in der Signalinteraktion zwischen Hirnregionen verhindert werden, wenn auf verschiedenen Frequenzen kommuniziert wird, so die Ergebnisse einer neuen Studie, die im Fachblatt Nature Neuroscience veröffentlicht wurde. Die Studie erhielt Unterstützung durch das Projekt BRAINSYNC (Large scale interactions in brain networks and their breakdown in brain diseases), das mit 2.978.242 EUR unter dem Themenbereich Gesundheit des Siebten Rahmenprogramms (RP7) gefördert wurde. Magnetresonanztomographie (MRT) ist das Standardverfahren, um den Informationsaustausch zwischen neuronalen Einheiten im Gehirn zu untersuchen, d.h. Gruppen von Neuronen, die miteinander verbunden sind und oft gleichzeitig aktiviert werden. Dabei gibt die Blutsauerstoffkonzentration Hinweise auf neuronale Aktivitäten, denn Gehirnzellen werden in besonders aktiven Regionen stärker durchblutet. In ihrer Studie verwendeten die Forscher des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf in Deutschland, der Washington University School of Medicine in St. Louis, Vereinigte Staaten, und der Universität Tübingen in Deutschland ein anderes Verfahren, die so genannte Magnetoenzephalographie (MEG), um an 43 gesunden Probanden die Hirnaktivität zu messen. Maurizio Corbetta, einer der Studienautoren der Washington University School of Medicine erklärt die Grenzen der MRT-Bildgebung: "Mittels MRT kann die Gehirnaktivität nur indirekt ermittelt werden, auch können Aktivitäten mit Frequenzen über 0,1 Hertz (eine Schwingung in 10 Sekunden) nicht gemessen werden. Wir wissen aber, dass manche Hirnareale teilweise mit 500 Hertz arbeiten, d.h. 500 Mal pro Sekunde schwingen." Mittels MEG lassen sich auch geringfügige magnetische Veränderungen im Gehirn feststellen, die durch die gleichzeitige Aktivität vieler Neuronen zustande kommen. Mit dieser Methode können Signale von bis zu 100 Hertz detektiert werden. Studienleiter Jörg Hipp, der am Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf und der Universität Tübingen forscht, erklärt die Ergebnisse der Studie: "Wir stellten fest, dass verschiedene überlagerte Hirnrhythmen mit unterschiedlichen Schwingungsfrequenzen arbeiten, wie Uhren, die unterschiedlich schnell gehen." So findet man z.B. dass Rhythmen um 5 Hertz in vielen Hirnregionen mit einem bestimmten Areal koppeln, das für Gedächtnisprozesse von zentraler Bedeutung ist, dem Hippocampus. Neuronale Netze, die für die sensorische Wahrnehmung und Bewegung zuständig sind, haben Schwingungsfrequenzen zwischen 32 und 45 Hertz, viele andere Bereiche Frequenzen zwischen 8 und 32 Hertz. Diese "zeitabhängigen" Netzwerke sind vergleichbar mit einem U-Bahn-Plan, auf dem es Knotenpunkte gibt, an denen sich viele, aber unterschiedlich schnelle Linien treffen." Maurizio Corbetta erklärt hierzu: "Verschiedene MRT-Untersuchungen bei Depression oder Schizophrenie hatten auf "räumliche" Veränderungen in der Organisation der neuronalen Einheiten hingedeutet. Die MEG-Studien liefern tiefere Einblicke in eine sehr viel detailliertere "zeitliche" Struktur. Künftig könnten auf dieser Basis neue diagnostische Tests entwickelt werden oder der Erfolg von Interventionsstrategien für diese schwerwiegenden Erkrankungen überwacht werden." Ziel von BRAINSYNC war es, den Informationsaustausch zwischen neuronalen Einheiten (funktionelle oder neuronale Kommunikation) im gesunden und im krankhaft veränderten Gehirn besser zu verstehen, und inwieweit Variationen in der neuronalen Kommunikation Verhaltensänderungen hervorrufen können. "Viele neurologische und psychiatrische Erkrankungen sind auf gestörte Kopplungen im Gehirn zurückzuführen", erklärt Maurizio Corbetta. "Untersuchungen der temporalen Struktur der Gehirnaktivität aus dieser Perspektive könnten vor allem für die Erforschung neurologischer Erkrankungen wie Depression und Schizophrenie hilfreich sein, wo wenige strukturelle Marker vorliegen."Weitere Informationen finden Sie unter: Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf: http://www.uke.de/index.php
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Deutschland, Vereinigte Staaten