Hochfeld-Magnetresonanz

Magnetische Fingerabdrücke des Denkens

Unser Ziel ist die Entwicklung und Anwendung neuartiger Magnetresonanztechniken bei sehr großen Feldstärken, um die anatomische und funktionelle Mikrostruktur des Gehirns zu untersuchen. Wir wollen verstehen, wie physiologische Prozesse und Mikrostrukturen das gemessene Kernresonanzsignal beeinflussen und wie diese magnetischen Fingerabdrücke für die Messung von Denkprozessen und Gehirnaktivierung verwendet werden können.

Die Magnetresonanz-Bildgebung ist gegenwärtig die einzige Methode, die bei Verwendung von ultra-hohen Magnetfeldern Denkprozesse des gesamten menschlichen Gehirns mit einer räumlichen Auflösung von 1 Millimeter und einer zeitlichen Auflösung von 1 Sekunde erfassen kann. Das entspricht einer Datenrate von etwa 10⁷ bis 10⁸ bits/s, welche vollständig nichtinvasiv aufgenommen werden kann, was eine bis mehrere Größenordnungen mehr ist, als jedes andere Neuro-Bildgebungsverfahren leisten kann. Eine der größten gegenwärtigen Herausforderungen besteht darin, die Muster der gemessenen Magnetresonanzsignale in Beziehung mit den zugrundeliegenden neuronalen Prozessen zu setzen.

Die Gehirnaktivierung verursacht eine lokale Änderungen des gemessenen Magnetresonanz(MR)-Signals und kann – abhängig von der gewählten Messmethode –  die zugrundeliegende neuronale Aktivierung oder aber nur sehr unspezifische Änderungen im lokalen Blutfluss oder der Blutsauerstoffsättigung wiedergeben. Der magnetische Finderabdruck der neuronalen Aktivierung hängt dabei stark von lokalen physiologischen Prozessen und der mikroskopischen Zusammensetzung des Nervengewebes sowie der mikrovaskulären Architektur und Dynamik ab. Ein wichtiger Schritt für das bessere Verständnisses der MR-Signalentstehung im Nervengewebe ist die Anwendung multimodaler und integrierter Mikro-Sensoren, also optische, elektrische und magnetische Detektoren, die nur wenige hundert Mikrometer groß sind. Dies ermöglicht uns, die physikalischen und physiologischen Grenzen der räumlichen und zeitlichen Auflösung der funktionellen MRT mit Ultrahochfeldern zu bestimmen und um abzuschätzen, ob es prinzipiell möglich ist, Untereinheiten des primären Kortex wie kortikale Säulen oder Schichten sicher zu erkennen.
Wir sind überzeugt davon, dass unsere Forschung dazu beitragen wird, mithilfe der Ultrahochfeld-Magnetresonanz Denkprozesse detaillierter zu verstehen, was die Grundlage für besseres das Verständnis des gesunden wie erkrankten menschlichen Gehirns darstellt.